Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности , например при регулировании /4- f Вращаащиисв смеситемплабитем Конглак/анив колща. САЭ СЛ 9U.Z.1

„„SU„„1361519

СО103 СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (5 1 ) 4,G 05 D 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

14 12

Огра

1гйн

fpp

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4089675/22-24

{22) 11.07.86 (46) 23.12.87. Бюл, У 47 (75) В.В.Макаров, В.С.Балакин и О.А.Шемелина . (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 840840, кл, G 05 D 23/19, 1978.

Авторское свидетельство СССР

11 1119724, кл. G 05 D 23/19, 1983.

У (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промьппленности, например при регулировании

61519

13 температуры расплавов различных веществ в периодических смесителях— плавителях барабанного типа. Цель изобретения — повьппение точности регулирования температуры объектов с.переходным запаздыванием. Для этого устройство для регулирования температуры содержит теплообменник 1, с регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего теплоносителя к теплообменнику 1, датчик 4 и регулятор

5 температуры теплоносителя на выходе теплооЪменника 1, байпасную линию

6 с регулирующим клапаном 7; отсечные клапаны 8, 9 соответственно на линиях 10, 11 подачи пара и слива конденсата, отсечные клапаны 12, 13 соответственно на линиях 14, 15 подачи холодной воды и слива холодной воды, отсечные клапаны 16 и 17 соответственно на линиях 18, 19 подачи горячей воды и обратной подачи. теплоносителя, регулятор 20 давления, регулятор 21 температуры, блок 22 управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8, датчик 24, циркуляционный насос 25 и датчик 26 давления. Изобретение повьппает качество регулирования объектов с переходным запазцыванием . за счет уменьшения перерегулирований.

1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промьппленности, например при регулировании температуры расплавов различных веществ в периодических смесителях-плавителях барабанного типа..

Цель изобретения - повышение точ- нОсти регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием.

На фиг, 1 показана структурная схема устройства.; на фиг. 2 » .прин- ципиальная схема блока управления; на фиг. 3 — пример переходного про-. цесса в системе автоматического регулирования с использованием предложенного устройства.

Устройство для регулирования температуры содержит теплообменник 1 с регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего. теплоносителя к теплообменнику 1, датчик 4 и. регулятор э температуры теплоносителя на.выходе теплообменника 1, баййасную линию о с регулирующим клапаном 7, отсечные клапаны 8 и 9 соответственно на линиях. 10 и 11 подачи пара и слива конденсата, отсечные клапаны 12 и 13 соответственно на линиях 14 и 15 подачи холодной воды и слива холодной воды, отсечные клапаны,!6 и 17 соот15

30 мации осуществляется через контактные кольца.

Блок 22 управления (фиг. 2) содер-жит промежуточные реле 27 и 28,электромагниты 29-35 управления клапанами, реле 36 и 37 времени. Включение промежуточных реле 27 и 28 осуществляется с помощью контактов 38 и 39 регулятора 21 температуры, а включение реле 36 и 37 .времени — с помощью .контактов промежуточных реле и реле времени 40 - 50.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С помощью теплообменника 1, оснащенного системой регулирования и регулятором 5, поддерживается относительно постоянное значение температуры .теплоносителя — горячей воды, циркулиру яцей во внутреннем контуре устройства по линии 6. Циркуляция ветственно на линиях 18 и 19 подачи горячей воды к технологической установке и обратной подачи теплоносителя, регулятор 20 давления, регулятор

5 21 температуры, блок 22 управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8, датчик 24 температуры, циркуляционный насос . 25 и датчик 26 давления.

Датчик 24 температуры осуществляет измерение температуры в объекте управления - вращающемся смесителе (плавителе), причем. передача инфор13615

50 горячей воды обеспечивается насосом.

В случае, если потребления горячей воды не происходит, то относительное постоянство расхода в контуре обес5 печивается с помощью регулятора 20, воздействующего на регулирующий клапан 7. Такая схема построения соответствует общепринятым схемам теплоснабжения технологических установок, аналогичных известному устройству, что позволяет достаточно просто pea— лизовать устройство на действующих установках без переделки сантехнической части систем. С помощью регулятора 5 значение температуры теплоносителя устанавливается ниже заданного значения температуры продукта в смесителе-плавителе. Значения расхопара, горячей воды и холодной во- 20 ды устанавливаются путем соответствующего выбора гидравлических характеристик оборудования таким образом, чтобы обеспечить: при включении клапана 8 — интенсивный разогрев продукта, при включении клапана 23 разогрев продукта с меньшей интенсивностью, но достаточной для перегрева продукта больше заданного значения, при включении клапана 12 — интенсивное охлаждение продукта, при включении клапана 16 — медленное охлаждение продукта, достаточное для охлаждения продукта ниже заданного значения.

