Система автоматичного управління процесом синтезу аміаку

Изобретение относится к автоматическому управлению производством аммиака*, может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и позволяет повысить производительность процесса за счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и предупреждения аварийных режимов Система управления содержит конверторы 1 и 2, колонну 3 синтеза, измеритель (И) 4 расхода природного газа, задатчик 6, компенсатор 7, регуляторы 8-10, формирователи 13 и 14 положения клапанов, И 15 основного расхода воздуха, сумматоры 16 и 40, пороговые элементы 17-23, элементы 24-27 совпадения, логический элемент ИЛИ 28, функциональный блок 29, логический элемент 30 отрицания, ограничители 31-33, блок 34 форсйжа, пропорциональный элемент 35, И 36 состава, пороговые блоки 37, 38, И 39 температуры газа. 2 з п ф-лы, 4 ил. со со 1634637 Изобретение относится к автоматическому управлению химическими процессами и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации про- 5 изводства синтеза аммиака. Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и предупреж- 10 дения аварийных режимов. На фиг.1 приведена функциональная схема системы управления; на фиг 2 - ограничитель; на фиг.З - элемент системы управления с использованием измерителя 15 дополнительного расхода воздуха, на фиг 4 - элемент системы управления с использованием контура настройки третьего регулятора. Система управления режимом техноло- 20 гического объекта содержит (фиг.1) конвертер 1 первой ступени, конвертер 2 второй ступени, колонну 3 синтеза, измеритель 4 расхода природного газа, клапан 5 подачи газа, задатчик 6, компенсатор 7, первый, 25 второй и третий регуляторы 8—10, первый и второй клапаны 11,12 подачи соответственно основного и дополнительного воздуха, формирователи 13, 14 положения первого и второго клапанов подачи воздуха, измери- 30 тель 15 основного расхода воздуха, первый сумматор 16, первый - седьмой пороговые элементы 17-23, первый - четвертый элементы 24-27 совпадения И, логический элемент ИЛИ 20, функциональный блок 29, 35 логический элемент 30 отрицания, первый, второй и третий ограничители 31-33, блок 34 форсажа, пропорциональный элемент 35, измеритель 36 состава, первый и второй пороговые блоки 37, 38, измеритель 39 тем- 40 пературы газа после конвертера второй ступени, второй сумматор 40 ограничиваться соответствующими ограничителями. Второй регулятор9 предназначен для поддержания заданного расхода воздуха в конвертере 2. Он может иметь ПИструктуру Величина задания у регулятора может ограничиваться соответствующими ограничителями Третий регулятор 10 предназначен для выработки управлений по подаче воздуха из условия регулирования состава циркуляционного газа относительно задания, вводимого в этот регулятор Регулятор 10 может иметь структуру линейного или нелинейного ПИ-регуляторз. Клапаны 11 и 12 предназначены для измвнения подачи воздуха в конвертер 2. Клапан 12 установлю, ча бзйпасноймагистрали подачи воздуха, которая либо подключается параллельно основной магистрали, либо представляет собой отвод части воздуха в атмосферу. Формирователи 13 и 14 положения первого и второго клапанов подачи воздуха предназначены для формирования и передачи сигналов Wi и W2 по положениям первого и второго клапанов подачи воздуха. В частном случае формировзтели 13 и 14 могут быть реализованы на базе измерителей давления, формирующих и передающих сигналы по величинам давления управляющего воздуха, перемещающего клапаны. Измеритель 15 предназначен для формирования сигнала по расходу F воздуха в основной магистрали подачи воздуха. Измерители 4,15 могут быть резлизованы на базе типовых расходомеров. Первый сумматор 16 предназначен для определения суммы сигналов, поступающих на его входы, с целью определения результирующего управляющего воздействия. Первый пороговый элемент 17 предназначен для определения возможности уменьшения подачи воздуха по байпасной Измеритель 4 предназначен для формагистрали. Если W2 >Н\л/2- т о выдается помирования сигнала по расходу газа в конзиционный сигнал на первые входы первовертер 1. Клапан 5 предназначен для 45 го ограничителя 31 