WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 |

«Специальность 6М070200 Автоматизация и управление Кафедра Инженерная кибернетика Допущен к защите Зав. КафедройБ. К. Муханов 2014 г. МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ ...»

-- [ Страница 1 ] --

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Специальность 6М070200 Автоматизация и управление

Кафедра «Инженерная кибернетика»

Допущен к защите

Зав. КафедройБ. К. Муханов

«»2014 г.

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Разработка и исследование системы управления температурным режимом котлоагрегата при изменении параметров объекта в определенных диапазонах.

Магистрант Ищанов Самат Адельбекович Руководитель _к. т. н. Федоренко И. А.

Нормоконтроль _ Рецензент _ Алматы Содержание стр.

Введение……………………………………………………………………. Глава 1 Современные методы управления температурным режимом промышленных котлоагрегатов и микропроцессорные средства автоматизации………………………………………… Анализ существующих подходов и схем регулирования 1. температурным режимом водопарового тракта……………… Особенности решения задачи управления температурным 1. режимом в различных классах систем автоматического регулирования………………………………………………….. Обзор контроллеров используемых в системах 1. автоматического управления технологическим процессом… Постановка задачи управления…………………………….

1.4 Глава 2 Построение математической модели и программного обеспечения микропроцессорной системы управления температурным режимом на базе контроллера Moeller XCEC-512k-XV…………………………………………………. Выделение областей функционирования технологического 2. объекта и решение задач управления в каждой из них……… 2.1.1 Структура объекта регулирования…………………………….. 2.1.2 Внедрение системы с переменной структурой……………….. 2.1.3 Разработка алгоритма выбора и применения законов управления………………………………………………………. Описание объекта управления и выбор комплекса 2. технических средств…………………………………………… 2.2.1 Регулирование температуры первичного перегрева пара…… 2.2.2 Выбор впрыскивающего пароохладителя с электроприводом. 2.2.3 Режим работы пароохладителя………………………………… 2.2.4 Выбор термопреобразователя…………………………………. Построение математической модели системы управления 2. температурным режимом……………………………………… 2.3.1 Описание структурной схемы системы автоматического регулирования………………………………………………….

2.3.2 Расчет оптимальных параметров регулятора………………… 2.3.3 Эксперименты по апробации значений настроек регулятора. Законы и алгоритмы управления поддержания температуры 2. пара……………………………………………………………… 2.4.1 Непрерывный регулятор с аналоговым выходом……………. 2.4.2 Непрерывный регулятор с импульсным выходом…………… 2.4.3 Непрерывный регулятор с ШИМ (широтно-импульсным модулированным) выходом……………………………………. 2.4.4 Реакция регулятора на единичное ступенчатое воздействие... Структура программного обеспечения на базе контроллера 2.5.1 Технические возможности контроллера……………………… 2.5.2 Основные характеристики программного пакета CoDeSys. 2.5.3 Функциональные возможности программ……………………. 2.5.4 Структура программы регулирования температуры в водопаровом тракте котлоагрегата……………………………. На промышленных предприятиях автоматизации уделяется большое внимание. Объяснить это можно высокой скоростью и сложностью регулирования технологических процессов, чувствительностью их к изменению режима, большим уровнем вредности в условиях работы, пожаро- и взрывоопасностью перерабатываемых веществ и т.п. В сложных технологических процессах отклонение параметров от необходимого уровня приводит к аварийным ситуациям, пожарам, взрывам, растратой большого количества сырья.

Автоматизация технологических процессов в настоящее время развивается с особо быстрой динамикой, она участвует во всех сферах человеческой деятельности и сопровождается широким внедрением микропроцессорной техники, способствующим быстрому темпу повышения производительности труда.

Автоматизация способствует повышению основных показателей эффективной работы производства: увеличению количества и качества и снижению стоимости выпускаемой продукции, увеличению уровня производительности труда. Внедрение автоматических устройств регулирования обеспечивает высокое качество выпускаемой продукции, сокращению количества брака и отходов, уменьшает затраты на приобретение сырья и энергии, обеспечивает уменьшение численности основных рабочих сил, снижает капитальные затраты на строительство зданий, удлинение сроков межремонтного периода оборудования.

Управление некоторыми современными технологическими процессами возможно только в условиях их полной автоматизации (процессы, протекающие в паровых котлоагрегатах). Во время ручного управления такими процессами незначительное замешательство человека и несвоевременное воздействие на процесс могут привести к очень серьёзным последствиям.

Общая автоматизация процессов промышленной технологии предполагает не только автоматическое управление нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических средств (контроль, регулирование, сигнализация), но и автоматическое управление пуском и остановом котлоагрегатов для ремонтных работ и в аварийных ситуациях.

Автоматизация это высший этап промышленного производства, когда человек частично или полностью освобождается от производства операций управления и регулирования.

Общая автоматизация управления технологическими процессами, производством и народным хозяйством является одним из важнейших стратегических направлений развития нашей экономики. Вместе с созданием новых материалов и технологий, автоматизация технологических процессов и производств является приоритетным направлением экономического развития страны.

Производственная деятельность, содержащая действия по изменению изначального сырья с целью получения готового продукта производства, называют технологическим процессом.

Автоматизация и управление таким процессом предполагает регулирование температуры, давления, расхода газожидких энергоносителей. Управление происходит посредством передовых систем измерения параметров, обработки данных, контроля и оптимизации режимов технологического процесса.

Автоматизация технологических процессов значительно повышает уровень производства и значительно облегчает работу человека, позволяет переложить выполнение тяжелой физической работы на средства автоматики. После внедрения автоматических систем управления, функции работника сводятся к контролю за работой оборудования. Рабочие могут находиться на безопасном расстоянии от агрегатов. Внедрение автоматизации создает условия для кардинального улучшения условий труда и безопасности работ, дает возможность повысить производительность труда. В связи с этим улучшаются работа машин, ход технологических процессов и качество выпускаемой продукции.

Глава 1. Современные методы управления температурным режимом промышленных котлоагрегатов и микропроцессорные средства 1.1 Анализ существующих подходов и схем регулирования Допустимый диапазон температурного отклонения от необходимого значения для котлов со средними параметрами колеблется от +10 до —15° С, а для котлов с высокими параметрами от +5 до -10 °С.

Главным возмущающим воздействием на температуру пара является изменение нагрузок котлоагрегата, сопровождаемое изменением количества потребляемого топлива, проходящего в топку котлоагрегата. Как известно, при снижении нагрузки удельное тепловосприятие радиационных поверхностей нагрева растет, а конвективных — падает. [3] С падением нагрузки нагрев пара в радиационных пароперегревателя повышается, а в конвективных — понижается. Соответственным подбором степени радиационности перегревателя, другими словами доли тепловосприятия его радиационного участка, теоретически можно добиться неизменности перегрева пара во всем диапазоне допустимых нагрузок. Но на практике такой пароперегреватель не обеспечивает постоянного уровня перегрева даже при постоянной нагрузке котла в следствии того, что его восприятие тепла в процессе использования может изменяться в связи с неизбежной загрязненностью экранных и конвективных поверхностей нагрева, изменения влажности, изменения температуры питательной воды и т. п. [19] Применяются три различных вида воздействия на температуру перегретого пара: смешивание, поверхностное охлаждение и воздействие на тепловое восприятие.

При таком способе как смешивание в перегретый пар впрыскивается пар с меньшим содержанием тепла. При этом способе регулировки нагреваемые поверхности пароперегревателя выбираются так, чтобы во время высоких возмущающих воздействиях, направленных в сторону уменьшения температуры перегрева пара, выходящая температура пароперегревателя была Рис. 1.1.1. - Способы воздействия на температуру перегретого пара.

