УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области управления объектами с нестационарной динамикой при наличии широкого спектра неконтролируемых внешних возмущений и переменной степени заполнения реактора полунепрерывного действия (РПНД)- в дальнейшем реактор, касается в частности, вопроса программного изменения температуры реакционной массы и скорости вращения мешалки в функции либо от электропроводности реакционной массы, либо по интегралу отдозированного компонента. Полезная модель может найти применение во многих отраслях промышленности при производстве различных целевых продуктов (пигментов, лаков, масел, моторных топлив, лекарств, витаминов и высокоэнергетических компонентов).
Известно большое количество способов и устройств по рациональному управлению РПНД, каждый из которых используется исходя из особенностей подачи исходных компонентов, кинетики и термодинамики процесса и достигнутого уровня научно-технического прогресса.
1. А.с.№1101293 А, МПК В01J 19/00; G05D 27/00.опубл. 1984 г.; А.с. №539598, 735293; А.с. №1118405 А, МПК В01J 19/00, опубл. Б.И. 1984, №38.
2. Особенности реактора полунерерывного действия как объекта управления в процессах органического синтеза. Сахненко В.И. и др. Журнал «Химическая промышленность», 1995, №4, С.37-45.
3. Проблемы автоматизации реактора полунепрерывного действия. Сахненко В.И. и др. Журнал «Химико-фармацевтический журнал», 1996, №2, С.42-46.
Известно устройство по автоматическому управлению РПНД, изложенное в статье «Вопросы эксплуатационной надежности процесса нитрования метилового эфира хлоргидрина стирола в РПНД» (см. «Химико-фармацевтический журнал, 1998, №2, С.221-226//С.226, рис.5).
Недостатками устройства являются:
1. Невысокая точность стабилизации температуры реакционной массы (±0,5 С°), связанная с отсутствием коррекции по учету взаимного влияния колебаний температуры реакционной массы и других промежуточных координат объекта управления (ОУ) - РПНД на подачу дозируемого компонента.
2. Установка одноклапанной системы на сливной линии расходной емкости с дозируемым компонентом, что не позволяет обеспечить требуемую точность регулирования температуры в течение всего времени процесса дозирования и одновременно реализовать его минимальную длительность.
3. Невозможность точного измерения приращения уровня реакционной массы в РПНД при переменном ее составе, приводящем к существенным изменениям электрофизических и теплофизических свойств реакционной массы (плотности, электропроводности, диэлектрической проницаемости, теплоемкости). Данный недостаток приводит к невозможности правильной корректировки скорости вращения двигателя мешалки, что увеличивает длительность дозировки.
4. Потребность в использовании расходной емкости для точного отмеривания определенного объема дозируемого компонента, необходимого только на одну технологическую операцию, отрицательным образом влияет на длительность дозировки, так как величина статического напора жидкости в расходной емкости падает по мере постепенного слива компонента, что ведет к постепенному снижению его подачи в РПНД.
Описано устройство автоматического управления экзотермическим процессом в РПНД, содержащее собственно объект управления с теплообменными устройствами в виде рубашки и змеевика, мешалку с регулируемым приводом, регулирующий клапан на линии подачи дозируемого компонента, датчики температуры, реакционной массы, температуры хладоагента на входе в теплообменные устройства, его расхода и расхода дозируемого компонента, а также скорости вращения двигателя мешалки, адаптивный регулятор температуры реакционной массы, первый и второй адаптивные компенсаторы по учету колебаний температуры и расхода хладоагента, поступающего в теплообменные устройства, интегратор расхода дозируемого компонента, два сумматора (а.с. №1804903, публ. БИ №12, 1993).
К недостаткам устройства относятся:
1. Невысокая точность стабилизации температуры реакционной массы ((±0,25°С), связанная с отсутствием учета колебаний входных и выходных координат объекта (расхода дозируемого компонента и температуры реакционной массы) в контуре управления указанным параметром.
2. Низкая надежность, обусловленная информационной избыточностью управляющего контура (дополнительно контролируются температура и расход хладоагента).