второго элемента изменения подачи газа в конвертер 1 Засовпадения 25, Hw2 ~ нижнее ограничение ~ датчик t> предназначен для ввода в систему ПО W2 величины задания по расходу газа Второй пороговый элемент 18 предназКомпенсатор 7 предназначен для комначен для определения возможности увелипенсации возмущений по изменению подачи 50 чения подачи воздух, по байпасной газа. Ею характеристики устанавливаются магистрали Если W2 Нр- , то выдается пози 1634637 сигнала при отсутствии входного сигнала, ционный сигнал на первый вход второго огпри наличии входного сигнала сигнал на раничителя 32, HF ~ верхнее ограничение выходе элемента 30 отсутствует. С выхода по F. элемента 30 сигнал подается на первый w Четвертый пороговый элемент 20 предназначен для сравнения температуры t газа 5 второй входы третьего ограничителя 33. Первый ограничитель 31 предназначен после конвертера второй ступени с огранидля корректировки управления, поступаючением Bt Если t < Bt, выдается позиционщего на его третий вход е соответствии с ный сигнал на первый вход третьего сигналами, выдаваемыми первым и вторым элемента 26 совпадения. Пятый пороговый элемент 21 предназ- 10 пороговыми элементами 17, 18. Если управление, поступающее от функционального начен для сравнения температуры t с ограблока 29, соответствует увеличению степеничением Bt . Если t 0] и есть сигнал того элемента 27 совпадения (Bt > Bt). Шестой пороговый элемент22 предназ- 15 от элемента 18 или если управление соответствует уменьшению степени открытия начен для определения возможности увели(Д W2 < 0) и есть сигнал от элемента 17, то чения подачи воздуха по основной управление не меняется, в остальных случамагистрали. Если F < Вр1, то выдается позиях принимается Д W2 = 0, т.е. сигнал огра• ционный сигнал на первый вход четвертого элемента 27 совпадения. 20 ничивается. Второй ограничитель 32 предназначен Седьмой пороговый элемент 23 предназдля корректировки управления, поступаюначен для сравнения сигнала Wi с ограничещего на его третий вход в соответствии с ниями Н w г В и/ г ^ с п и И w і < Wi, 0) и есть сигнал от элемента чии сигналов на двух входах элемента 24. 30 27 или если управление от регулятора соВторой элемент 25 совпадения предответствует уменьшению подачи воздуханазначен для выдачи позиционного сигнала ( AF- 0, то блок 37 выдает позициопределяется возможность снижения онный сигнал на вгорай вход элемента 24; подачи воздуха, при наличии такой возможесли Д\Л/г < 0, блок 38 выдает позиционный ности сигнал от элемента 19 подается на сигнал на второй вход элемента 25. первый вход ограничителя 32. С помощью 15 пороговых элементов 21, 22, элемента совИзмеритель 39 предназначен для опрепадения 27 и измерителя 39 определяется деления температуры газа после конвертевозможность увеличения подачи воздуха, ра второй ступени и может быть реализован при наличии такой возможности выдается на базе датчика с термопарой. Второй сумсигнал от элемента 27 на второй вход огрэматор 40 предназначен для суммирования двух сигналов, поступающих на его входы. 20 ничителя 32. С помощью ограничителя 32 корректируют управление от регулятора 10 Реализация ограничителей 31, 32, 33, в зависимости от возможности увеличения является общеизвестной. Они могут быть и уменьшения подачи воздуха. С выхода огреализованы на базе стандартных элеменраничителя 32 управление подают на входы тов, тривиальных по принципу функционирования. 25 блока 34 и элемента 35. При помощи формирователя 13, порогоОдин из возможных примеров реализавых элементов 20, 23 и элемента 26 совпации такого ограничителя приведен на фиг.2. дения определяется возможность выдачи Ограничитель содержит третий пороговый форсированного управления, при наличии блок 43, второй логический элемент 44 отрицания, пятый и шестой элементы И 45 и 46, 30 такой возможности выдается сигнал на втовторой логический элемент ИЛИ 47, релейрой вход блока 34 форсажа. При наличии ный элемент 48. сигнала на втором входе блок форсажа выдает форсированное управление по подаче Пороговый блок определяет характер воздуха, при отсутствии этого сигнал управизменения управления V, подаваемого на его вход. Если AV ^ 0 , то