бы равна необходимому значению. Тогда при низких возмущающих воздействиях на объект управления в эту же сторону или же при возмущающих воздействиях, направленных на увеличение температуры перегретого пара, температура пара выходящая из пароперегревателя будет увеличиваться. Для восстановления необходимого значения температуры система регулировки должна производить впрыск охлаждающей воды в тракт перегретого пара. Чем больше уровень возмущающего воздействия на объект регулирования в сторону возрастания температуры перегретого пара, тем больше воды необходимо подавать на впрыск. На рис. 1.1.1,а представлена схема регулирования температуры перегретого пара методом смешивания. Очевидно, что при наличии впрыска меняется количество пара, выходящего из пароперегревателя. При этом уравнение материального баланса вещества составляется как:

где DВХ — количество пара с температурой вх, входящего в пароперегреватель перед впрыском; WB — количество впрыскиваемой воды с температурой wB; DВЫХ — количество пара, выходящего из пароперегревателя с температурой ВЫХ.[2] На рис. 1.1.1,б представлена схема изменения температуры вторым способом - поверхностное охлаждение. В поверхностных пароохладителях путем конвективного теплообмена часть тепла перегретого пара поступает в питательную воду или в пароводяную смесь в барабанах котла. В этом случае поверхности нагрева пароперегревателя рассчитываются так, чтобы при самых максимальных возмущающих воздействиях на объект регулирования в сторону уменьшения температуры перегретого пара при охлаждающем потоке VL = 0, температура перегретого пара была бы равна необходимому значению. В других режимах увеличение температуры пара устраняется соответственным повышением уровня охлаждающего потока. При поверхностном способе регулировки смешивания перегретого пара с охлаждающей средой не происходит и уравнение материального баланса имеет следующий вид:

На рис. 1.1.1,в предоставлена система регулирования температуры перегретого пара способом воздействия на тепловое восприятие поверхностей пароперегревателей, которое осуществляется регулированием количества Vr или температуры r дымовых газов, подходящих к поверхностям нагрева пароперегревателей. Изменение температуры пара по схеме рис. 1.1.1,в имеет кардинальное отличие от схем, изображенных на рис. 1.1.1,а и б, заключающееся в том, что в этом случае изменяется количество тепла, подводимое к пару для повышения его температуры до нужного значения.

Рассмотрим более подробно методы практического применения различных технологических систем регулировки температуры перегретого пара. [3] Смешивание Для того чтобы регулировать температуру первичного пара широкое применение нашел способ водяного впрыска в охлаждаемый пар.

Пароохладитель со впрыском имеет отличные динамические свойства, практически отсутствует транспортное запаздывание и имеется незначительная инерционность. Для улучшения динамических характеристик объекта управления впрыскивающие пароохладители устанавливаются между пакетами пароперегревателей таким Рис. 1.1.2. - Технологические схемы управления температурным режимом перегретого пара методом впрыска питательной воды.

видом, чтобы приращение энтальпии пара в пароперегревателе за местом впрыска составляло 30 - 40 ккал/кг. Если устанавливать пароохладитель слишком близко к пароперегревателю, это конечно же улучшает динамические характеристики участка, но при этом ухудшается состояние металла. Поэтому на котлоагрегатах с сильно развитыми пароперегревателями устанавливают по 2-3 впрыскивающих клапана. В этом случае обеспечивается более точное регулирование температуры и защищаются отдельные пароперегреватели от аварийного перегрева. Для впрыска используется питательная жидкость, конденсат турбины или конденсат, полученный из насыщенного пара котла. На рис. 1.1.2 представлены схемы регулирования температуры перегретого пара впрыском питательной жидкости. Вода для впрыска отбирается от питательного тракта 1 до регулирующего клапана питания котла 2 и через регулировочный клапан впрыска 3 вводится, в поток пара между первым 4 и вторым 5 отсеками перегревателя. Клапан 2 регулирует расход питательной воды, которая проходя через экономайзер 6 поступает в барабан 7 котла. На рис. 1.1.2,а предоставлена схема с одинарным впрыском, а на рис. 1.1.2,б изображена схема с двойным впрыском. Второй впрыск производится перед выходным пакетом 8 пароперегревателя. Расход воды на второй впрыск регулируется клапаном 9. Питательная вода используется Рис. 1.1.3. - Технологические схемы регулирования температуры перегретого пара впрыском «собственного» конденсата.

Обозначения, не упомянутые в тексте, те же, что и на рис. 1.1.2.

для впрыска только при малом содержании соли. Если содержание соли питательной воды выше нормы и не дает возможности использования ее для впрыска, то для впрыска применяется конденсат. Для создания нужного напора обычно устанавливают плунжерные насосы. [2] На рис. 1.1.3 представлены схемы регулирования перегретого пара впрыском «своего» конденсата. На рис. 1.1.3,а из барабана котла насыщенный пар поступает по паропроводу 10 в конденсатор, там он конденсируется питательной водой, которая по змеевикам конденсатора осуществляет циркулирование. Конденсат через регулирующий клапан 3поступает на впрыск за счет перепада давления от барабана котла до впрыска. Количество питательной воды, проходящей по змеевикам конденсатора, регулируется клапаном 8. Клапан 9 является подпорным.

На рис. 1.1.3,б приведена схема регулирования температуры перегретого пара. Отличительной особенностью является пароохладитель 15, в который вмонтирован конденсатор 16. В верхней части корпуса конденсатора имеются отверстия, через них поступает часть насыщенного пара. Пар конденсируется в конденсаторе питательной водой, проходящей по змеевикам. Основная часть пара проходит между камерой пароохладителя и наружной поверхностью корпуса конденсатора по кольцевому зазору в первый пароперегреватель 4. Из конденсатора 16 конденсат проходит на впрыск через регулирующий клапан за счет перепада давления пара в первом пароперегревателе. [19] Регулирование температуры смешиванием пара используется в основном для регулировки температуры промежуточного перегрева пара. При этом наибольшее распространение получил способ байпасирования пара. Схема регулирования температуры перегрева с помощью байпаса пара предоставлена на рис. 1.1.4. Температура регулируется путем отвода части пара после первого пароперегревателя 4 через необогреваемый байпас 1 мимо второго пакета пароперегревателя 5. Пар смешивается на выходе второго пароперегревателя 3.

Количество байпасируемого пара определяется положением регулирующего двухходового клапана 2.

При регулировании температуры промежуточного перегрева впрыск конденсата применяется только в аварийных случаях. Использование впрыскивающего пароохладителя в нормальных условиях приводит к уменьшению к. п. д. паровой установки, Рис. 1.1.4. - Схема регулирования температуры методом байпасирования так как пар, образовавшийся из впрыснутой воды, увеличивает расширение только в цилиндрах среднего и низкого давления турбины. При этом недоиспользуется мощность цилиндра высокого давления. Снижение к. п. д.

паровой установки с повышенными параметрами пара составляет 0,1% на каждый процент впрыскиваемой воды. [3] Поверхностное охлаждение На рис. 1.1.5 представлены схемы регулирования температуры перегретого пара с охлаждением питательной водой, ее часть проходит по змеевикам теплообменника 3, отбирая от перегретого пара излишнее тепло. Температура перегретого пара регулируется количеством воды, протекающей через теплообменник, которое определяется положением регулирующего двухходового клапана 2.

Рис. 1.1.5. - Технологические схемы регулирования температуры перегретого пара в поверхностных охладителях.

Обозначения, не упомянутые в тексте, те же, что и на рис. 1.1.2.

Эти схемы применяются для регулирования температуры пара в барабанных котлоагрегатах среднего и высокого давления в том случае, если из-за повышенного содержания соли в питательной воде ее нельзя применять для впрыска. [19] Схема, показанная на рис. 1.1.5,а, более надежна, чем схема на рис. 1.1.5,б, так как в последнем случае при некоторых режимах работы котлоагрегата вся питательная вода может проходить через пароохладитель и экономайзер окажется в аварийных температурных условиях. [3] Рис. 1.1.6. - Технологические схемы регулирования температуры перегрева Для регулировки перегрева вторичного пара часто используют паропаровые теплообменники. На рис. 1.1.6 предоставлены схемы регулировки температуры перегрева с паропаровыми теплообменниками. По схеме рис. 1.1.6,а температура вторичного пара регулируется количеством охлаждающего пара, впрыскиваемого в первичный пар до теплообменника 6, воздействием на регулирующий орган 3. По схеме рис. 1.1.6,б температура вторичного пара регулируется количеством первичного пара, поступающего в теплообменник;

это количество определяется положением регулирующего двухходового клапана 7.

