устройство для регулирования соотношения расходов растворов компонентов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ РАСТВОРОВ КОМПОНЕНТОВ, включающее центральный блок управления, первый генератор импульсов, содержащий первый элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй генератор импульсов, второй элемент совпадения, реверсивный счетчик и умножитель чистоты, а также последовательно соединенные формирователь импульсов, триггер, второй элемент ИЛИ, соединенный выходом с вторым входом элемента совпадения, и каналы регулирования расходов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок задания, первый блок сравнения, исполнительный орган расходомера и расходомер, а также второй блок сравнения, первым входом соединенный с выходом блока задания, первым выходом - с первым выходом канала регулирования, вторым выходом - с вторым выходом канала регулирования, вход блока задания соединен с входом соответствующего канала регулирования, причем первые выходы каналов регулирования соединены с входами первого элемента ИЛИ, выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, вторым входом второго элемента ИЛИ, с входом формирователя импульсов и с вторым входом триггера, группа входов второго элемента ИЛИ соединена соответственно с вторыми выходами каналов регулирования, умножитель частоты, вторым входом соединенный с выходом второго генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования соотношения компонентов за счет учитывания транспортного запаздывания в каждом канале регулирования расхода, введены блок умножения, блок фиксирования изменения концентрации и датчик концентрации компонента в растворе, а в центральный блок управления введены три делителя напряжения, блок выбора максимума, переключатель, три сумматора, таймер, третий элемент ИЛИ и три блока задержки сигнала, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего канала регулирования, первые информационные входы каждого блока задержки сигнала соединены с выходом соответствующего сумматора, вторые информационные входы блоков задержки сигнала соединены с выходом умножителя частоты, входы запуска - с выходом третьего элемента ИЛИ,соединенным с входом включения таймера, выход которого соединен с входом "Сброс" каждого блока задержки сигнала, информационный вход таймера и первые входы каждого сумматора соединены с выходом переключателя, вторые входы каждого сумматора соединены с выходами соответствующих делителей, информационные входы блока выбора максимума и переключателя соединены с выходами каждого делителя, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выбора максимума, в каждом делителе напряжения по первому входу введено значение объема трубопровода от места установки исполнительного органа до зоны смещения растворов, второй вход каждого делителя напряжения соединен с третьим выходом соответствующего канала регулирования расходов, четвертый выход каждого канала регулирования расходов соединен с соответствующим входом третьего элемента ИЛИ, в каждом канале регулирования расходов блок умножения входами соединен с выходом расходомера и с выходом датчика концентрации компонента в растворе, выход расходомера соединен также с третьим выходом канала регулирования, выход блока умножения соединен с вторым входом первого блока сравнения и с вторым входом второго блока сравнения, а выход датчика концентрации компонента через блок фиксирования изменения концентрации соединен с четвертым выходом соответствующего канала регулирования расходов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам регулирования соотношений компонентов текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

В настоящее время при непрерывном регулировании соотношения жидких компонентов используются устройства, состоящие из блока управления, каналов регулирования расхода каждого из компонентов, блоков контроля диапазона расхода компонентов [1].

В этом устройстве задающий производительность сигнал из центрального блока управления поступает сразу на блоки задания каналов регулирования расхода компонентов, в которых он распределяется пропорционально содержанию каждого компонента в смеси. С выходов блоков задания управляющие сигналы поступают на блоки сравнения соответствующих контуров регулирования, на вторые входы которых приходят действительные значения расходов с расходомеров. Управляющие воздействия с блоков сравнения поступают непосредственно на исполнительные органы. Если происходит выход величины одного из расходов за пределы диапазона, то блоки контроля диапазонов выдают соответствующий аварийный сигнал, который может использоваться для ограничения общей производительности. Большинство компонентов поступают в виде растворов.

При переходе с одной концентрации на другую в устройстве не учитывается расположение (удаленность) исполнительных органов (ИО) от точки смещения компонентов. В случае разной удаленности ИО наблюдается заметное нарушение соотношения, что при работе системы регулирования может вызвать колебательный режим, приводящий к снижению точности регулирования соотношения расходов компонентов.

Известны устройства для регулирования соотношения расходов жидкостей, которые изменяют производительность работы в зависимости от допустимых диапазонов работы их элементов, не учитывая концентрации компонентов [2, 3] .