выдается позици- 35 ления от ограничителя 32 проходит только онный сигнал на вход элемента 44 отрицачерез элемент 35. При помощи второго сумния и второй вход элемента И 46. Элемент матора 40 производится суммирование вы44 выдает позиционный сигнал на второй ходных сигналов блока 34 и элемента 35. С вход элемента И 45 при отсутствии позиципомощью функционального блока 29 управонного сигнала на входе элемента 44. Эле- 40 ление преобразуется в величины, соответстменты 45 и 46 формируют позиционные вующие изменению подачи воздуха сигналы при наличии сигналов на обоих вхоклапаном 12. При помощи пороговых эледах каждого из этих блоков. ментов 17, 18 и формирователи 14 определяется возможность уменьшения и Сигналы, сформированные элементами 45, 46, передаются на входы элемента ИЛИ 45 увеличения подачи воздуха по байпасной магистрали. При возможности увеличения 47. Элемент ИЛИ 47 формирует сигнал на подается сигнал на второй вход ограничитевключение релейного элемента 48 при налиля 31 и первый вход элемента 24 совпадечии хотя бы одного входного сигнала Вклюния, при возможности уменьшения ченный релейный элемент 48 пропускает управляющий сигнал, а при выключенном 50 выдается сигнал на пери іе входы ограничиэлементе 48 приращение управления равно теля 31 и элемента 2F совпадения. С понулю (Д V = 0). мощью пороговых блоков 37, 38 опоеделяется характер требуемого изменеСистема работает следующим образом, ния степени открытия клапана 12 и выдаютПри помощи контура регулирования, содержащего регулятор 8, клапан 5 и измери- 55 ся соответствующие сигналы на вторые тель 4, поддерживается расход природного входы элементов 24, 25. При помощи элегаза, равный заданию, вводимому с поментов 24, 25 совпадения, элемента ИЛИ 28 мощью задатчика 6. При помощи компенсаи элемента 30 отрицания вырабатывается тора 7 определяется управление по подаче сигнал на снятие блокировки ограничителя 33 при недопустимости отработки управле 1634637 ния с помощью клапана 12, при отработке управления клапаном 12 сигнал на выходе элемента 30 отсутствует. С помощью ограничителя 31 корректируют управление в зависимости от возможности увеличения и 5 уменьшения подачи воздуха клапаном 12. При помощи ограничителя 33 корректируют управление в зависимости от сигнала от элемента 30, и при недопустимости отработки управления клапаном 12 управление через 10 ограничитель 33 поступает на второй вход сумматора 16, с помощью которого определяется результирующее управление и выдается в камеру задания регулятора 9, который поддерживает задаваемый расход воздуха по основной магистрали, выдавая 15 управления на клапан 11, с помощью клапанов 11 и 12 изменяется подача воздуха с целью обеспечения заданного состава циркуляционной смеси с учетом динамических характеристик обьекта и компенсацией воз- 20 мущений в нормальном и предаварийном режимах работы. 10 измеритель расхода природного газа, подкпюченный к первому входу первого регулятора, выход которого связан с клапаном подачи газа, задатчик, выход которого соединен с вторым входом первого регулятора, формирователь положения второго клапана, параллельно подключенный к входам первого и второго пороговых элементов, выходы которых соединены с первыми входами соответственного второго и первого элементов совпадения И, выход первого элемента совпадения И связан с первым входом логического элемента ИЛИ, измеритель основного расхода воздуха, подключенный выходом к входу третьего порогового элемента, измеритель температуры газа, выход которого соединен с входом четвертого порогового элемента, пятый, шестой и седьмой пороговые элемен-. ты, выходы четвертого и седьмого пороговых элементов подключены к обоим входам третьего элемента совпадения И. выход шестого порогового элемента соединен с первым входом четвертого элемента Работа системы может быть улучшена, если в систему ввести контур стабилизации 25 совпадения И, три ограничителя, второй и расхода воздуха по байпзсной магйстрзли третий регуляторы, выход первого ограни(фиг.