Воздействие на тепловосприятие Рис. 1.1.7. - Положение факелов в топке при различных углах наклона Регулирование температуры перегретого пара чаще всего производится воздействием на удельное тепловосприятие поверхностей перегрева таким способом как изменение положения факелов в топке, распределением дымовых газов по газоходам и рециркуляцией дымовых газов. Положение факела в топке изменяют включением дополнительных горелок или поворотом горелок при многоярусном расположении. На рис. 1.1.7 схематично показаны положения факелов в топке при разных углах наклона горелок. Диапазон регулирования температуры перегретого пара поворотом горелок зависит от степени радиационности пароперегревателя.

При регулировании температуры поворотом горелок уменьшается экономичность сжигания топлива, так как нарушается настроенный топочный режим.

Этот метод иногда попользуется для улучшения статических характеристик перегревателя.[19] Рис. 1.1.8. - Технологические схемы управления температурным режимом перегрева пара способом рециркуляции дымовых газов.

Метод рециркуляции газов состоит в том, что часть дымовых газов из конвективной части шахты с помощью дымососа возвращается обратно в топку. Обычно дымовые газы отбираются за экономайзером при температуре примерно 430° С. Температура перегретого пара регулируется изменением количества возвращаемого в топку газа при перестановке направляющего дымососа рециркуляции. На рис. 1.1.8 изображены схемы регулирования температуры перегретого пара методом рециркуляции дымовых газов. На рис.

1.1.8,а рециркулируемые газы вводятся в топку ниже, а на рис. 1.1.8,б - выше горелок. При вводе дымовых газов в топку ниже горелок эффект от регулирования получается больше, а при вводе рециркулируемых газов выше горелок уменьшается шлакование конвективных пакетов.

Применение этого метода для регулирования температуры приводит к понижению экономичности работы котла, вследствие увеличения расхода электричества на собственные нужды и увеличения потери тепла с уходящими газами. А так же, при использовании этого способа усложняется обслуживание, конструкция котлоагрегата.[2] Рис. 1.1.9. - Технологические схемы управления температурным режимом перегрева методом распределения дымовых газов по газоходам.

На рис 1.1.9 представлены типовые схемы регулирования температуры перегретого пара методом распределения по газоходам дымовых газов. Его сущность в том, что котлоагрегат имеет 2 или 3 параллельных газохода.

Изменяя с помощью заслонок регулирования количество дымовых газов, проходящих через газоход, в котором расположен пароперегреватель (рис.

1.1.9,а), можно поддерживать заданную температуру перегрева. Этот метод регулирования имеет несколько видов в зависимости от того, какие поверхности нагрева располагаются в параллельных газоходах. Кроме того, котел имеет байпасный газоход без поверхностей нагрева, как это показано на рис. 1.1.9,б, через который отходят излишние дымовые газы.

На рис. 1.1.10 представлена классификация способов регулирования температуры перегретого пара. В общем случае невозможно дать рекомендации о целесообразности применения того или иного способа. Каждый метод, имеет свои недостатки и преимущества. Вопрос о схеме регулирования температуры перегрева целесообразно решать в каждом конкретном случае с учетом конструкции котла, особенностей эксплуатации, вида сжигаемого топлива, характера возмущающих воздействий и т. п. На практике в современных котлоагрегатах часто встречаются комбинированные схемы регулирования температуры перегретого пара с использованием одновременно различных способов стабилизации перегрева. [6] В современном котлостроении для регулирования температуры первичного пара большое применение получили впрыскивающие и поверхностные пароохладители, а для регулирования температуры вторичного пара используются паропаровые теплообменники, байпас пара, рециркуляция и байпас газов.

Рис. 1.1.10. - Основных методы регулирования температуры перегретого Вместе с тем иногда определяющую роль играют регулирующие органы для обеспечения надежной и хорошего качества работы систем автоматического регулирования. Разработанные на электростанциях конструкции применяются для регулирования впрысков клапаны шиберного типа, двухседельные скальчатые клапаны, регулирующие клапаны игольчатого типа и другие. Этим типам клапанов свойственны определенные недостатки. Как показывает опыт их использования, регулирующие клапаны игольчатого типа работают неудовлетворительно, особенно это наблюдается при больших перепадах давления и больших статических давлениях. При длительной эксплуатации приводит к поломке штока, а при малых расходах и больших скоростях воды в клапане возникают пульсации потока, приводящие к вибрации. [6] Следует отметить, что расходная характеристика игольчатого клапана является существенно нелинейной. Расходная характеристика значительно круче при малых расходах, чем при больших. При 15 - 20%-ном открытии клапана достигается максимальный расход воды. Также существенен пропуск воды в закрытом положении, который достигается 50% максимального расхода после длительной эксплуатации.

Из-за большого нерегулируемого пропуска и частых заеданий штоков двухседельные скальчатые клапаны работают неудовлетворительно.

В настоящее время широкое распространение получают регулирующие клапаны шиберного типа для регулирования впрысков. Шибер, свободно висящий на нижнем конце штока, используется в качестве регулирующего элемента в клапане. Перечислим достоинства этих клапанов. Используя соответствующую профилировку проходного сечения шибера, можно получить расходную характеристику нужной формы. В связи с тем, что плотность закрытия клапана обеспечивается самой рабочей средой, образовывается очень малый нерегулируемый пропуск в сравнении с другими типами клапанов. Так как давления рабочей среды до и после клапана различны, то шибер плотно прижимается к уплотняющей поверхности. У клапанов шиберного типа отсутствуют заедания, они хорошо работают при больших перепадах давлений.

Но есть и недостатки – это наличие люфтов при изменении направления движения. [6] 1.2 Особенности решения задачи управления температурным режимом в различных классах систем автоматического регулирования ПИД – законы управления Регулировочные характеристики и типовые регуляторы.

Для регулирования объектами управления, как правило, используют типовые регуляторы, названия которых соответствуют названиям:

1. П - регулятор, регулятор пропорциональный.

Передаточная функция П - регулятора: Wп(s) = K. Принцип работы заключается в том, что регулятор вырабатывает на объект управляющее воздействие пропорционально уровню ошибки (чем больше ошибка, тем больше управляющее воздействие Y).

2. И - регулятор, регулятор интегрирующий.

Передаточная функция И - регулятора: Wи(s) = К/s. Управляющее воздействие пропорционально интегралу от ошибки.

3. Д - регулятор, регулятор дифференцирующий.

Передаточная функция Д - регулятора: Wд(s) = К*s.

Д-регулятор производит управляющее воздействие только после изменения регулируемой величины: Y= K2 * dE/dt.

На практике данные простейшие П-, И-, Д- регуляторы комбинируются в регуляторы ПД, ПИ, ПИД (см. Рис. 1.2.1): [6] пропорциональную составляющую П, пропорционально - дифференциальную составляющую ПД, пропорционально - интегральную составляющую ПИ или пропорционально-интегральную составляющую с воздействием по производной ПИД - регулятор.

4. ПИ - регулятор, пропорционально-интегральный регулятор (см. рис. Рис.

1.2.1.а) ПИ-регулятор сочетает в себе П- и И-регуляторы. Передаточная функция ПИ-регуляторы: Wпи(s) = K1 + K0/s.

5. ПД - регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор (см. рис.

Рис. 1.2.1.б) ПД-регулятор сочетает в себе П- и Д-регуляторы. Передаточная функция ПД-регуляторов: Wпд(s) = K1 + K2 *s.

6. ПИД - регулятор, пропорционально - интегрально - дифференциальный регулятор (см. рис. Рис. 1.2.1.в) ПИД - регулятор сочетает в себе П -, И -, и Д регуляторы.

Передаточная функция ПИД-регуляторов: Wпид(s) = K1 + K0 / s + K2 *s.

Чаще всего используется ПИД-регулятор, потому что он представляет достоинства всех трех способов регулирования.

В процессе работы система автоматического регулирования сравнивает текущей уровень измеряемого параметра Х, полученного от датчика Д, с заданным уровнем и устраняет рассогласование регулирования E (B = SP - PV).

Внешнее возмущающее воздействие Z также устраняется ПИД - регулятором.

Работа приведенных схем отличается методом формирования выходного управляющего сигнала регулятора.

Многопозиционный закон регулирования Многопозиционные регуляторы применяют:

- для увеличения точности регулирования, - для повышения реакции САР и уменьшения времени регулирования, - для повышения качества регулирования.