После загрузки технологического

35 аппарата, включения насоса 4, подогрева горячей воды с помощью теплообменника 1 до заданной температуры и включения вращения смесителя-пла40 вителя осуществляется включение регулятора 21 и подача напряжения на блок 22 управления. Контакт 38 регулятора 21 устанавливается на заданное значение температуры, а кон45 такт 39 — на значение, меньшее на величину и 8 относительно заданного значения. Условием точного выполнения алгоритма управления является то, чтобы после первого достижения температурой заданного значения при переходном и установившемся режиме снижение параметра не вызывало срабатывания контакта 39, т.е. чтобы отрицательная амплитуда колебаний не превышала значения g 9 . Контакт

38 замыкается при превышении температурой соответствующего значения, а контакт 39 — при соответствующем

19 4 снижении параметра. Такой алгоритм работы контактов 38 и 39 соответст— вует работе промышленных трехпозициониых регуляторов, например ре— гулирующих приборов КСМ-3 с трехпозиционными регулирующими устройствами.

При подаче напряжения на блок 22 в начальный момент реле 27 обесточено, а реле 28 находится под напряжением. Соответственно находятся под напряжением электромагнит 29, реле

37 времени, электромагнит 35. При включении электромагнитов 29 и 35 на клапаны 8 и 9 поступает, управляющий сигнал в виде сжатого воздуха от соответствующих воздухораспределителей и осуществляется интенсивный разогрев продукта в смесителе-плавителе при прохождении через рубашку установки пара. По истечении заданной настройкой времени выдержки происходит размыкание контакта 41 и замыкание контакта 43, но состояние схемы относительно выходных сигналов не изменяется, поскольку контакт 41 заблокирован контактом 40, а последовательно с контактом 43 включен контакт 44, в данный момент времени разомкнутый, поскольку выдержка времени реле 37 существенно меньше, чем время достижения значения температуры продукта, при котором срабатывает контакт 39.

При достижении температурой продукта значения, заданного настройкой контакта 39, последний размыкается.

Происходит отключение напряжения от реле 28, размыкание контакта 40 и замыкание контакта 44. Электромагнит

29 отключается от напряжения и подключается электромагнит 30.

Условный проход клапана 23 выбирается существенно меньше условного прохода клапана 8 с тем расчетом, чтобы количество тепла, подводимого к объекту, обеспечивало нагрев продукта при постоянном включении клапана 23 до температуры, несколько большей, чем заданное значение. Дальнейший нагрев продукта обеспечивается под воздействием данного тепла. После достижения продуктом заданного значения происходит замыкание контакта 38, и напряжение поступает на промежуточное реле 27. Размыкаются контакты

42, 46 и 50 и замыкаются контакты 45 и 48. Контакт 42 предотвращает вклю1361519

40 чение электромагнита 29, контакт 45 включает реле 36 времени, контакт 46 отключает реле 37 времени, контакт 48 подключает к напряжению электромаг5 ниты 32 и 34, а контакт 50 обеспечивает отключение электромагнита 35.При размыкании контакта 43 прекращается подача ограниченного по расходу пара к объекту управления, а при включении 10 электромагнитов 32 и 34 происходит открытие клапанов 12 и 13 и поступление на время t„ холодной воды в рубашку аппарата.Тем самым обеспечивается форсированное охлаждение стенок оболочки аппарата, обеспечивающее компенсацию инерционного запаздывания в контуре регулирования. По истечении времени настройки контактов реле 36 времени происходит замыкание контакта 47 и размыкание контакта 49.

Прекращается подача холодной воды в рубашку аппарата и в рубашку подается горячая вода при температуре, меньшей заданного значения, поскаль- 25 ку напряжение подается на электромагниты 31 и 33. Это приводит к открытию клапанов 16 и 17. Происходит охлаждение продукта до момента, когда температура продукта не станет ниже заданного значения.

В момент снижения температуры продукта ниже заданного значения размыкается контакт 38. Происходит переключение контактов реле 27, что при35 водит к подаче в установку пара на время 7 2, поскольку в первоначальный момент происходит включение электромагнита 29, а по истечении времени t 2 происходит переключение контактов 41 и 43 и количество пара, подаваемого в установку, уменьшается. Включение на время t 2 пара большой интенсивности обеспечит ускоренный нагрев рубашки аппарата, что

45 также обеспечивает компенсацию инерционного запаздывания аппарата.

В дальнейшем процесс повторяется, и в системе устанавливается устойчивый автоколебательный процесс со зна50 чительно меньшей амплитудой автоколебаний, что позволяет использовать предложенное устройство при высоких требованиях к качеству процесса управления. Пример процесса регулирования поясняется фиг. 3.

В случае, если объект управления может быть описан передаточной функцией в виде,7, (P) „ Об где передаточная функция звена W„(p), характеризующего переходное (инерционное) запаздывание, описывается выражением

К (P) 7

1+Т (2) то выдержки времени 1„ и t, определяются по выражениям

Т (3) з

В /В -1

1 2

w (р) =1+ " (1-е ) (5) (В 7-В 2) а 77 на релейный сигнал с амплитудой В 2, поступающий на объект управления.

