RU2684767C1 - Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas - Google Patents
Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684767C1 RU2684767C1 RU2018107012A RU2018107012A RU2684767C1 RU 2684767 C1 RU2684767 C1 RU 2684767C1 RU 2018107012 A RU2018107012 A RU 2018107012A RU 2018107012 A RU2018107012 A RU 2018107012A RU 2684767 C1 RU2684767 C1 RU 2684767C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controller
- regulator
- input
- proportional
- output
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 241000555745 Sciuridae Species 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения природного газа и может использоваться, в частности, для охлаждения газа после компримирования на компрессорных станциях магистральных газопроводов.The invention relates to apparatus for air cooling of natural gas and can be used, in particular, to cool the gas after compression of the main gas pipelines at compressor stations.
Известна система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения [RU 2330993]. Недостатком устройства является необходимость перенастройки регуляторов при изменении температуры наружного воздуха.The known system of automatic control of air coolers [RU 2330993]. The disadvantage of this device is the need to reconfigure the regulators when the outside temperature changes.
Наиболее близкой по технической сущности является система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения газа [Абакумов A.M. Алимов С.В., Мигачева Л.А., Мигачев А.В. Исследование системы автоматического управления температурой газа на выходе аппаратов воздушного охлаждения / Известия вузов Электромеханика. №5, 2014. С. 68 - 71], содержащая блок задания температуры, фильтр в виде апериодического звена второго порядка, первый, выполненный в виде интегрального, регулятор, второй, выполненный в виде пропорционально-интегрально-дифференциального, регулятор, частотно-регулируемый электропривод, включающий частотный преобразователь и асинхронные короткозамкнутые приводные двигатели вентиляторов, вентиляторы, теплообменник и датчик температуры газа на выходе теплообменника.The closest in technical essence is an automatic control system for an air-cooled gas cooler [Abakumov A.M. Alimov SV, Migacheva LA, Migachev A.V. Investigation of the system of automatic control of the gas temperature at the outlet of the air-cooled apparatus / Proceedings of universities Electromechanics. No. 5, 2014. P. 68 - 71], containing a temperature setting block, filter in the form of a second-order aperiodic link, first made in the form of an integral regulator, second one made in the form of a proportional-integral-differential regulator, frequency-controlled electric drive including a frequency converter and asynchronous short-circuited drive motors of fans, fans, a heat exchanger and a gas temperature sensor at the heat exchanger outlet.
Типовой аппарат воздушного охлаждения газа, например, аппарат 2АВГ-75, который широко применяется на компрессорных станциях магистральных газопроводов, содержит теплообменник, через который прокачивается охлаждаемый газ, и два вентилятора, создающих поток охлаждающего воздуха. Вентиляторы приводятся в движение асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Для управления частотой вращения вентиляторов применяют частотные преобразователи. Систему управления выполняют в виде системы с отрицательной обратной связью по температуре газа на выходе аппарата. Для обеспечения устойчивости системы и требуемых динамических характеристик в систему вводят регуляторы.A typical air-cooled gas cooler, for example, the 2AVG-75 apparatus, which is widely used at compressor stations of main gas pipelines, contains a heat exchanger through which the cooled gas is pumped, and two fans that create a flow of cooling air. Fans are driven by asynchronous electric motors with a squirrel cage rotor. To control the fan speed used frequency converters. The control system is performed in the form of a system with negative feedback on the gas temperature at the outlet of the apparatus. To ensure the stability of the system and the required dynamic characteristics, regulators are introduced into the system.
Система автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения газа имеет специфические особенности.The system of automatic control of air-cooled gas coolers has specific features.