Назначение и принцип работы Многопозиционные регуляторы обеспечивают превосходное качество регулирования для инерционных систем с малым запаздыванием. Данный тип регуляторов применяется для управления переключением - дискретными исполнительными механизмами: транзисторными ключами, электрическими реле, электромеханическими контакторами, тиристорными и симисторными устройствами и др., а также трехпозиционными клапанами, смесителями, сервоприводами, электродвигателями.

Многопозиционные регуляторы используются для управления одновременно несколькими нагрузками, например, вентиляторы, группа ТЭНов, заслонки и др.

Многопозиционное регулирование функционирует как многопозиционный переключатель.[10] Трехпозиционный закон регулирования Назначение и принцип работы Трехпозиционные регуляторы улучшают качество регулирования для инерционных систем с малым запаздыванием.

Трехпозиционные регуляторы используются для управления переключателями - дискретными исполнительными механизмами:

транзисторными ключами, электрическими реле, электромеханическими контакторами, тиристорными и симисторными устройствами и др., а также трехпозиционными клапанами, смесителями, сервоприводами, электродвигателями.

Трехпозиционные регуляторы функционируют в системах управления уровнем различных веществ, для систем управления нагреванием или охлаждением различных технологических процессов, регулирования пароперегрева, для систем распределения и смешивания различных потоков веществ с помощью трехпозиционных клапанов, кранов, смесителей, реверсивных электродвигателей, сервоприводов и др.

Трехпозиционный регулятор запускает с помощью переключательных элементов электродвигатель исполнительного механизма на левое вращение (например, закрытие регулирующего органа), останов или правое вращение (соответственно - открытие регулирующего органа), три позиции (отсюда и название регулятора - трехпозиционный).

Двухпозиционный закон регулирования Назначение и принцип работы.

Двухпозиционный регулятор обеспечивает отличное качество регулировки для инерционных объектов с низким запаздыванием, не требует настройки, прост в эксплуатации. Эти регуляторы представляют обычный и наиболее широко распространенный метод регулирования. Двухпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами дискретными исполнительными устройствами:

- электромеханическими реле, - контакторами, - транзисторными ключами, - симисторными или тиристорными устройствами, - твердотельными реле и др.

В простом случае регулятор с двумя переключениями работает как двухпозиционный переключатель. Например, мощность, подаваемая на пароохладитель, имеет только два значения - максимальное и минимальное (нулевое), две позиции (отсюда и название регулятора - двухпозиционный) пароохладитель полностью выключен или полностью включен. [6] Адаптивный закон регулирования Существуют современные контроллеры, автоматически рассчитывающие коэффициенты настройки регуляторов, называемых адаптивными. Адаптация производится:

- При изменении состояния объекта на новую заданную точку SP. В таком случае говорят о самооптимизации, самонастройке;

- При стабилизации состояния объекта. В этом случае говорят об адаптивном управлении, которое обеспечивает слежение настройки регулятора за непрерывно изменяющимися свойствами ОУ. Данные регуляторы улучшают качество регулирования температуры, например, при увеличении или уменьшении нагрузки печи и изменения состояния нагревателя при его использовании.

Конечно же, существуют и недостатки адаптивных систем управления:

- Параметры настройки могут сбиться, если возмущающие воздействия очень высоки. В таком случае система на время переходит в колебательный режим со значениями, превышающими пределы регулируемой величины PV.

- Не всех типы объектов управления могут быть идентифицированы встроенными алгоритмами адаптации. Поэтому до начала проектирования САР нужно в техдокументации уточнить тип и параметры объектов, которые могут быть идентифицированы той или иной системой адаптивного регулирования.

Учитывая вышесказанное, при проектировании системы регулирования нужно обратить внимание на следующие вопросы совместимости:

- Правильно ли произведен выбор способа самонастройки для объекта регулирования или данного процесса?

- Могут ли данные процессы управления быть настроены данным типом алгоритма самонастройки?

- Возможен ли метод и диапазоны изменения управляющего сигнала в процессе самонастройки?

Поэтому для установки адаптивных систем управления необходимо выполнение хотя бы общих заданий некоторых параметров:

- заданное значение перерегулирования, - допустимое значение изменения выходного сигнала, - частота опроса, - время регулирования, - максимальное и минимальное значения регулируемой величины, - зоны нечувствительности и пр.

В таблице 1.2.1. приведены достоинства и недостатки законов регулирования. [2] Таблица 1.2.1.

Закон регулирования П-, ПИ-, ПИДудержание заданного сигнала задания по сравнению с регулирование Многопозиционное двухпозиционными регулирование регуляторами данные Трехпозиционное регулирование Двухпозиционное регулятор и простота в регулирование настройке регулятора на температуры, например, параметры настройки могут сбиться Адаптивная система регулирования состояния нагревательного режим со значениями, 1.3 Обзор контроллеров, используемых в системах автоматического управления технологическим процессом.

SIMATIC S7-300 – это модульный программируемый контроллер, который предназначен для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.

Модульная конструкция, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, работа с естественным охлаждением, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Рис. 1.3.1. - Внешний вид контроллера SIMATIC S7- Модульный программируемый контроллер SIMATICS7-300/ S7-300C применяется в различных областях:

автоматизация оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры;

автоматизация машин специального назначения;

автоматизация машиностроительного оборудования;

построение систем автоматического регулирования и позиционирования;

автоматизация текстильных и упаковочных машин;

автоматизированные измерительные установки и другие.

В состав Центральных процессоров S7-300C включен набор встроенных входов и выходов, а также набор встроенных функций, что позволяет применять эти процессоры в качестве готовых блоков управления.

В сочетании со станциями распределенного ввода-вывода SIMATICET программируемые контроллеры SIMATICS7-300F позволяют создавать распределенные системы автоматики безопасности (F-системы). В таких системах возникновение аварийных ситуаций не создает опасности для жизни обслуживающего персонала и угрозы для окружающей природной среды. На основе распределенных структур могут создаваться системы, отвечающие требованиям безопасности уровней SIL 1 … SIL 3 стандартов IEC/EN 61508, а также категорий 1 … 4 стандарта EN 954-1. Применяются такие системы в автомобильной промышленности; для управления конвейерами; в машино- и станкостроении; в системах материально-технического обеспечения в обрабатывающей промышленности; в системах управления пассажирским транспортом и т.д.

Рис. 1.3.2. - Конструкция контроллера SIMATICS7- Контроллеры SIMATICS7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

• Модуль центрального процессора (CPU). В контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров в зависимости от степени сложности решаемой задачи. Такие центральные процессоры отличаются производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д.

• Модули блоков питания (PS), которые дают возможность питания контроллера от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В или от сети переменного тока напряжением 120/230В.

• Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

• Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, IndustrialEthernet, AS-Interface или организации связи через PtP (pointtopoint) интерфейс.

• Функциональные модули (FM), которые могут самостоятельно решать задачи позиционирования, автоматического регулирования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором.

Также они способны выполнять возложенные на них функции даже в случае остановки центрального процессора программируемого контроллера.

• Интерфейсные модули (IM), обладающие способностью подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры SIMATICS7-300 дают возможность использовать в своем составе до сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, которые распределены по 4 монтажным стойкам. Все модули работают с естественным охлаждением. [21] Контроллеры этих серий являются представителями последнего поколения промышленных контроллеров производства компании ICP DAS. Сохранив преемственность с сериями I-7000 и I-8000 и сочетая в себе все их лучшие характеристики, WinCon-8000 приобрел новые возможности, так как используется высокопроизводительный процессор IntelStrong ARM с тактовой частотой 206 МГц и оперативной памятью 64 Мб. Контроллер WinCon, как и популярные контроллеры серии I-8000, выполнен в виде отдельного блока из негорючего пластика, в состав которого входят: центральный процессор, источник питания, панель управления, коммуникационные порты и объединительная плата для установки модулей ввода-вывода. Монтаж не требует никаких дополнительных конструктивных элементов, поэтому контроллер может быть легко установлен на DIN-рейку или на панель. При этом обеспечивается открытый и удобный доступ к панели управления, слотам для установки или замены модулей ввода-вывода и коммуникационным разъемам. Контроллер поддерживает все модули ввода/вывода сигналов, как с параллельным, так и с последовательным интерфейсом, семейства I-8000, и, кроме того, может работать с удаленными модулями ввода/вывода серии IВсе модули обладают удобными съемными клеммными соединителями с винтовой фиксацией внешних проводов.