3. Применение локальных поэлементных пневматических средств автоматизации отрицательным образом сказывается как на метрологических и надежностных характеристик устройства, так и на его динамических качествах. В качестве ближайшего аналога предлагаемой полезной модели принято устройство автоматического управления реактором полунепрерывного действия (Патент RU №2294556, МПК G05D 27/00, опубл. 27.02.2007) - Устройства автоматического управления реактором полунепрерывного действия».
Устройство содержит реактор с последовательно соединенными рубашкой и змеевиком, мешалкой с двигателем, клапаном загрузки реактора снабжена патрубками подачи и выхода энергетических и материальных потоков, статическим блоком управления, запорно-регулирующим клапаном с логарифмической расходной характеристикой на линии подачи дозируемого компонента в реактор с расположенным рядом с ним аналоговым электропневматическим преобразователем.
В качестве информационных каналов используются измерители температур (6) реакционной массы, расхода дозируемого компонента и скорости вращения мешалки.
Регулирующие воздействия вырабатываются в микропроцессорном контроллере (МПК), в котором запрограммированы адаптивные принципы реализации систем с переменной структурой функционирующих в скользящем режиме: регулятора, компенсаторов учета возмущений по изменению температуры реакционной массы и расхода дозируемого компонента, а также программной системы регулирования скорости вращения двигателя мешалки. Выходы с измерителей параметров через МПК соединены с соответствующими входами преобразователей запорно-регулирующего клапана и двигателя мешалки. К недостаткам устройства относятся:
1. Перерасход одного из компонентов, добавленного предварительно в реактор.
2. Увеличенная длительность подачи другого дозируемого компонента.
Задачей полезной модели является снижение расхода одного из исходных компонентов и сокращение длительности дозировки компонента.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что предложено устройство адаптивного управления реактором полунепрерывного действия, снабженного последовательно соединенными рубашкой с патрубком подачи компонентов и хладоагента, змеевиком, мешалкой с двигателем, клапаном разгрузки, содержащее измерители температуры реакционной массы, расхода дозируемого компонента, регулируемый привод мешалки, состоящий из двигателя и статического блока программного регулирования его скорости вращения, регулирующий клапан на линии подачи дозируемого компонента в реактор, выполненный запорно-регулирующим с логарифмической расходной характеристикой, электропневматический аналоговый преобразователь, расположенный у привода регулирующего клапана, микропроцессорный контроллер с монитором и принтером, адаптивный регулятор температуры реакционной массы, и адаптивные компенсаторы учета колебаний температуры реакционной массы и расхода дозируемого компонента, при этом патрубок подачи дозируемого компонента из емкости - хранилища последовательно через регулирующий клапан и измеритель расхода соединен с напорным патрубком, опущенным под зеркало реакционной массы, непосредственно в зону работы мешалки, причем выход с измерителей температуры реакционной массы и расхода дозируемого компонента соединены со вторым и четвертым входами микропроцессорного контроллера, соответственно, а первый выход со статического блока регулирования скорости вращения двигателя мешалки соединен с первым входом микропроцессорного контроллера, а второй выход с него направлен к двигателю мешалки, первый выход с микропроцессорного контроллера соединен с входом статического блока программного регулирования скорости вращения движения мешалки, а второй выход направлен к входу электропневматического аналогового преобразователя. Устройство дополнительно содержит погружной кондуктометр в реакторе, выход с которого соединен с третьим входом микропроцессорного контроллера, спрямляющий узел, жестко соединенный по внутреннему контуру с низкими витками змеевика и расположенный под мешалкой, коммутатор каналов, функциональный и адаптивный блоки по программному изменению температуры реакционной массы в функции от показаний кондуктометра или по интегралу расхода отдозированного компонента, запрограммированных в микропроцессорном контроллере, а змеевик по высоте снабжен циркуляционным окном, расположенным по круговому контуру с нижним витком змеевика и равным по высоте двум-трем диаметрам трубы навивки змеевика, а коммутатор каналов, функциональный и адаптивный блоки по программному изменению температуры реакционной массы в функции от показаний кондуктометра или по интегралу расхода отдозированного компонента запрограммированы в микропроцессорном контроллере.