Поскольку для повышения качества регулирования необходима компенсация влияния инерционного звена с постоянной времени T то полная компенсация обеспечивалась бы в случае, если бы последовательно с объектом было включено звено с обратной характеристикой к(Р) = 1+Т р (6) где К вЂ” коэффициент передачи звена запаздывания;

Т вЂ” постоянная времени инерционного звена, характеризующего запаздывание;

В„ — управляющее воздействие при подаче к объекту управления пара при его полном расходе,  — управляющее воздействие на

° 2 объект управления при подаче пара с ограниченным расходом,  — управляющее воздействие при

3 подаче холодной воды;

В „ — управляющее воздействие при подаче горячей воды.

Определение величин управляющих воздействий и иных параметров объекта производится в соответствии с известными рекомендациями.

Целесообразность использования выражений (3) и (4) для расчета параметров определяется следующими изображениями.

Увеличение управляющего воздействия на время может быть представлено как результат воздействия звена с передаточной функцией

1361519 8

Поскольку на основании разложения

- гР kг

1 2

1-е =.t ре 2 П (1+ t" ) (7) г,, 4К т2 2

20 то, пренебрегая членами высшего порядка малости, для компенсации переходного запаздывания необходимо выполнение приближенного соотношения

1+ .t p -1+ Тр (B1 B 2) (8) г

Из выражения (8) следует, что для компенсации переходного запаздывания и улучшения качества регулирования необходимо выполнение условий (3) и (4).

Чем больше при реализации устройства отношение В,/В 2 или соответственно отношение В /В, тем меньше значения t è t и тем эффективнее компенсация переходного запаздывания. Поэтому при реализации устройства и его эксплуатации значение энергии, подводимой к объекту при подаче пара, целесообразно обеспечивать максимально возможным как и максимальный отвод энергии при подключе— нии холодной воды.

Предложенное устройство повышает качество регулирования объектов с переходным запаздыванием за счет уменьшения перерегулирований.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик температуры, связанный с первым регулятором температуры, оба выхода которого соединены с соответствующими входами блока управления, теплообменник, циркуляционный насос, байпасную линию с регулирующим клапаном и первый, второй, третий и четвертый отсечные клапаны, установленные на линиях соответственно подачи пара, подачи холодной воды, слива холодной воды и слива конденсата и соединенные управляющими входами с соответствующими выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием, в него введены регулятор давления,подключенный выходом к управляющему входу регулирующего клапана байпасной линии, датчик давления, установлен25

55 ный в линии подачи горячей воды и подключенный выходом к входу регулятора давления, датчик температуры теплоносителя, установленный на выходе теплообменника, второй регулятор температуры, подключенный входом к выходу второго датчика температуры теплоносителя,а выходом — к управляющему входу регулирующего клапана, установленного на линии подачи греющего теплоносителя в теплообменник, а также пятый, шестой и седьмой отсечные клапаны, установленные на линиях соответственно ограниченной подачи пара, подачи горячей воды и обратной подачи теплоносителя, подключенные управляющими входами к соответствующим выходам блока управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два промежуточных реле, два реле времени и семь электромагнитов управления клапанами, пер— вые клеммы промежуточных реле, реле времени и электромагниты управления клапанами соединены с первой шиной питания, вторые клеммы первого и второго промежуточных реле соединены с другой шиной питания через соответственно замыкающий контакт, управляемый по первому входу блока, и размыкающий контакт, управляемый по второму входу блока, вторая клемма первого электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через замыкающий контакт первого промежуточного реле и через последовательно включенные размыкающий с выдержкой времени на размыкание контакт второго реле времени и первый размыкающий контакт второго промежуточного реле, вторая клемма второго электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через последовательно включенные замыкающий с выдержкой времени на замыкание контакт второго реле времени и размыкающий контакт первого промежуточного реле, вторые клеммы первого и второго реле времени соединены с другой шиной питания соответственно через второй замыкающий и третий размыкающий контакты второго промежуточного реле, вторая клемма третьего электромагнита управления клапанами соединена с второй клеммой пятого электромагнита

9 1361519 1О управления клапанами и с другой шиной мыкающий с выдержкой времени на разпитания через последовательно вклю-, мыкание контакт,первото реле, времени, ченные замыкающий с выдержкой време вторая клемма седьмого электромагнита ни на замыкание:контакт rrepacrro реле управления клапанами соединена с дру5 во времени и первый замыкающий кон- гой шиной питания через второй размытакт второго промежуточного реле, кающий контакт второго промежуточновторая клемма четвертого электромаг — ro реле, причем управляющие выходы нита управления клапанами соединена первого, второго, третьего, четверс второй клеммой шестого электромаг- 10 того, пятого, шестого и седьмого нита управления клапанами и с точкой электромагнитов управления клапанами соединения замыкающего контакта пер- являются соответственно первым, пявого реле времени и замыкающего с тым, шестым, вторым, седьмым, третьвыдержкой времени на замыкание кон- им и четвертым выходами блока управтакта первого реле времени через раз- ления.

1361519

Составитель В.Прямицын, Редактор В.Данко Техред М.Дидык КорректорС.Шекмар !

Заказ 6282/47 Тираж 863 Подписное

- ВНИИПИ Государственнрго комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4