Рис. 1.3.3. - Конструкция контроллера WINCON- Контроллер WinCon-8000 имеет не только интерфейсы RS-232 и RS-485, интерфейсы VGA и PS/2 для подключения клавиатуры, мыши и монитора, но и интерфейсы USB и Ethernet. Этим он отличается от контроллеров I-8000. Таким образом, промышленный контроллер приобрел функциональность персонального компьютера, что значительно облегчает его программирование и расширяет сферу применения.

Так, отладку и редактирование управляющей программы можно осуществлять непосредственно на контроллере. WinCon может совмещать в себе функции контроллера и операторской станции за счет наличия интерфейсов клавиатуры и монитора. Если установить SCADA-систему, например TraceMode, то контроллер может взять на себя функции современного операторского интерфейса.

• Процессор: IntelStrongARM, 206 МГц • Оперативная память: 64 Мб • Flash-память: 32 Мб • EEPROM: • Уникальный 64-битный серийный номер • Встроенный сторожевой таймер • Часы реального времени • Функция передачи данных в режиме реального времени • Порт Ethernet: 10 BaseT, совместим с NE • Порт VGA: поддержка разрешений от 320x240x16 до 1024x768x16, по умолчанию - 640x480x • 2 порта PS/2: клавиатура и мышь • Разъем для карты памяти: карта памяти CompactFlash • Кнопка сброса • Светодиодный индикатор питания • 16 каналов дискретного ввода/вывода (только для W-8031) • Последовательные порты:

COM0: внутреннее использование COM1: интерфейс локальной шины COM2: RS- COM3: RS- • Варианты слотов расширения:

без слотов расширения (W-8031) 3 слота расширения (W-8331) 7 слотов расширения (W-8731) • Встроенный источник питания: 25 Вт • Напряжение питания 10…30 В постоянного тока • Рабочая температура:

-25…+75°C • Температура хранения:

-30…+85°C • Влажность: 5…95% • Возможность поддержки среды программирования ISaGRAF.[22] Контроллер Mitsubishi Electric Серия Melsec System Q System Q - модульные программируемые логические контроллеры c возможностью многопроцессорной обработки Рис. 1.3.4. - Внешний вид контроллера Mitsubishi Electric Melsec SystemQ Новейшее поколение модульных программируемых логических контроллеров (ПЛК) Mitsubishi Electric для комплексных задач автоматизации среднего и высокого уровня сложности представляет серия System Q. Высокая вычислительная мощность в сочетании с широчайшими коммуникационными возможностями, расширением до 8192 каналов ввода/вывода и трехуровневым аппаратным резервированием позволяет их успешно использовать в АСУ ТП крупных ответственных объектов, реализуя алгоритмы управления любого уровня сложности.

К основным особенностям ПЛК System Q относятся:

- быстродействие до 34 нс/лог.операцию;

- детерминированный период выполнения программного цикла 0,5…2, мс с дискретностью 0,5 мс;

- объем памяти ЦП до 32 Мбайт;

- расширение до 8192 каналов ввода-вывода;

- широкий выбор модулей ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов с гальванической развязкой; преобразователей сигналов температурных датчиков; аппаратных ПИД-регуляторов; высокоскоростных счетчиков;

позиционеров, коммуникационных модулей и т.д.;

- обработка аналоговых сигналов с разрядностью до 32 бит;

- развитые средства коммуникации и поддержка открытых полевых шин:

Ethernet, CANopen, PROFIBUS/DP, DeviceNet, CC-Link, AS-Interface;

- реализация многопроцессорного режима обработки данных;

- возможность прямого интерфейса с базой данных верхнего уровня через MES-модуль - трехуровневое аппаратное резервирование;

- возможность дистанционного программирования и диагностирования через модем, Internet или Intranet;

- самодиагностика с протоколированием сбоев в памяти ЦП;

- возможность программирования на языках стандарта IEC 1131.3/EN 61131-3;

- компактная конструкция (размер модулей ввода/вывода 27х98х90 мм) - наличие встраиваемого промышленного ПК (Pentium 1,5 ГГц, 512 Мбайт) с портами USB, 2xPCMCIA, Ethernet, VGA, PS/2. Его функциональное назначение - выполнение приложений ПК и ПЛК (обработка данных, управление, удаленная диагностика, визуализация, ведение баз данных, WEBServer). Языки программирования С++; VisualBasic.[23] Контроллер Schneider Electric (Modicon) TSX Micro Рис. 1.3.5. - Внешний вид контроллера Schneider Electric (Modicon) TSX Micro Построенное на современной базе технических программных средств семейство этих программируемых логических контроллеров известнейшей торговой марки Modicon идеально интегрируется с другими продуктами SchneiderElectric. Модульная конструкция контроллеров серии TSX Micro предполагает создание различных конфигураций и использование только тех элементов, которые действительно необходимы для решения конкретной задачи. Тем не менее модульный подход позволит в будущем просто и гибко расширить систему. Поэтому контроллеры серии TSX Micro применяются в различных отраслях промышленного производства и гражданского строительства.

Базовая конфигурация Micro включает в себя блок центрального процессора с памятью, электропитание (24 В пост. тока или 220 В пер. тока), различные коммуникационные порты и платы, мини-дисплей для диагностики. Для выполнения различных по объему задач Micro предлагает на выбор модульных конфигураций, каждая из которых предполагает несколько уровней интеграции (ввод/вывод, счетчики) и открытость (PCMCIA-карты для связи).

Контроллер TSX Micro тратит не более 0.15 на выполнение одной логической операции, поэтому обеспечивается невероятно быстрая реакция. В Вашем распоряжении имеется программный фильтр для дискретного ввода от 0,1 до 7,5 мс, входы для обработки внешних событий, а также скоростные выходы. Исключительная емкость памяти позволяет хранить существенные объемы программы, хронологические или другие производственные данные.

Рис. 1.3.6. - Модули расширения (Modicon) TSXMicro Так как модульные ПЛК XC100/200 обладают свободно расширяемой конструкцией, то они характеризуются широким спектром приложений. В соответствии со своими требованиями пользователь может построить необходимую систему автоматизации. Доступ к сети Ethernet совершенно необходим для многих приложений. Например, необходимо обеспечение эффективной связи между PLC, с одной стороны, а также нужен обмен данными с системами управления верхнего уровня на основе стандартов связи, таких как ОРС, с другой стороны. Возможна дистанционная аварийная сигнализация через мобильный телефон посредством SMS и имеются решения для дистанционного контроля через Ethernet. Рассмотрим, в чём заключаются основные преимущества контроллера Moeller XC-201EC-512k-XV. Во-первых, это компактный дизайн: локальные модули имеют ширину 30 мм, а центральный блок с 14 встроенными входами/выходами – 60 мм. Таким образом, максимальное количество – 494 входа/выхода – занимает всего мм. Во-вторых, это высокопроизводительный процессор и широкие коммуникационные возможности: использование карты памяти MMC для хранения программы, OPC и web сервера, многочисленных промышленных интерфейсов (CANopen, ProfibusDP, Modbus, SuconetK, Ethernet, RS232, USB), данных и установок устройства. И в-третьих, удобная система программирования контроллеров – easySoftCoDeSys, основанный на стандарте IEC611313. Высокоэффективные аппаратные средства дополняют комплексные программные функции. Сроки проектирования и сдачи в эксплуатацию сложных инженерных систем могут быть сокращены за счет обширных библиотек для диспетчеризации инженерного оборудования зданий, такого как оборудование систем кондиционирования воздуха, отопления, и вентиляции, а также системы управления с обратной связью. Кроме того, в случае физически рассредоточенных систем управления имеется возможность дистанционной диагностики и дистанционного программирования. Поэтому все перечисленные качества делают контроллеры XC100/200 гибким, современным и эффективным решением любой задачи автоматизации, рассчитанным на длительную перспективу.