Эти устройства также включают центральный блок управления, каналы регулирования расходов, каждый из которых содержит блок задания, блок сравнения, расходомер, исполнительный орган, блок определения диапазона производительности. На практике довольно часто возникают ситуации уменьшения поступления какого-либо компонента или группы компонентов, изменения давления жидкостей в подающих трубопроводах и т.д. Это приводит к необходимости изменения производительности путем одновременного воздействия на исполнительные органы с сохранением заданного соотношения расходов жидкостей. Но эти устройства не учитывают транспортное запаздывание каждого канала регулирования, что приводит к нарушению заданного состава смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования соотношения расходов жидкостей [4], содержащее центральный блок управления, первый генератор импульсов, последовательно соединенные второй генератор импульсов, второй элемент совпадения, реверсивный счетчик и умножитель частоты, а также последовательно соединенные формирователь импульсов, триггер, второй элемент ИЛИ, соединенный выходом с вторым входом элемента совпадения, каналы регулирования соотношения расходов, например три, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок задания, первый блок сравнения, исполнительный орган расходомера и, расходомер, а также второй блок сравнения, первым входом, соединенный с выходом блока задания, первым выходом - с первым выходом канала регулирования, вторым выходом - с вторым выходом канала регулирования, вход каждого блока задания соединен с входом соответствующего канала регулирования, первые выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, вторым входом второго элемента ИЛИ, с входом формирователя и с вторым входом триггера, третьи входы второго элемента ИЛИ соединены с вторыми выходами каналов регулирования, умножитель частоты, вторым входом соединенный с выходом второго генератора импульсов.

В известном устройстве отсутствуют элементы, учитывающие транспортное запаздывание, что снижает точность регулирования заданного соотношения компонентов, особенно, при изменениях концентрации.

Цель изобретения - повышение точности регулирования соотношения компонентов за счет учета транспортного запаздывания.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для регулирования соотношения расходов жидкостей.

Устройство содержит три канала 1", 1"", 1""" регулирования расходов (на чертеже обозначены подробно только схема первого канала регулирования: 2", 3", 4", 5" и т.п.), каждый из которых состоит из блока 2 задания, первого блока 3 сравнения, исполнительного органа 4, расходомера 5, второго блока 6 сравнения, центральный блок 7 управления состоит из первого генератора 8 импульсов, умножителя 9 частоты, первого элемента ИЛИ 10, реверсивного счетчика 11, второго генератора импульсов, 12, формирователя 13 импульсов, триггера 14, второго элемента ИЛИ 15, элемента 16 совпадения.

Дополнительно в каждый канал регулирования введены датчик 17 концентрации компонента в растворе, блок 18 умножения, блок 19 фиксирования изменения концентрации и два дополнительных выхода: 3-ий - сигнал с датчика расхода 5; 4-ый - сигнал с блока 19 фиксирования.

В центральный блок 7 управления введены делители напряжения 20", 20"", 20""", блок 21 выбора максимума, переключатель 22, сумматоры 23", 23"", 23""", блоки 24", 24"", 24""" задержки сигнала.

Выходы блоков задержки сигнала являются выходом центрального блока 7 управления и соединены с входами соответствующего канала регулирования.

Блок 7 содержит также таймер 25 и третий элемент ИЛИ 26.

На фиг. 2 приведена функциональная схема блока 19 фиксирования изменения концентрации. Поз. 27 на этом чертеже обозначен фильтр, или любой другой элемент задержки сигнала, поз. 28 - компаратор (типа 554 СА1).

На фиг. 3 приведена функциональная схема блока 24 задержки сигнала.

В блоке 24 полученное время задержки по каждому каналу заносится по информационным входам в реверсивный счетчик 29, например, 133 ИЕ7, К155 ИЕ7.

Как только разность числа заданных импульсов и поступивших будет равна нулю, на выходе элемента И 30 появятся импульсы, так как появился разрешающий импульс с выхода реверсивного счетчика 1.

На фиг. 4 приведена функциональная схема блока 21 выбора максимума, где А, В, С, - входные информационные сигналы; Ал, Вл, Сл - логические сигналы, или управляющие сигналы переключения; 31 - сумматор; 32 - пороговый элемент; 33 - коммутатор.

Например, из трех сигналов А, В, С второй сигнал В является максимальным. В этом случае вырабатывается логическая единица Вл, которая коммутирует второй информационный вход В с выходом блока 21. Таким образом блок 21 реализует функцию выбора входа с максимальным сигналом.

Устройство работает следующим образом.