В порядке обоснования данной полезной модели приводим следующие.
1. Во многих отраслях промышленности, где широко используется технология органического синтеза с экзотермическими реакциями, до 70% ее реализации приходится на РПНД. Несмотря на такое широкое использование реакторов подобного типа, уровень их автоматизации остается до сих пор относительно низким из-за недостаточной изученности специфических особенностей РПНД, как объекта управления и потенциальной опасности самих процессов, проводимых в нем.
Особенность РПНД, а следовательно и его сложность обусловлена нестационарностью динамических характеристик по каналам управляющих и возмущающих воздействий, что затрудняет стабилизацию температурного режима в реакторе с высокой динамической точностью на каждом этапе ее программного изменения. Потенциальная опасность самих процессов состоит прежде всего в их экзотермичности, а также в той скрытой громадной концентрации межатомной энергии связи, которая образуется при синтезе высокоэнергетического целевого продукта.
При случайном стечении неблагоприятных обстоятельств (нарушение температурного режима, дозировки, перемешивания, охлаждения, возникновения протечек в теплообменных устройствах реактора), потенциальная опасность процесса может перейти в реальную энергию взрыва с большим материальным ущербом. Вот почему синтез высокоэффективной адаптивной системы управления РПНД является удачным решением указанных проблем.
2. Специфическое название реактора связано с разновидностью подачи и выгрузки материальных потоков, когда один из исходных реагентов заливается в реактор полностью, перед началом процесса дозировки, а другой затем подается непрерывно, в режиме управляемой подпитки, с целью исключения как перегрева, так и охлаждения реакционной массы. Выгрузка же реакционной массы производится периодически по окончании процессов дозировки и выдержки.
3. Регулируемый привод, являясь силовой основой многих производственных процессов в других отраслях промышленности, например, металлургической и транспортной, находит до сих пор крайне ограниченное применение в химической промышленности, что отрицательным образом сказывается на повышении их эффективности. Использование статического блока для программного регулирования скорости вращения двигателя мешалки по частоте питания его напряжения позволяет использовать в этом случае простой и надежный в эксплуатации асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с широким диапазоном изменения скорости его вращения, обеспечивая высокую эффективность протекания процесса, а также гарантируя существенное облегчение пусковых режимов, что исключает недопустимые броски тока в питающей энергосети.
4. Преимуществом РПНД является то, что в нем создаются лучшие физико-химические условия (параметры среды, характер ее движения) для проведения процесса, применяется упрощенный алгоритм пуско-остановочных режимов, а в реакторах непрерывного действия (РНД) обеспечиваются преимущества по технике реализации процесса (способы ввода исходных реагентов и вывода продукта, простота автоматизации). Стремление улучшить физико-химические условия протекания процессов в РПД (секционирование, малая степень превращения, применение каскада реакторов) приводит к воспроизведению условий, характерных для процессов, реализуемых в РНД, вызывает удорожание установки, усложнение производства.
В результате разработки алгоритма адаптивного управления РПНД процесс, проводимый в нем, становится по существу технологически непрерывным, оставаясь прежним по физико-химическим условиям протекания реакций. В этом случае он сочетает в себе преимущества процессов, реализуемых как в РНД, так и в РПНД, будучи одновременно лишен ряда недостатков присущих каждому из них в отдельности.
5. Скорость реакции очень чувствительна к изменениям температуры, что ясно из уравнения Аррениуса для константы скорости реакции:
-E/RT
К=Ko·e
-1
где К - константа скорости химической реакции первого порядка, с
о
К - предэкспоненциальный множитель,
Е - энергия активации, Дж/моль;
R - универсальная газовая постоянная;
Т - температура, К.
Влияние температуры на скорость реакции может являться единственной причиной, указывающей на необходимость постепенного ее возрастания по мере истощения исходного компонента, залитого предварительно в реактор.