Наряду с требуемыми показателями качества регулирования температуры, система, для исключения динамических перегрузок кинематической части привода вентиляторов, должна обеспечивать протекание переходного процесса изменения частоты вращения вентиляторов при ступенчатом изменении сигнала задания температуры без существенного перерегулирования. Коэффициент передачи процесса теплообмена в теплообменнике зависит от температуры и влажности наружного воздуха, расхода газа через АВО, температуры газа на входе в АВО, угла атаки лопастей вентиляторов, других менее существенных факторов. Как показывает анализ, коэффициент передачи процесса теплообмена при стабильном по производительности режиме работы компрессорной станции может меняться в 3…4 раза. С учетом изменения производительности в течение года диапазон изменения коэффициента передачи процесса теплообмена достигает 8…10. Постоянная времени процесса теплообмена изменяется при этом в 1,5…2 раза.Along with the required quality parameters of temperature control, the system, in order to exclude dynamic overloads of the kinematic part of the fan drive, must ensure that the transition process changes the fan speed during a step change in the temperature reference signal without significant overshoot. The transfer coefficient of the heat exchange process in the heat exchanger depends on the temperature and humidity of the outside air, gas flow through the air cooler, the gas temperature at the air cooler inlet, the angle of attack of the fan blades, and other less significant factors. As the analysis shows, the transfer coefficient of the heat exchange process with a stable in performance mode of operation of the compressor station can change 3 ... 4 times. Taking into account changes in productivity during the year, the range of change in the transfer coefficient of the heat exchange process reaches 8 ... 10. The time constant of the heat exchange process changes in this case by 1.5 ... 2 times.
Недостаток наиболее близкой по технической сущности системы управления аппаратом воздушного охлаждения газа заключается в том, что ее показатели качества регулирования существенно изменяются при изменении коэффициента передачи и постоянной времени процесса теплообмена. Из-за этого, зачастую, приходится корректировать настройки регуляторов при смене времен года, что затрудняет эксплуатацию системы. Кроме того, значительным недостатком является то, что в известной системе содержится шесть настраиваемых параметров: две постоянные времени апериодического фильтра второго порядка, три постоянные времени пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора и постоянная времени интегрального регулятора. Действительные значения параметров системы, по которым должны выбираться указанные постоянные времени, известны лишь приближенно. В связи с этим возникает задача экспериментальной настройки регуляторов с учетом фактических значений параметров системы. Большое количество настраиваемых параметров, усложняет настройку системы.The disadvantage of the closest to the technical essence of the control system of the device for air cooling of gas lies in the fact that its indicators of the quality of regulation change significantly with a change in transmission coefficient and a time constant of the heat exchange process. Because of this, it is often necessary to adjust the settings of regulators when the seasons change, which complicates the operation of the system. In addition, a significant drawback is that the known system contains six adjustable parameters: two time constants of the second-order aperiodic filter, three time proportional-integral-differential controller and the time constant of the integral controller. The actual values of the system parameters by which the indicated time constants should be chosen are known only approximately. In this connection, the task of experimental adjustment of regulators arises, taking into account the actual values of the system parameters. A large number of customizable parameters complicates system configuration.
Техническим результатом использования изобретения является снижение количества настраиваемых параметров, а также улучшение динамических характеристик системы в условиях вариаций ее параметров вследствие изменения внешних условий и, как следствие, отсутствие необходимости корректировки коэффициентов регуляторов после первичной настройки.The technical result of the use of the invention is to reduce the number of adjustable parameters, as well as improving the dynamic characteristics of the system in terms of variations in its parameters due to changes in external conditions and, as a consequence, there is no need to adjust the coefficients of the regulators after the initial setting.