Каналы 1", 1"", 1""" работают с использованием принципа обратной связи. При увеличении как частоты, задающей производительность, вырабатываемой центральным блоком 7, так и с увеличением уставок расходов на блоках 2", 2"", 2""" задания, блоки 3", 3"", 3""" сравнения увеличивают свои выходные сигналы, которые, воздействуя на исполнительные органы 4", 4"", 4""", увеличивают расходы жидкости через расходомеры 5", 5"", 5""", таким образом, чтобы входные сигналы блоков 3", 3"" и 3""" сравнения каждого канала 1", 1"", 1""" оказались равными. При уменьшении как частоты, задающей производительность, так и уставок расходов каналов 1", 1"", 1""" отрабатывают изменение заданий в противоположную сторону.

При поиске производительности используются команды, вырабатываемые блоками 6", 6"" и 6""" сравнения, воздействующими на элементы 10-16 центрального блока 7, посредством которых производительность изменяется в нужную сторону. Эти команды содержат информацию о максимальной возможной производительности для конкретных соотношений расходов и перепадов давлений.

Если расход жидкости хотя бы в одном канале 1", 1"" или 1""" будет отклоняться от задания, определяемого входным сигналом соответствующего блока задания 2, 2"", и 2""" сверх заранее установленной границы зоны допустимых значений в большую или меньшую стороны, то команда с выхода второго элемента ИЛИ 15 открывает элемент совпадения 16 и через последний импульсы с генератора 12 поступают на первый частотный вход реверсивного счетчика 11. Элемент совпадения 16 будет открыт, если хотя бы на одном каком-либо входе второго элемента ИЛИ 15 будет присутствовать команда.

В установленном режиме, после ввода устройства на максимальную производительность, которая задается частотой следования импульсов первого генератора импульсов 8, в реверсивном счетчике 11 записаны во всех разрядах логические единицы и на выходе умножителя частоты 9, а также на выходе блоков задержки сигнала 24", 24"" и 24""", частота следования импульсов равна соответствующему сигналу первого генератора импульсов 8, команды с первого и второго выходов вторых блоков сравнения 6", 6"" и 6""" отсутствуют.

Необходимо отметить, что появление сигнала на первом выходе канала 1", 1"" и 1""" регулирования требует уменьшения производительности, а появление сигнала на втором выходе требует увеличить производительность. Сигналы на первый и второй выход каналов 1", 1"" и 1""" поступают с блоков 6", 6"" и 6""" соответственно.

При уменьшении поступления какого-либо компонента через первый элемент ИЛИ 10 проходит команда, которая, воздействуя на второй управляющий вход, переводит реверсивный счетчик 11 в режим вычитания и на выходах его разрядов код начинает уменьшаться, тем самым, уменьшая частоту производительности на выходе умножителя частоты 9, и через время запаздывания задержки сигнала, определяемое для каждого канала в блоках 23, на выходе блоков 24", 24"" и 24""" появляются соответствующие сигналы, которые поступают на вход каждого канала регулирования.

Поэтому уменьшение выходного сигнала блоков задания 2", 2"" и 2""" произойдет не одновременно, хотя новые значения расходов компонентов точки смешения достигнут одновременно (на фиг. 1 точка смешения не показана). При уменьшении производительности ниже какого-то уровня, когда поступление компонента, которого не хватало, окажется достаточным, чтобы восстановить заданное соотношение, выходная команда с первого выхода канала исчезнет, реверсивный счетчик 11 через первый элемент ИЛИ 10 будет вновь работать на режим сложения.

Время чистого запаздывания по каждому каналу определяется в делителях 20", 20"" и 20""" следующим образом

= , = , = .

В блоке 21 сравнения происходит выбор максимального времени запаздывания, т.е.

_max= {, , }

После выбора максимального времени _max запаздывания на выходе блока 21 вырабатывается соответствующая логическая единица (команда), по которой происходит в переключателе 22 подключение выхода блока деления, где =_max, к первому входу сумматоров 23 и сигнал, соответствующий =_max, поступает также на информационный вход таймера 25. На выходе сумматоров формируются сигналы разности: _max - ";_max-"";t_max-"""

Эти сигналы поступают на первый вход каждого блока задержки сигнала 24 соответственно, задавая таким образом время запаздывания по каждому каналу.

Включение блоков 24 задержки сигнала и таймера 25 осуществляется по сигналу с выхода элемента ИЛИ 26, а отключение блоков 24 производится сигналом "Сброс", формируемого на выходе таймера 25 с истечением времени _max. После чего сигналы с выхода сумматоров 23", 23"" и 23""" поступают на входы соответствующего канала без задержки.

В канале регулирования на выходе блока 18 умножения формируется значение, равное 100, концентрации компонента. На выходе блока 19 фиксирования изменения концентрации формируется сигнал начала изменения концентрации, по которому включаются блоки 24 задержки и таймер 25.