При проведении же обратных реакций изменением температуры реакционной массы, можно изменять равновесие в численном направлении, что положительным образом сказывается на выходе целевого продукта.
Одним из способов увеличения скорости реакции является повышение температуры, так как температура есть мера кинетической энергии частиц вещества и с ее повышением происходит ускорение процесса в желаемом направлении.
15
Так, при повышении же температуры на 10 К скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза. При повышении температуры на 150 К скорость такой реакции возрастает в 2,6раз, т.е. в 1677260 раз. Таким образом, неконтролируемое повышение температуры может вызвать аварийную ситуацию.
Вот почему очень важно обеспечить стабилизацию температуры с высокой динамической точностью на каждом этапе ее программного изменения, что успешно решается при работе программного задатчика (блока) с переменной структурой в скользящем режиме, обеспечивая полную его адаптацию к изменяющимся условиям функционирования объекта управления.
6. Установка спрямляющего узла под пропеллерной мешалкой с жестким соединением по контуру с нижними витками змеевика способствует созданию осевого потока реакционной массы, что обеспечивает лучшие условия теплосъема и препятствует образованию воронки, снижающей эффективность перемешивания. При выгрузке же реакционной массы продолжающаяся работа пропеллерной мешалки с созданием мощного гидродинамического напора, направленного сверху вниз (также с целью разгрузки вала от его веса), способствует существенному ускорению ее выгрузки, значительно сокращая длительность этой вспомогательной стадии.
7. Использование змеевика с «оконным проемом», расположенном на половине его высоты, даст возможность создать эффективную осевую циркуляцию реакционной массы при изначальной степени заполнения реактора с минимальной скоростью вращения мешалки. В этом случае реакционная масса циркулирует вокруг змеевика через этот «оконный проем». В противном случае мощности мешалки и объема реакционной массы будет не хватать, чтобы реакционная масса перебрасывалась через полную высоту змеевика: начнут возникать застойные зоны с аварийными последствиями.
Содержание полезной модели поясняется следующими рисунками:
- функциональной схемой адаптивного управления РПНД (фиг.1);
- структурной схемой адаптивного управления РПНД (фиг.2);
- структурной схемой адаптивных компенсаторов неконтролируемых возмущений (фиг.3);
- структурной схемой адаптивного блока программного изменения температуры реакционной массы в РПНД (фиг.4);
- графиком изменений объема предварительно залитого в реактор компонента и температуры реакционной массы в зависимости от режима регулирования (фиг.5);
- графиком изменения длительности дозировки в зависимости от режима регулирования температуры максимальной массы (фиг.6);
- графиком изменения электропроводности реакционной массы в зависимости от длительности дозировки при программном регулировании температуры реакционной массы (фиг.7).
Функциональная схема устройства адаптивного управления РПНД (фиг.1) включает в себя собственно реактор 1, состоящий из последовательно соединенных теплообменников: рубашки 2 и змеевика 3 посредством трубной перемотки 4. Змеевик 3 в средней своей части по уровню и по периметру оснащен оконным круговым проемом 5, равным по высоте двум - трем диаметрам трубы навивки змеевика. Внутри реактора 1 установлена мешалка 6, соединенная посредством вала 7 через редуктор 8 с двигателем мешалки 9, расположенным снаружи реактора в верхней его части. Под мешалкой к нижним виткам змеевика по внутреннему его контуру прикреплен спрямляющий узел 10.
В днище реактора 11 смонтирован клапан разгрузки 12. Он же выполняет и функции клапана аварийного сброса реакционной массы 13 при возникновении аномальных режимов в процессе синтеза.
Для подачи хладоагента 14 с высокой энергией в рубашку 2 реактора 1 предназначен патрубок 15, установленный внизу рубашки.