Таблица 1.3.1. - Характеристики продуктов XC-CPU-201-XV Integrated WEB server XC-CPU201-EC256K-8DI-6DOkByte XC-CPU201-EC512K-8DI-6DOMB XC-CPU202-EC4M-8DI-6DOMB Для автоматизации температурного режима выбираем программируемый контроллер семейства Moeller.

Программируемые контроллеры Moeller имеют модульную конструкцию, что позволяет произвольно наращивать число входов-выходов в каждой точке управления и сбора информации.

Высокая вычислительная мощность процессора и развитые сетевые средства позволяют создавать иерархические АСУ ТП любой сложности.

Конструктивное исполнение микроконтроллера Moeller.

Данный микроконтроллер имеет модульную конструкцию (рис. 4) Все элементы (модули) семейства выполнены в закрытых корпусах единого исполнения и ориентированы на установку в шкафах.

Присоединение модулей ввода/вывода (EXP) к модулю вычислителя (СРU) выполняется с помощью гибкой шины расширения (плоский кабель) без использования шасси ограничивающего возможности расширения и снижающего гибкость при компоновке.

Рис. 1.3.7. – Внешний вид контроллера MoellerXC- Индикатор RUN2.

Светодиод SF3.

Режим работы Переключатель4.

MultiMediaCard подходит XT-MEM-MMx только с опорного кронштейна XC-CPU201: интерфейс USB Интерфейс устройства Программирование XC-CPU101: RS XC-CPU201: RS 232, ETH CANopen интерфейс полевой шины Экран состояния светодиодов входов 0 - 7 = I0.0 - I0. Светодиодный дисплей выходов 0 - 5 = Q0.0 - q0. Цифровой вход / выходные клеммы, блок питания В состав данного контроллера входят следующие модули:

Модуль процессора.

CPU центральный процессор Модули ввода-вывода XIOC-8DO 8 каналов, транзисторный выход12/24В постоянного тока (тип источника) XIOC-4AI-2AO-U1-I Вход напряжения (каналы от 0 до 3) от 0 до 10 В постоянного тока, 14 бит или ток (каналы от 0 до 3) от 0 до 20 мА, 14 бит Выход напряжения (каналы от 0 до 1) от 0 до 10 В постоянного тока, 12 бит или токовый выход (каналы от 0 до 1) от 0 до 20 мА, 12 бит Модули ввода - вывода имеют разъемы ввода-вывода с зажимами под винт, совмещающие функции разъемов и клеммных соединений, которые упрощают объем оборудования в шкафу и обеспечивают быстрое подключение/ отключение внешних цепей.

Для подготовки и отладки прикладных программ автоматизации технологического оборудования предусматривается применение персонального компьютера, подключаемого к каналу информационной сети через адаптер RS 232.

Подготовка прикладных программ осуществляется на языке:

IL (язык технологического программирования, оперирующий типовыми элементами релейно-контактной логики и автоуправления;

При отладке прикладных программ модуля сохраняется штатный режим работы прикладных программ остальных модулей и обмена по каналу локальной сети.

Назначение и технические характеристики основных модулей микроконтроллера.

Модуль процессора CPU предназначен для организации интеллектуальных систем управления и функционирует как автономно, так и в составе локальной информационной сети.

Связь с объектами управления осуществляется через модули ввода/вывода, подключаемые к CPU посредством шины расширения.

Модуль CPU включает в себя источник питания использующийся как для питания внутренних элементов так и для питания модулей ввода/вывода (до 15и модулей ввода/вывода).

Температура окружающей среды: для CPU 0 С до +60 С Относительная влажность окружающей среды - не более 80 % при t=35С Степень защиты от воздействия окружающей среды- IP- Подключение модулей ввода/вывода (EXP).[25] Цель:

Разработка микропроцессорной системы управления температуры пара Основные задачи:

1. Изучение технологического процесса получения перегретого пара в водопаровом тракте промышленного котлоагрегата. Анализ подходов и схем регулирования температурным режимом котлоагрегата.

2. Обзор возможностей различных классов автоматических систем при управлении нестационарными технологическими объектами.

3. Разработка математической модели системы управления температурным режимом водопарового тракта котлоагрегата, включающей в себя технологический объект, средства измерения, регулятор и исполнительные органы.

4. Выделение областей функционирования технологического объекта и решение задачи управления в каждой из них.

5. Разработка ПО моделирования объекта управления и средств автоматики на языке Instruction List.

6. Разработка ПО формирования управляющих воздействий для микроконтроллера Moeller XC201EC512KXV.

7. Разработка ПО стыковки микроконтроллера Moeller и моделей объекта управления, средств измерения и исполнительных органов, реализованных на ПК. Разработка ПО подсистемы визуализации работы системы управления.

микроконтроллерной системы управления температурным режимом водопарового тракта котлоагрегата.[1] Глава 2. Разработка программного обеспечения микропроцессорной системы управления температурным режимом на базе контроллера 2.1 Выделение областей функционирования технологического объекта Алгоритмы функционирования автоматизированных систем управления (АСУ), разработанные на стадии проектирования, как правило, в значительной степени отличаются от оптимальных значений параметров традиционных регуляторов. Объясняется это несовершенством математических моделей объектов, представленных как в аналитическом (часто упрощенном), так и в экспериментальном виде. Практически затруднено получение математических моделей систем управления экспериментальным путем на действующих сложных объектах и на находящихся на дистанционном или автоматическом режиме работы. Данные трудности связаны с влиянием внешних и параметрических возмущений, часть которых имеет нестационарный характер и не подлежит контролю.

Исходя из этого, разработанные АСУ ТП нуждаются в перенастройке, сопровождающейся ухудшением качества процесса регулирования, что приводит к дополнительным затратам материальных ресурсов. Поскольку работы по настройке АСУ и АСР во время проведения пуско-наладочных работ, а также в течение последующей эксплуатации (при изменении нагрузки и задания) являются необходимыми и частыми, возникают организационные проблемы при их выполнении. Например, число настраиваемых контуров систем регулирования на современном теплоэнергетическом объекте может достигать нескольких десятков, что делает практически невозможным высококачественное и быстрое выполнение этих работ «вручную»

ограниченным составом эксплуатационного персонала. Например, работающий в регулирующем режиме паровой котел воспринимает колебания тепловой и электрической нагрузок турбин, т. е. участвует в регулировании общей тепловой и электрической нагрузок станции и как следствие подвергается влиянию нестационарных внешних и внутренних возмущений. Следует отметить, что динамические характеристики участков регулирования энергоблока тепловой электростанции (ТЭС) существенно изменяются в процессе пуска. Как правило, динамические параметры этих характеристик, определенные для начального этапа пуска, значительно отличаются от тех же параметров, определенных для конечного этапа пуска или нормального режима работы. Например, запаздывания по температурам пара т по тракту парового котла по каналу регулирующего воздействия существенно больше, а коэффициенты усиления к - меньше в начальной стадии пуска по сравнению с концом пуска и нормальным режимом. В связи с переходом с растопочного топлива на основное и с изменениями тепловой схемы блока автоматическое регулирование большинства технологических параметров в процессе пуска не может осуществляться штатными регуляторами даже при изменении их настроек и заданий. С этой целью используют пусковые или растопочные АСР.

Последние отличаются от штатных наличием устройств дистанционного изменения настроек регуляторов (Кр, Ти), устанавливаемых опытным оператором-экспертом.

В связи с вышеприведённым, необходимость применения адаптивных интеллектуальных систем управления сложными многорежимными теплоэнергетическими объектами (контуры регулирования паровых котлов ТЭС) становится актуальной и необходимой мерой для повышения эффективности управления топливно-энергетическим комплексом в целом.

Как объект регулирования представляется автоматическая система регулирования температуры перегретого пара барабанного котлоагрегата.

Основная задача управления пароперегревателем сводится к обеспечению необходимого температурного режима в водопаровом тракте котла. Изменение температуры пара производится путем увеличения или уменьшения количества впрыскиваемой в пароохладитель воды с целью стабилизации необходимого значения температуры перегретого пара на выходе из пароперегревателя (рис.

2.1.1).

Объектом автоматического регулирования является водопаровой тракт котлоагрегата. Регулирование охватывает участок от ввода регулирующего воздействия до места контроля регулируемой температуры, включающей в свой состав радиационные и конвективные поверхности нагрева. На уровень температуры перегретого пара оказывают влияние определенное количество факторов: в их состав входят: нагрузка котла, загрязнение поверхностей пароперегревателей, появление шлака в топке, температура поступающей питательной воды, большое количество подаваемого воздуха.