Сущность изобретения состоит в том, что система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа, содержащая блок задания температуры, первый, выполненный в виде интегрального, регулятор, частотно-регулируемый электропривод, включающий частотный преобразователь и асинхронные короткозамкнутые двигатели привода вентиляторов, вентиляторы, теплообменник и датчик температуры, причем выход частотного преобразователя подключен к асинхронным электродвигателям, кинематически связанными с вентиляторами, воздействующими потоком воздуха на теплообменник, дополнительно снабжена пропорционально-дифференциальным регулятором, пропорциональным регулятором и апериодическим регулятором второго порядка, причем вход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с выходом датчика температуры, его выход подключен ко второму входу первого регулятора и второму входу пропорционального регулятора, выход блока задания температуры соединен с первым входом первого регулятора, выход первого регулятора соединен с первым входом частотно-регулируемого электропривода, и, через апериодический регулятор второго порядка, с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен со вторым входом частотно-регулируемого электропривода, при этом постоянная времени первого регулятора выбирается по соотношению TR1=0,6kokEkDTo, где ke,kD - коэффициенты передачи электропривода и датчика температуры, ko, To - коэффициент передачи и постоянная времени процесса теплообмена в теплообменнике, постоянная времени дифференцирующего преобразования пропорционально дифференциального регулятора выбирается равной постоянной времени теплообменника, коэффициент передачи пропорционального регулятора выбирается равным kR3=5.The essence of the invention lies in the fact that the automatic control system of the natural gas air-cooling apparatus, comprising a temperature setting unit, the first one, made in the form of an integral controller, a variable frequency drive, including a frequency converter and asynchronous short-circuited fan drive motors, fans, a heat exchanger and a sensor temperature, and the output of the inverter is connected to asynchronous motors, kinematically connected to the fans, The air flow to the heat exchanger is additionally equipped with a proportional-differential regulator, a proportional regulator and a second-order aperiodic regulator, the input of the proportional-differential regulator connected to the temperature sensor output, its output connected to the second input of the first regulator and the second input of the proportional regulator, output of the reference block temperature is connected to the first input of the first regulator, the output of the first regulator is connected to the first input frequency-adjustable th actuator, and through second order deadbeat controller, a first input of a proportional controller, whose output is connected to a second input of the variable frequency drive, the time constant of the first controller is selected by the relation T R1 = 0,6k o k E k D T o where k e, k D - drive transmission ratios and temperature sensor, k o, T o - gain and time constant of heat transfer in the heat exchanger, the time constant of the differentiating conversion proportional differential regu Yator chosen equal to the time constant of the heat exchanger, the proportional regulator transmission ratio is chosen equal to k R3 = 5.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности блоков и связей устройства. Введение апериодического регулятора второго порядка и пропорционального регулятора позволяет компенсировать влияние вариаций параметров процесса теплообмена на качество управления, что придает системе адаптивные свойства, а введение пропорционально-дифференциального регулятора компенсирует инерционность процесса теплообмена. Указанная совокупность блоков и связей позволяет снизить вариации показателей качества регулирования при изменении температуры окружающей среды и производительности компрессорной станции, тем самым обеспечивается круглогодичная эксплуатация системы без поднастройки коэффициентов регуляторов. В отличие от известной, в предлагаемой системе автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения содержится только три настраиваемых параметра: постоянная времени интегрирующего преобразования первого регулятора, постоянная времени дифференцирующего преобразования пропорционально-дифференциального регулятора и коэффициент передачи пропорционального регулятора.Significant differences are reflected in the new set of blocks and connections of the device. The introduction of a second-order aperiodic controller and a proportional controller allows to compensate for the influence of variations in the parameters of the heat exchange process on the quality of control, which gives the system adaptive properties, and the introduction of a proportional-differential controller compensates for the inertia of the heat exchange process. This set of blocks and connections allows to reduce variations in the quality of regulation with changes in ambient temperature and compressor station performance, thereby ensuring year-round operation of the system without adjusting the coefficients of the regulators. In contrast to the well-known, the proposed automatic control system of the air-cooling apparatus contains only three adjustable parameters: the time constant of the integrating transformation of the first controller, the time constant of the differential transformation of the proportional-differential controller and the transfer coefficient of the proportional controller.