В крышку реактора 1 вставлены следующие патрубки:
17 - подача хладоагента из рубашки 2 на вход змеевика 3 по трубной перемычке 4;
18 - заполнения реактора 1 исходным компонентом 19 до уровня 20;
21 - подачи дозируемого компонента 22 до уровня 23;
24 - выхода хладоагента 25 с пониженной энтропией из змеевика 3;
26 - вытяжной системы реактора для отвода газообразных продуктов реакции 27. Полукруговыми пунктирными стрелками 28 обозначена циркуляция реакционной массы в змеевике 3 при исходной степени заполнения реактора 1 (от уровня 23) и малой скорости вращения мешалки 6, а полукруглыми сплошными 29 - при средней степени заполнения реактора (до уровня 26) и возросшей скорости вращения мешалки 6.
В реакторе 1 контролируют:
- температуру реакционной массы посредством термопреобразователя 30, МПК 31, снабженного дисплеем и принтером;
- электропроводность реакционной массы при помощи погружного кондуктометра 32 и микропроцессорного контроллера 31;
- расход дозируемого компонента 22 с использованием расходомера 33 по линии его подачи в реактор 1 и микропроцессорного контроллера 31;
1
- скорость вращения двигателя мешалки 6 по информационному сигналу Х со статического блока управления его скоростью 34, пропорционального данному параметру, и микропроцессорного контроллера 31.
В реакторе 1 регулируют:
- температуру реакционной массы в режиме программного параметрического ее изменения по сигналу с термопреобразователя 30 с коррекцией ее изменения либо по электропроводности реакционной массы по сигналу с кондуктометра 32 либо по интегралу расхода отдозированного компонента по сигналу с расходомера 33 с выработкой регулирующего воздействия в микропроцессорном контроллере 33 и выдачей командного сигнала через электропневматический преобразователь 35 на пневмопривод регулирующего клапана 36;
- скорость вращения мешалки в режиме программного параметрического ее изменения в функции от интеграла расхода отдозированного компонента по сигналу с расходомера 33 с выработкой регулирующего воздействия в микропроцессорном контроллере 31 и выдачей командного сигнала через статический блок регулирования скорости 34 на двигатель 9 мешалки 6.
т
3
к
2
2
т
3
к
4
Устройство адаптивного управления РПНД (фиг.2), запрограммированное в МПК 31, состоит из первого сумматора 37, на котором происходит вычитание текущего значения сигнала Т, пропорциональное температуре РМ от заданного Т, обусловленное изменением, либо электропроводности (χ) РМ либо интегралом от расхода дозированного компонента (G·dτ) и регулятора температуры РМ 38 (φ), синтезированного в системе переменной структуры, функционирующей в скользящем режиме. Оно включает в себя также первый адаптивный компенсатор 39 (φ), по выходной координате объекта управления (ОУ) (РПНД) - температуре РМ (Т) и второй адаптивный компенсатор 40 (φ), по входной координате объекта ОУ - расходу дозируемого компонента (G), а также третий адаптивный компенсатор 41 (φ), по параметру, характеризующего изменение состава РМ (электропроводность) или степень заполнения реактора 1, что определяется по интегралу от расхода отдозированного компонента в реактор 1.
Δт
2
к
Кроме того, оно содержит первый операционный блок 42 (W) по отклонению температуры РМ, вносящего соответствующую коррекцию сигнала в первый 39, второй 40 и третьи 41 адаптивные компенсаторы, а также второй сумматор 43, на котором происходит сложение выходных сигналов с адаптивных регулятора температуры 38, первого 39, второго 40 и третьего 41 компенсаторов. Выход со второго сумматора 43 (канал φ) через электропневматический аналоговый преобразователь 35 связан с пневмоприводом запорно-регулирующего клапана 36 (W).
n
4
Выход с интеграла 44 соединен с регулирующим приводом мешалки W, состоящим из последовательно состыкованных статического преобразователя частоты 34 и двигателя мешалки 9, и параллельно с первым входом коммутатора каналов 45, со вторым входом связан кондуктометр контроля электропроводности РМ (32). Выбор информационных потоков сигналов у коммутатора каналов, реализуется посредством управляющего дискретного воздействия HS. Выход с коммутатора каналов 45 направлен к функциональному блоку 46 (ФБ) для уточненной корректировки выходного сигнала, с целью получения более адекватной зависимости между текущим значение температуры РМ и значением контролируемых количественного (интеграл от расхода дозированного компонента в реактор) или качественного (электропроводность РМ) параметров, подается на второй вход третьего адаптивного компенсатора 41 (φ).