При уменьшении нагрузки удельное тепловосприятие радиационных поверхностей нагрева увеличивается, а конвективных – понижается. Так же, на температуру перегрева пара оказывают огромное влияние такие возмущения, как случайные возмущения подачи топлива при необходимой нагрузке, изменение тягодутьевого режима и т.д.

В последние годы системы автоматического регулирования температуры перегретого пара проектируются с использованием дополнительного воздействия по количеству расходуемого пара. Встречаются системы автоматического регулирования с различными связями типа «люфт» между отдельными схемами управления расхода пара на участках водопарового тракта котлоагрегата, ПИ и ПИД – регуляторы, системы автоматического регулирования температуры перегретого пара с корректирующим и стабилизирующим регуляторами, которые, могут иметь значительные преимущества по сравнению с типовыми с исчезающим импульсом из промежуточной точки. Для регулирования впрыска во многих случаях применяются шиберные клапаны.

Для системы которая исследуется типично огромное транспортное запаздывание в объекте регулирования, нестационарность и априорная неопределенность математической модели перегретого пара, что приводит, в в итоге, к ручной перенастройке коэффициентов передачи регулятора и необходимости проектировать автоматическую систему из условий робастности.

Рис. 2.1.1. - АСР температуры перегретого пара.

В современной теплоэнергетике чаще всего применяют типовую каскадную систему регулирования температуры перегретого пара. Эксплуатация такой системы показывает, что при больших изменениях расхода пара, поступающего в турбину, возникает необходимость в ручной перенастройке коэффициентов контура регулирования для достижения заданной температуры. В действительности это главный объективный признак того, что работа системы управления протекает в условиях априорной неопределенности. Анализ рабочих характеристик пароперегревателя показывает, что объект регулирования имеет непостоянную величину транспортного запаздывания, его динамические свойства в большей степени зависят от содержания кислорода в отходящих газах, загрязнения поверхностей пароперегревателя. Кроме этого синтез математической модели температуры перегрева пара обычно связано с аппроксимацией кривых разгона, полученных экспериментальным путем, вследствие чего математическое описание обязательно становится неточным.

[15] Принцип построения системы показан на рис. 2.1.2. Он заключается в выборе R -регулятора из n имеющихся в зависимости от состояния процесса.

При этом проблема идентификации сводится к классификации, заключающейся в установлении соотношения между характеристиками входного и выходного сигналов основной системы и структурой регулятора.

2.1.2 Внедрение системы с переменной структурой Значительные дополнительные возможности улучшения процессов регулирования дает нелинейное управление работой объекта путем изменения структуры управляющего устройства в зависимости от размеров и знаков входных величин, поступающих в управляющее устройство от измерительного устройства.

Могут использоваться комбинации линейных законов регулирования (их достоинства, обходя недостатки). Например, если известно, что при одном законе регулирования получается быстрое начальное изменение регулируемой величины, но с большим перерегулированием, а при другом - медленное изменение, но плавный подход к новому установившемуся режиму, то можно, включив сначала первый закон, переключить затем систему на второй закон в некоторой точке A, когда отклонение у достигнет определенного значения yA. В результате процесс регулирования приобретет форму кривой (рис. 2.1.3), объединяющей оба качества - быстроту и плавность процесса. Используя данный подход, мы получаем процесс регулирования без характерных для ПИи ПИД- регуляторов колебаний и перерегулирования при малом времени регулирования.

Рис. 2.1.3. - Принцип работы системы с переменной структурой Подобные системы относятся к классу нелинейных, даже если все звенья системы линейны. Происходит это за счет того, что в процессе работы происходят автоматические переключения между звеньями. Такую работу можно сравнить с тем, как получается нелинейная статическая характеристика из отрезков прямых линий. Но в данном случае имеет место нелинейная динамическая характеристика, составляемая из последовательности разных линейных дифференциальных уравнений, соответствующих первому и второму законам регулирования.

Синтез структуры системы осуществлялся исходя из предположения, что совокупность функциональных элементов и характер связей между ними остаются раз и навсегда неизменными. Но такой взгляд на проектирование систем управления, вообще говоря, не является единственным. При построении управляющего устройства можно заранее ввести в структуру системы такие функциональные элементы, которые во время протекания процесса управления скачкообразно меняют знак обратной связи, коэффициенты воздействия по различным координатам и т.д., т.е. изменяют структуру системы.

Следовательно, в зависимости от выбранного алгоритма и имеющейся информации система будет обладать той или иной структурой. В такой системе удастся совмещать полезные свойства каждой из имеющейся совокупности структур, а быть может, и получить какие-либо новые свойства, не присущие любой из них. Такой подход позволяет существенно повысить качество управления.

В дальнейшем под системами с переменной структурой будем понимать системы, в которых связи между функциональными элементами меняются тем или иным образом в зависимости от состояния системы [6].

На рис. 2.1.4 представлена достаточно общая схема системы с переменной структурой.

В зависимости от того, какие координаты системы и внешние воз-действия доступны для измерения, на вход УУ может поступать информация о величине ошибки, выходной координате исполнительного устройства µ, задающем и возмущающем воздействиях s(t) и f(t), о регулируемой величине у, о промежуточных координатах объекта y1,..., уi, и исполнительного устройства µ1,..., µk. Управляющее устройство содержит ряд функциональных звеньев, причем оператор каждого из них обозначен на рис. 2.1.4 аббревиатурой ФЗ с соответствующими индексами.

Любая из входных величин управляющего устройства может поступать на входы только «своих» звеньев. Управляющее воздействие и является суммой выходных величин всех звеньев. В УУ содержатся ключевые элементы (КЭ).

Любой КЭ замыкает один из предусмотренных каналов передачи информации.

Разнообразные сочетания положений контактов КЭ определяют совокупность имеющихся в распоряжении фиксированных структур. Блок управления структурой (БУС) на основе анализа всей поступающей на УУ информации дает команду на изменение структуры системы. Вопрос синтеза такой системы сводится к выбору операторов всех звеньев и логических законов, в соответствии с которыми изменяется структура системы.

Рис. 2.1.4. - Общая структурная схема системы с переменной структурой На рис. 2.1.5 представлена обобщенная схема автоматического регулирования с переменной структурой. В нее входит блок измерения, или измерительное устройство (ИзУ), которое производит непрерывную оценку регулируемой величины и вычисляет величину сигнала рассогласования, который подается на блок формирователя функции переключения, осуществляющий анализ и переключение сигнала отклонения регулируемой величины (t) на необходимый закон регулирования (блок коммутируемых коэффициентов).

Рис. 2.1.5. - Схема автоматического регулирования с переменной структурой: БК - блок коммутируемых коэффициентов; ИзУ - измерительное устройство; ФФП - блок формирования функции переключения;

Структура настройки ПИ-регулятора основана на использовании разделения на определенные диапазоны температурного режима и определении оптимальных настроек ПИ-регулятора с помощью ПЛК. Применение данных методов позволило обеспечить помехозащищенность алгоритма и рационально организовать активный эксперимент на действующей системе в плане поддержания области устойчивости. Идентификация осуществлялась путем определения, в каком именно участке диапазона температур находится текущее значение температуры. Структура передаточной функции объекта состоит из нескольких инерционных звеньев с запаздыванием вида:

со значениями, изменяющимися на протяжении времени в определенном диапазоне в зависимости от вида нагрузки или режима работы парового котла.

Идентификатор определяет значения параметров объекта и его порядок (Рис.2.1.6.). [15] Рис. 2.1.6. - Разделение температурного диапазона.

Границы диапазонов:

Omin 1, Omax 2’ - 520°С, Omin 2’, Omax 3’ - 450°С, Оптимальная температура – 530°С.

Для того, что бы в каждом диапазоне выполнялся определенный закон регулирования, необходимо разделить температурный диапазон на отдельные участки. Каждому участку будет соответствовать необходимый режим регулирования. [16] Предполагается 3 закона регулирования:

1. Третий закон будет ориентирован на скоростное регулирование, для того чтобы как можно быстрее покинуть зону слишком высоких или слишком низких температур.