На фиг. 1 приведена функциональная схема системы автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа; на фиг. 2 - структурная схема системы; на фиг. 3 - графики переходных процессов изменения частоты вращения вентиляторов в предлагаемой системе при единичном ступенчатом изменении сигнала задания температуры и при вариациях коэффициента передачи объекта управления; на фиг. 4 - графики переходных процессов изменения частоты вращения вентиляторов в предлагаемой системе при единичном ступенчатом изменении сигнала задания температуры и при вариациях постоянной времени объекта управления. Система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения газа (фиг. 1) содержит блок 1 задания температуры, первый, выполненный в виде интегрального, регулятор (И-регулятор) 2; второй регулятор (апериодический регулятор второго порядка) 3; третий, выполненный в виде пропорционального, регулятор (П-регулятор) 4; частотно-регулируемый электропривод 5, включающий частотный преобразователь и асинхронные короткозамкнутые двигатели привода вентиляторов; вентиляторы 6; теплообменник 7; датчик температуры 8; четвертый, выполненный в виде пропорционально-дифференциального, регулятор (ПД-регулятор) 9.FIG. 1 shows a functional diagram of the automatic control system of a natural gas air-cooling apparatus; in fig. 2 - block diagram of the system; in fig. 3 - graphs of transients of the change in the rotational speed of the fans in the proposed system with a single step change in the temperature reference signal and variations in the transmission coefficient of the control object; in fig. 4 - graphs of transients of the change in the rotational speed of the fans in the proposed system with a single step change in the temperature reference signal and variations in the time constant of the control object. The automatic control system of an air-cooled gas cooler (Fig. 1) contains a
Выход блока 1 задания температуры соединен с первым входом И -регулятора 2. Выход И-регулятора 2 соединен со входом апериодического регулятора второго порядка 3 и первым входом частотно-регулируемого электропривода 5. Выход апериодического регулятора второго порядка 3 соединен с первым входом П-регулятора 4, выход которого соединен со вторым входом частотно-регулируемого электропривода 5. Выход частотно-регулируемого электропривода 5 подключен к асинхронным электродвигателям, кинематически связанным с вентиляторами 6, воздействующими потоком воздуха на теплообменник 7, оснащенный датчиком температуры 8. Выход датчика температуры 8 соединен с ПД-регулятором 9, а выход ПД-регулятора 9 соединен со вторым входом П-регулятора 4 и вторым входом И - регулятора 2.The output of the
Система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа работает следующим образом. На входе И-регулятора 2 происходит сравнение сигнала, поступающего с блока 1 задания температуры, и сигнала датчика 8 температуры, поступающего на второй вход И-регулятора 2 через ПД-регулятор 9. Сигнал с выхода И-регулятора 2 поступает на вход апериодического регулятора второго порядка 3 и вход частотно-регулируемого электропривода 5. Сигнал с выхода апериодического регулятора второго порядка 3 поступает на вход П-регулятора 4, где он сравнивается с сигналом с выхода ПД-регулятора 9. Сигнал на входе частотно-регулируемого электропривода 5, определяющий частоту ƒ вращения электродвигателей и соответственно вентиляторов 6 формируется из двух составляющих - сигнала с выхода И-регулятора 2 и сигнала с выхода П-регулятора 4. При изменении значения коэффициента передачи и постоянной времени процесса теплообмена, на выходе П-регулятора формируется сигнал, компенсирующий влияние этих изменений на динамику системы. Результирующий сигнал на входе частотно-регулируемого электропривода 5 определяет напряжение и частоту на его выходе и, соответственно, напряжение и частоту на статорных обмотках электродвигателей. Электродвигатели приводят во вращение вентиляторы 6, воздействующие на теплообменник 7 потоком охлаждающего воздуха. Если сигнал на выходе датчика температуры 8, проходящий через ПД-регулятор 9 равен сигналу, поступающему с блока 1 задания температуры, то система управления находится в установившемся режиме. При отклонении сигнала датчика 8, проходящего через ПД-регулятор 9, от сигнала, поступающего с блока задания 1, соответствующим образом изменяется сигнал на выходе И-регулятора 2, изменяется частота и величина напряжения на выходе частотно-регулируемого электропривода 5, изменяется частота вращения электродвигателей вентиляторов 6. Вследствие этого изменяется интенсивность потока охлаждающего воздуха, воздействующего на теплообменник 7. Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал на выходе датчика температуры 8, проходящий через ПД-регулятор 9 не станет равным сигналу, поступающему с блока задания 1. В результате обеспечивается стабилизация температуры газа на выходе аппарата воздушного охлаждения на заданном уровне.The automatic control system of the air cooler of natural gas works as follows. The input of the I-