1
Для этого предназначено управляющее аналоговое воздействие HC.
На ОУ (РПНД1) обозначены:
W(p) - передаточные функции с переменными параметрами по управляющим и неконтролируемым возмущающим каналам.
1
ΣF - суммарное воздействие неконтролируемых внешних воздействий;
Н - текущее значение уровня РМ;
nµ - скорость вращения мешалки;
χ - электропроводность РМ;
к
G - расход дозируемого компонента.
На фиг.3 представленная структурная схема адаптивных компенсаторов неконтролируемых вешних возмущений с учетом изменяя температуры РМ и расхода дозируемого компонента состоит из следующих функциональных блоков.
Δт
Первого операционного блока 42 (W), формирующего выходной сигнал д при отклонении температуры РМ от заданного переменного значения.
т
1
Второго операционного блока 47 (W), формирующего выходной сигнал f при изменении температуры РМ.
i
2
к
Третьего операционного блока 48 (W), формирующего выходной сигнал f при изменении расхода дозируемого компонента G.
1
Первого блока умножения сигналов 49, поступающих от первого 42 и второго 47 операционных блоков, и определяющего знак произведения сигналов д·f.
2
2
1
Второго блока умножения сигналов 50, поступающих от первого 42 и третьего 48 операционных блоков и определяющего знак произведения сигналов д·f. Второго коммутатора каналов 51 (КК), осуществляющего выработку дискретного сигнала на управляющие входы первой пары логических элементов 52 «ДА» и 53 «HE» согласно следующему алгоритму:
1
1
1
1
1
И(f,д)={К·f при f·д>0;
2
2
1
К·f при f·д<0;
1
2
причем, K>К
3
2
2
Третьего коммутатора каналов 54 (КК), осуществляющего выработку дискретного сигнала на управляющие входы второй пары логических элементов 55 «ДА» и 56 «НЕ» согласно следующему алгоритму:
2
2
3
2
2
И(f,д)={К·f при f·д>0;
4
2
2
К·f при f·д<0;
3
4
причем, K>К
1
1
Третьего блока умножения 57 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент K усиления канала.
1
2
Четвертого блока умножения 58 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент К ослабления канала.
2
3
Пятого блока умножения 59 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент К усиления канала.
2
Шестого блока умножения 60 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент ослабления канала.
На фиг.4 представленная структурная схема адаптивного блока программного изменения температуры реакционной массы в реакторе содержит следующие элементы.
1
3
3
Четвертый операционный блок G, формирующий выходящий сигнал f с изменением электропроводности реакционной массы или интеграла от расхода отдозированного компонента в реактор седьмого блока умножения 62 сигналов, поступающих от первого 42 и четвертого 61 операционных блоков и определяющего знак произведения д·f.
3
3
3
Третий коммутатор каналов 63 (КК), осуществляющий выработку дискретного сигнала на управляющие входы третьей пары логических элементов 64 «ДА» и 65 «НЕ» согласно следующему алгоритму:
3
3
5
3
3
И(f,д)-{К·f при f·д>0;
6
3
2
К·f при f·д<0;
5
6
причем, K>К
3
5
Восьмой блок умножения 64 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент K усиления сигнала.
3
6
Девятый блок умножения 65 произведения входного сигнала f на постоянный коэффициент К ослабления сигнала.
На фиг.5 приняты следующие обозначения:
По оси абсцисс: φ - степень заполнения реактора;
ни
ки
- φ - начальная и конечная (φ) степени заполнения реактора по данному изобретению;
По оси ординат:
Т - температура реакционной массы в К;
pм
V - объем реакционной массы в реакторе.