З), включающий измеритель А1 расхода чителя связан с вторым клапаном, измеридополнительного воздуха и четвертый регутель состава, подключенный через третий лятор 42, связанный выходом с клапаном 12. регулятор к третьему входу второго ограниПри этом управление от ограничителя 31 30 чителя, формирователь положения первого выдается не на клапан 12, а в камеру задаклапана, соединенный с входом седьмого . ния регулятора 42. При этом расход воздуха порогового элемента, и функциональный через клапан 12 поддерживается равным блок, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью заданию, поступающему от блока 29 через увеличения производительности процесса ограничитель 31. 35 за счет повышения качества управления составом смеси в системе циркуляции и преРабота системы также может быть улучшена, если выход третьего элемента 26 совдупреждения аварийных режимов, она падения дополнительно подключить к входу дополнительно содержит компенсатор, дв'а формирования параметров настройки сумматора, логический элемент отрицания, третьего регулятора 10 (фиг.4). При этом па- 40 блок форсажа, пропорциональный элемент раметры настройки регулятора 10 корректии два пороговых блока, при этом выход заруются в зависимости от сигнала, датчика подключен также через компенсаформируемого элементом 26. тор к первому входу первого сумматора, соединенному своим вторым входом с выхоПедложенная система может быть реализована как с использованием УВМ, так и 45 дом третьего ограничителя, а выходом - с на базе стандартных аналоговых средств первым входом второго регулятора, измериавтоматизации. Предложенная система тель основного расхода воздуха связан такобеспечивает по сравнению с прототипом же с вторым входом второго регулятора, более высокое качество управления составыход которого соединен с первым клэпавом циркуляционной смеси, поскольку обес- 50 ном, выходы первого и второго пороговых печивает более полный учет динамических элементов подключены к первому и второму характеристик обьекта и действие на объект входам первого ограничителя, выход функвозмущений в нормальном и в предавэрийционального блока параллельно соединен с ном режимах работы. Это приводит к повытретьим входом первого ограничителя и вхошению стабильности процесса, 55 дэми первого и второго пороговых блоков, предупреждению предаварийных режимов выходы которых подключены к вторым вхои увеличению его производительности. дам соответственно первого и второго элеФормула изобретения ментов совпадения И, выход второго 1. Система автоматического управления элемента совпадения И связан с вторым процессом синтеза аммиака, содержащая входом логического элемента ИЛИ, подклю 11 12 1634637 блока и третьим входом третьего ограничиченного через элемент отрицания к первому теля, а выход измерителя основного расхои второму входам третьего ограничителя, да воздуха связан также с входом шестого измерительтемпературы газа после конверпорогового элемента. тора второй ступени соединен также с вхо5 2. Система по п. 1 , о т л и ч а ю щ а я с я дом пятого порогового элемента, тем, что она дополнительно содержит измеподключенного своим выходом к второму ритель дополнительного расхода воздуха и входу четвертого элемента совпадения И, четвертый регулятор, при этом измеритель выход которого связан с вторым входом втодополнительного расхода воздуха подклюрого ограничителя, подключенного своим первым входом к выходу третьего порогово- 10 чен к первому входу четвертого регулятора, а выход первого ограничителя соединен с го элемента, а выходом - к входу пропорцивторым клапаном через второй вход четверонального элемента и к первому входу блока того регулятора. форсажа, второй вход которого соединен с 3. Система по пп.2 и і . о т л и ч а ю щ а я выходом третьего элемента совпадения И, выходы пропорционального элемента и бло- 15 с я тем, что выход третьего элемента совпадения И подклк ієн также к входу формирс ка форсажа подключены к обоим входам вания параметров настройки третьего второго сумматора, выход которого паралрегулятора. лельно соединен с входом функционального ЩгМ Редактор М. Циткина Составитель Г Огзджанов Техред М.Моргентал Корректоо Л. Па гай Заказ 729 Тираж 306 Подписное BHt/ІИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва, Ж-35 Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101