Интегральный регулятор 2 обеспечивает сведение к нулю статической ошибки системы. Апериодический регулятор второго порядка 3 моделирует динамические свойства прямой цепи эталонной (расчетной) системы: частотно-регулируемого привода 5, вентиляторов 6, процесса теплообмена 7, датчика температуры 8 и ПД-регулятора 9. Его выходной сигнал сравнивается на входе П-регулятора 4 с выходным сигналом ПД-регулятора 9. При этом в случае отклонения параметров процесса теплообмена 7 от эталонного значения на выходе П-регулятора 4 формируется дополнительный сигнал, снижающий влияние вариаций параметров на показатели качества переходных процессов, т.е. система приобретает адаптивные свойства. ПД-регулятор 9, называемый также «форсирующим звеном» компенсирует инерционность процесса теплообмена. Надлежащий выбор параметров регуляторов обеспечивает устойчивость и адаптивность системы и позволяет достичь требуемой точности стабилизации температуры газа на выходе аппарата воздушного охлаждения, а также обеспечить минимальное перерегулирование в переходном процессе по частоте вращения электродвигателей вентиляторов.The
Для подтверждения сказанного рассмотрим структурную схему предлагаемой системы аппаратом воздушного охлаждения газа (фиг. 2). Она содержит интегральный И-регулятор с передаточной функцией:To confirm this, we consider the block diagram of the proposed system with an air-cooled gas cooler (Fig. 2). It contains an integral I-controller with a transfer function:
где TR1 - постоянная времени интегрирующего преобразования И-регулятора; р - оператор Лапласа.where T R1 is the time constant of the integrating I-controller; p is the Laplace operator.
На структурной схеме предлагаемой системы (фиг. 2), динамические свойства отдельных элементов для приращения переменных так же, как в известной системе, отражены соответствующими передаточными функциями. Передаточная функция W0(p) отражает инерционность процесса теплообмена в теплообменнике под воздействием создаваемого вентиляторами потока воздуха; выходной переменной процесса теплообмена является температура газа на выходе
где ko, To - коэффициент передачи и постоянная времени процесса теплообмена.where k o , T o - transfer coefficient and time constant of the heat exchange process.
Знак минус в выражении (2) отражает тот факт, что положительное приращение частоты вращения вентиляторов дает отрицательное приращение температуры газа на выходе аппарата воздушного охлаждения.The minus sign in the expression (2) reflects the fact that a positive increment of the rotational speed of the fans gives a negative increment of the gas temperature at the outlet of the air cooler.
Передаточные функции частотно-регулируемого электропривода WE(p) вентиляторов и датчика температуры газа WD(p) имеют вид:The transfer functions of the frequency-adjustable electric drive W E (p) of the fans and the gas temperature sensor W D (p) are:
где kE, kD, ТЕ, TD - коэффициенты передачи и постоянные времени частотно-регулируемого привода и датчика, соответственно.where k E , k D , T E , T D are the transmission coefficients and time constants of the variable frequency drive and sensor, respectively.
Динамические свойства апериодического регулятора второго порядка описываются передаточной функцией:The dynamic properties of the aperiodic second order controller are described by the transfer function:
где kR2 - коэффициент передачи, a TR21 и TR22 - постоянные времени апериодического регулятора второго порядка;where k R2 is the transmission coefficient, a T R21 and T R22 are the time constants of the aperiodic regulator of the second order;
Динамические свойства пропорционального регулятора описываются коэффициентом передачи kR3.The dynamic properties of the proportional controller are described by the transfer coefficient k R3 .
Динамические свойства ПД-регулятора (называемого так же форсирующим звеном) описываются передаточной функциейThe dynamic properties of the PD controller (also called the boost link) are described by the transfer function
где TR4 - постоянная времени дифференцирующего преобразования.where T R4 is the time constant of the differential transformation.
Знак минус в передаточной функции (6) показывает, что положительному приращению входного сигнала соответствует отрицательное приращение (уменьшение) выходного сигнала регулятора.The minus sign in the transfer function (6) shows that a positive increment of the input signal corresponds to a negative increment (decrease) in the output signal of the regulator.