на(ни)
Т - начальная температура реакционной массы перед началом дозировки (прототип)
(на) и (заявленная полезная модель) (ни)
ка
Т - конечная температура реакционной массы в конце дозировки (прототип);
ки
Т - конечная температура реакционной массы в конце дозировки (заявленная полезная модель;
Объемы реакционной массы
По прототипу:
нa
V - начальный объем;
кa
V - конечный объем;
По данному изобретению:
ни
V - начальный объем;
ки
V - конечный объем.
На графике (фиг.5) цифрами обозначены:
68 - наклонная линия изменения объема реакционной массы в процессе дозировки (прототип);
69 - наклонная линия изменения объема реакционной массы в процессе дозировки (заявленная полезная модель);
70 - горизонтальная линия изменения температуры реакционной массы при регулировании ее в режиме стабилизации (прототип);
71 - горизонтальная линия изменения температуры реакционной массы при регулировании ее в режиме стабилизации (заявленная полезная модель).
д
На графике на (фиг.6) цифрами обозначены следующие наклонные линии: длительность дозировки дозируемого компонента (V) по:
да
72- прототипу (τ);
ди
73 - заявленной полезной модели(τ);
да
ди
Из графика следует, что τ<τ;
д
На графике (фиг.7) показан характер изменения электропроводности реакционной массы (χ) в зависимости от длительности дозировки (τ) при программном регулировании ее температуры. Данная зависимость с учетом ее нелинейности и масштабности использована, как один из вариантов, для изменения заданного значения температуры.
Устройство адаптивного управления РПНД функционирует следующим образом.
При изменении температуры реакционной массы информационный сигнал с измерителя температуры 30 поступает на микропроцессорный контроллер 31, где сравнивается с переменным заданным значением на первом сумматоре 37 и одновременно подается на первый вход первого адаптивного компенсатора 39 для выработки корректирующего сигнала управляющему воздействию. Разность сигналов с первого сумматора 37 поступает на входы адаптивного регулятора температуры 38 и первого операционного блока 42.
Сигнал с измерителя расхода 33 дозируемого компонента 22 поступает на первый вход второго адаптивного компенсатора 40, а сигнал с первого операционного блока 42 направляется на вторые входы первого и второго адаптивных компенсаторов 39 и 40.
3
3
Заданное значение температуры Т является величиной переменной и определяется функциональной зависимостью либо от электропроводности реакционной массы (информационный канал Х) либо по интегралу от объема дозированного компонента, определяемый в блоке 44. В коммутаторе каналов 45 устанавливается, какой вид сигнала является более приемлемым по изменению заданного значения температуры реакционной массы. Окончательная корректировка сигнала по программному изменению температуры реакционной массы достигается в функциональном блоке 46, выходной сигнал с которого поступает и на второй вход первого сумматора 37 и на первый вход адаптивного программного блока изменения температуры реакционной массы 41, а сигнал с первого операционного блока 42 направляется на второй вход адаптивного программного блока изменения температуры реакционной массы 41.
Выходной сигнал с адаптивного регулятора температуры 38 и скорректированные сигналы с первого 39, второго 40 адаптивных компенсаторов и с адаптивного блока программного изменения температуры реакционной массы 41 подаются на второй сумматор 43, выход с которого через электропневматический аналоговый преобразователь 35 поступает на пневмопривод регулирующего клапана 36, воздействуя на расход дозируемого компонента таким образом, чтобы рассогласование между текущим значением температуры реакционной массы и переменным заданным ее значением свести с максимальным быстродействием к минимуму. Сигнал с интеграла расхода 44 направляется также к статическому блоку регулирования скорости 34 вращения двигателя 9 мешалки в режиме программного ее изменения для стабилизации интенсивности перемешивания реакционной массы; при переменной степени заполнения реактора.
Использование данной полезной модели позволяет на 15-21% уменьшить расход исходного компонента и на 18-22% сократить длительность дозировки компонента.