В предлагаемой системе постоянная времени TR4 выбирается равной постоянной времени To объекта:In the proposed system, the time constant T R4 is chosen equal to the time constant T o of the object:
Постоянная времени TR1 интегрирующего преобразования И-регулятора выбирается по условию:The time constant T R1 of the integrating I-controller is selected by the condition:
Постоянная времени TR21 апериодического регулятора второго порядка выбирается по условию:The time constant T R21 of the aperiodic second order regulator is selected by the condition:
Постоянная времени TR22 апериодического регулятора второго порядка выбирается по условию:The time constant T R22 of the aperiodic second order regulator is selected by the condition:
Коэффициент передачи kR2 апериодического регулятора второго порядка выбирается по условию:The transfer coefficient k R2 of the second-order aperiodic regulator is selected by the condition:
В соответствии со структурной схемой системы автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа проведено моделирование динамических характеристик предлагаемой системы. При моделировании в качестве расчетного (эталонного) значения постоянной времени процесса теплообмена в теплообменнике, так же, как в прототипе, принято: To=300 с. При моделировании динамических характеристик предлагаемой и известной систем принято значение kokEkD=1. В соответствии с выражением (7), постоянная времени TR4 принята равной TR4=To=300 с. В соответствии с выражением (8), постоянная времени TR1 принята равной TR1=0,6To=180 с. В соответствии с выражением (11), коэффициент передачи kR2 принят равным kR2=1.In accordance with the block diagram of the automatic control system of the natural gas air-cooling apparatus, the dynamic characteristics of the proposed system were simulated. When modeling as a calculated (reference) value, the time constant of the heat exchange process in the heat exchanger, as well as in the prototype, is taken: T o = 300 s. When modeling the dynamic characteristics of the proposed and known systems, the value of k o k E k D = 1 is taken. In accordance with expression (7), the time constant T R4 is taken to be T R4 = T o = 300 s. In accordance with the expression (8), the time constant T R1 is taken to be T R1 = 0.6T o = 180 s. In accordance with the expression (11), the transfer coefficient k R2 is assumed to be k R2 = 1.
Значение постоянной времени TR21 в соответствии с выражением (9) выбирается с учетом постоянной времени ТЕ. Значение постоянной времени ТЕ зависит от настроек частотно-регулируемого привода и составляет, как правило, 5…10 с. При моделировании динамических характеристик предлагаемой и известной систем принято: TR21=ТЕ=10 с. Постоянная времени датчика TD согласно литературным данным составляет порядка 15…20 с. При моделировании в соответствии с выражением (10) принято: TR22=TD=20 с.The value of the time constant T R21 in accordance with the expression (9) is selected taking into account the time constant T E. The value of the time constant T E depends on the settings of the variable frequency drive and is, as a rule, 5 ... 10 s. When modeling the dynamic characteristics of the proposed and known systems, it is assumed: T R21 = T Е = 10 s. The time constant of the sensor T D according to the literature data is about 15 ... 20 s. When modeling in accordance with the expression (10), it is assumed: T R22 = T D = 20 s.
Коэффициент передачи kR3 пропорционального регулятора принят равным kR3=5.The transfer coefficient k R3 of the proportional controller is assumed to be k R3 = 5.
При изменении внешних условий работы системы, прежде всего температуры наружного воздуха и объема перекачиваемого газа, коэффициент передачи и постоянная времени процесса теплообмена в теплообменнике может изменяться. Как показывает анализ, коэффициент передачи объекта управления может изменяться в 8…10 раз, а постоянная времени примерно в 2 раза. На основе моделирования исследовано влияние вариаций коэффициента передачи ko и постоянной времени To процесса теплообмена в теплообменнике на показатели качества переходного процесса изменения частоты n вращения двигателей вентиляторов в предлагаемой и известной системах.When changing the external conditions of the system, primarily the outdoor temperature and the volume of gas being pumped, the transfer coefficient and time constant of the heat exchange process in the heat exchanger may change. As the analysis shows, the transfer coefficient of the control object can vary by 8 ... 10 times, and the time constant is about 2 times. Based on the simulation, the effect of variations of the transfer coefficient k o and the time constant T o of the heat exchange process in the heat exchanger on the quality indicators of the transition process of changing the frequency n of the rotation of the fan motors in the proposed and known systems is investigated.
На фиг. 3 приведены графики переходного процесса изменения частоты вращения двигателей вентиляторов (Δn) при отрицательном единичном ступенчатом изменении сигнала на выходе блока задания температуры в предлагаемой системе для расчетного значения коэффициента передачи процесса теплообмена ko=1 (кривая 10), при этом время tp урегулирования составляет 454 с, и при увеличении ko в 10 раз (кривая 11), при этом время tp регулирования составляет 378 с. Перерегулирование в обоих случаях равно нулю. Различная величина установившегося значения выходной координаты изменения частоты n вращения двигателей вентиляторов на кривых 10 и 11 объясняется тем, что при увеличении коэффициента передачи процесса теплообмена эффективность охлаждения также увеличивается, соответственно приращение частоты вращения двигателей вентиляторов Δn уменьшается, в данном случае для ko=1: Δn=1, а для ko=10:Δn=0,1. Как следует из приведенных графиков, переходные процессы протекают без перерегулирования, и вариации коэффициента передачи ko незначительно влияют на показатели качества регулирования частоты вращения вентиляторов.FIG. 3 shows the graphs of the transient process of changing the rotational speed of the fan motors (Δn) with a negative unitary step change of the signal at the output of the temperature setting unit in the proposed system for the calculated value of the heat transfer process transfer coefficient k o = 1 (curve 10), while settling time t p 454 s, and with an increase in
На фиг. 4 приведены графики переходного процесса изменения частоты n вращения двигателей вентиляторов (Δn) при отрицательном единичном ступенчатом изменении сигнала на выходе блока задания температуры в предлагаемой системе при уменьшении постоянной времени процесса теплообмена To в 2 раза: кривая 12 - для To=300 с, при этом время tp регулирования составляет 454 с; кривая 13 - для To=150, при этом время tp регулирования составляет 944 с. Перерегулирование в обоих случаях равно нулю. Как следует из приведенных графиков, переходные процессы протекают без перерегулирования, и при уменьшении постоянной времени To в 2 раза, время регулирования увеличивается в 2,1 раза.FIG. 4 shows the graphs of the transition process of changing the frequency n of the rotation of the fan motors (Δn) with a negative unitary step change of the signal at the output of the temperature setting unit in the proposed system while reducing the time constant of the heat
Анализ переходных процессов в известной системе показывает, что при уменьшении постоянной времени процесса теплообмена To на 10%, время регулирования увеличивается в 6,2 раз. При уменьшении постоянной To на 20%, время регулирования увеличивается в 12 раз, а при уменьшении постоянной To в 2 раза, время регулирования увеличивается в 19,6 раза. Таким образом, в известной системе, даже при незначительных вариациях постоянной времени процесса теплообмена, возникает необходимость перенастройки регуляторов. Предлагаемая же система обеспечивает требуемое качество регулирования без перенастройки в условиях вариаций коэффициента передачи теплообменника в 2 раза.Analysis of transient processes in a known system shows that with a decrease in the time constant of the heat exchange process T o by 10%, the regulation time increases 6.2 times. When the constant T o decreases by 20%, the regulation time increases by 12 times, and when the constant T o decreases by 2 times, the regulation time increases by 19.6 times. Thus, in the known system, even with minor variations in the time constant of the heat exchange process, the need arises to reconfigure the regulators. The proposed system provides the required quality of regulation without reconfiguration in terms of variations in the heat transfer coefficient of the heat exchanger by 2 times.
Показатели качества регулирования температуры на выходе аппарата воздушного охлаждения газа в предлагаемой системе управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа для расчетных значений параметров системы при изменении сигнала блока задания температуры и действии возмущения, как показывает анализ, близки к соответствующим показателям в известной системе.The quality indicators of temperature control at the outlet of the air-cooled gas cooler in the proposed control system of the natural gas air-cooler for the calculated values of the system parameters when the signal of the temperature setting unit changes and the effect of disturbance, as the analysis shows, are close to the corresponding indicators in the known system.
Таким образом, предлагаемая система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения газа позволяет обеспечить требуемые показатели качества регулирования без перенастройки регуляторов в условиях изменения параметров окружающей среды, в частности температуры наружного воздуха, приводящих к изменению коэффициента передачи и постоянной времени процесса теплообмена, и упростить ее настройку за счет уменьшения количества настраиваемых параметров.Thus, the proposed system of automatic control of an air-cooled gas cooler allows for the required quality of regulation without reconfiguring regulators under conditions of changing environmental parameters, in particular outdoor temperature, leading to a change in the transfer coefficient and constant time of the heat exchange process, and simplify its setting by reduce the number of adjustable parameters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107012A RU2684767C1 (en) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107012A RU2684767C1 (en) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2684767C1 true RU2684767C1 (en) | 2019-04-12 |
Family
ID=66168189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107012A RU2684767C1 (en) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2684767C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2291474C2 (en) * | 2004-06-09 | 2007-01-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уренгойгазпром" | Automatic control system of apparatuses for air cooling of natural gas |
| US20120160470A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Denso Corporation | Air conditioner for vehicle |
| RU2487290C1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Oil air cooling device control system |
| RU2525040C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System for controlling oil air cooling apparatus |
| RU2625398C2 (en) * | 2011-09-23 | 2017-07-13 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Compressor control method for vehicle air conditioner (variants) and control system for vehicle air conditioner |
-
2018
- 2018-02-26 RU RU2018107012A patent/RU2684767C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2291474C2 (en) * | 2004-06-09 | 2007-01-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уренгойгазпром" | Automatic control system of apparatuses for air cooling of natural gas |
| US20120160470A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Denso Corporation | Air conditioner for vehicle |
| RU2625398C2 (en) * | 2011-09-23 | 2017-07-13 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Compressor control method for vehicle air conditioner (variants) and control system for vehicle air conditioner |
| RU2487290C1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Oil air cooling device control system |
| RU2525040C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System for controlling oil air cooling apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6380639B1 (en) | System, method and apparatus for power regulation | |
| CA2804631C (en) | Method for controlling air volume output provided by motor and air-conditioning fan system | |
| JP2755713B2 (en) | Control device for gas turbine | |
| US9568209B2 (en) | System and method for controlling output flow of parallel connected blowers | |
| CA2804629A1 (en) | Method for controlling air volume output provided by motor and air-conditioning fan system | |
| CN112901329A (en) | Method and system for regulating and controlling switching of open-closed loop control of electronic water pump | |
| RU2684767C1 (en) | Automatic control system of apparatus for air cooling of natural gas | |
| CN108872825B (en) | Online testing method for high-power IGBT module | |
| Stashinov | On the issue of control system adjustment of a direct current drive on the modular optimum. Part 1 | |
| CN102493883B (en) | Computer control method for constant power output of diesel engine of diesel locomotive | |
| CN112377413B (en) | Air compressor compression work optimization control method, device, equipment and storage medium | |
| JP2025509650A (en) | Compressor device and method for operating same | |
| CN114877582A (en) | Temperature control method, device and system based on air cooling | |
| RU2669444C1 (en) | Automatic control system for the gas air-cooling apparatus | |
| Ousaadi et al. | Robustness enhancement of fractionalized order proportional integral controller for speed control of indirect field-oriented control induction motor | |
| RU2690541C2 (en) | Gas air-cooling apparatus control system | |
| CN115559891A (en) | Method and apparatus for power regulation of electric air conditioning compressor controller | |
| CN103670537B (en) | turbine control device and turbine control method | |
| CN113890432A (en) | Three-stage generator voltage regulation method based on uncertain interference estimator control | |
| JPH0581760B2 (en) | ||
| CN118189468A (en) | Control method, device, system, equipment and medium of centrifugal unit | |
| CN118944206A (en) | Dynamic response optimization regulation method for three-phase voltage-source PWM rectifier | |
| RU2730568C1 (en) | Control method of gas turbine engine | |
| WO2020146387A1 (en) | Control system for electric fluid moving apparatus | |
| CN119696448B (en) | A voltage amplitude feedback system based on direct-axis current fuzzy control output limiting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200227 |