2. Второй закон будет действовать в так называемых средних температурах, где необходимость в скоростном регулировании отпадает, но тем не менее закон предполагает быстрое перемещение в зону оптимальных температур.

3. Первый закон уже будет ориентирован на точную настройку необходимой температуры, во избежание появления автоколебаний.

Для того чтобы контроллер «воспринимал» границы диапазонов необходимо разделить входной аналоговый сигнал от 0 до 10В на диапазоны.

Чтобы реализовать законы управления необходимо для каждой границы произвести пересчет по предоставленным ниже формулам:

O-Выходной сигнал I-Входной сигнал Omax-Omin=DeltaO Imax-Imin=DeltaI I-Imin=Delta DeltaO*Delta/DeltaI+Omin=O O=(Omax-Omin)*(I-Imin)/Imax-Imin+Omin[16] 2.1.3 Разработка алгоритма выбора и применения законов управления.

Далее представлен общий алгоритм выбора и применения законов управления в зависимости то температуры перегретого пара:

1. Считывание показаний с датчика температуры перегретого пара.

2. Сравнение показаний с датчика с диапазоном первого закона управления.

3. Если показания не выходят на границы диапазона реализуется первый закон управления, подразумевающий точную настройку температуры.

4. Далее производится повторное сравнение с оптимальной температурой.

5. Если температура соответствует оптимальной, операции заканчиваются.

6. Повторное считывание показаний датчика производится с интервалом в секунд.

7. Если на шаге 3 температура превышает границу «оптимальных»

температур производится повторное сравнение показаний температуры с границей «нормальных» температур.

8. Если температура не превышает границ диапазона, реализуется второй закон управления, подразумевающий среднюю точность и скорость регулирования температуры.

9. После того как температура достигла границ «оптимального» режима, реализуется первый закон управления.

10. Далее производится повторное сравнение с оптимальной температурой.

11. Если температура соответствует оптимальной, операции заканчиваются.

12. Если на шаге 8 температура превышает границу «нормальных»

температур производится повторное сравнение показаний температуры с границей «экстремальных» температур.

13. Если температура не превышает границ диапазона, реализуется третий закон управления, подразумевающий высокую скорость регулирования температуры.

14. После того как температура достигла границ «нормального» режима, реализуется второй закон управления.

15. После того как температура достигла границ «оптимального» режима, реализуется первый закон управления.

16. Далее производится повторное сравнение с оптимальной температурой.

17. Если температура соответствует оптимальной, операции заканчиваются.

18. Если на шаге 3 температура ниже границы «оптимальных» температур производится повторное сравнение показаний температуры с границей «нормальных» температур.

19. Если температура не ниже границ диапазона, реализуется второй закон управления, подразумевающий среднюю точность и скорость регулирования температуры.

20. После того как температура достигла границ «оптимального» режима, реализуется первый закон управления.

21. Далее производится повторное сравнение с оптимальной температурой.

22. Если температура соответствует оптимальной, операции заканчиваются.

23. Если на шаге 19 температура ниже границы «нормальных» температур производится повторное сравнение показаний температуры с границей «экстремальных» температур.

24. Если температура не ниже границ диапазона, реализуется третий закон управления, подразумевающий высокую скорость регулирования температуры.

25. После того как температура достигла границ «нормального» режима, реализуется второй закон управления.

26. После того как температура достигла границ «оптимального» режима, реализуется первый закон управления.

27. Далее производится повторное сравнение с оптимальной температурой.

28. Если температура соответствует оптимальной, операции заканчиваются.

Рис. 2.1.7. - Общий алгоритм регулирования температуры перегретого пара.

Рис. 2.1.8. - Алгоритм выбора закона регулирования температурным 2.2 Описание объекта управления и выбор комплекса технических Экономичность и надежность работы паровой турбины и энергоблока в целом определяются таким важнейшим параметром как температура перегрева пара на выходе котла. Требования ПТЭ определяют допустимые длительные отклонения температуры перегрева пара от номинального значения. Например, для параметров пара рп.п = 13 МПа (130 кгс/см2) и tп.п= 540 °С в сторону увеличения составляет 5 °С, а в сторону уменьшения — 10 °С.

Конструктивно первичный пароперегреватель энергетических котлов — ряд последовательно включенных в паровой тракт трубных поверхностных теплообменников. Часть теплообменников — радиационные — размещают вверху топки, а другие — конвективные — в газоходах поворотной камеры Пили Т-образных котлов.

К перераспределению тепловосприятий конвективной КПП и радиационной РПП частей приводят изменения паровой нагрузки котла.

Различие статических характеристик составных частей пароперегревателя используют для первичного регулирования температуры пара на выходе котла tп.п. Такое совмещение станет условием - tп.п= const в статике.

Рис. 2.2.1. -принципиальная схема регулирования перегрева пара:

1 — барабан; 2,3 — ступени пароперегревателя; 4 -— пароохладитель; 5 — регулирующий клапан впрыска; 6 — охладитель пара; 7 — сборник конденсата;

8 гидрозатвор; 9 — дифференциатор; 10 — регулятор; 11— первый закон регулирования;12— второй закон регулирования;13— третий закон регулирования;[2] Рис. 2.2.2. – Статические характеристики пароперегревателя по температуре tр.п,tр.п0 — температура пара на выходе радиационного перегревателя; tк.п,tк.п — то же на выходе конвективного; у — отношение температур Однако невозможно достичь абсолютно точного их совмещения из-за влияния множества эксплуатационных факторов (смещение факела по высоте топки, изменчивость энтальпий и скоростей потоков газа и пара, различная степень загрязнения внутренних и наружных поверхностей нагрева и др.).

Вследствие этого и в силу различий тепловой инерционности КПП и РПП температура пара на выходе котла начинает изменяться при всех внешних и внутритопочных возмущениях как в статике, так и в динамике. Отклоненияtп.пв процессе эксплуатации устраняют действиями оперативного персонала и АСР.

2.2.1 Регулирование температуры первичного перегрева пара.

Способ регулирования температуры пара на выходе с помощью пароохладителей наиболее распространен для барабанных котлов.

Конструктивно участок регулирования первичного перегрева образует часть поверхности нагрева пароперегревателя. В него входят обогреваемые и необогреваемые трубы, от места ввода охлаждающего агента до выходного коллектора, в котором необходимо поддерживать заданную температуруtп.п.

Схема участка представлена на рис. 2.2.1. Расход потребляемого пара Gп.п и количество теплоты, воспринимаемое от топочных газов Qт" относятся к возмущающим воздействиям Энтальпии на входе в пароперегреватель hвх и на выходе из него h0 служат входной и выходной величинами участка. Расход охлаждающего агента Gп.в служит регулирующим воздействием Динамические характеристики пароперегревателя по каналам возмущающих и регулирующего воздействий различны, но обладают общим свойством – значительной инерционностью. Термоэлектрические термометры (термопары), являющиеся датчиками измерительных регулирующих приборов, также обладают инерционностью. Ее учитывают обычно при определении экспериментальных динамических характеристик пароперегревателей, так как tп.п определяют по ЭДС, развиваемой термопарой. Тепловая инерционность пароперегревателей по каналу регулирующего воздействия в основном зависит от конструкции пароохладителя. [10] Известны два типа пароохладителей: поверхностные и впрыскивающие.

Поверхностный пароохладитель — паровой коллектор. Внутри него расположены змеевики охлаждающей воды. Изменение расхода хладагента через змеевик позволяет регулировать температуру пара на выходе из коллектора. Недостатком поверхностных пароохладителей является большая инерционность по температуре пара на выходе при изменениях расхода охлаждающей воды, а преимуществом – возможность использования в качестве хладагента сильноминерализованной питательной воды.

Для регулирования температуры первичного пара современные энергетические барабанные котлы оснащают впрыскивающими пароохладителями, представляющими собой теплообменники смешивающего типа. Они действуют на основании изменения энтальпии частично перегретого пара за счет теплоты, отбираемой на испарение охлаждающей воды, которую впрыскивают в паропровод. Одна из них изображена нарис. 2.2.2. Кривые изменения tпр /tп.п по каналу Gвпр — tпр приведены на рис. 2.2.3, при возмущении расходом топлива (газа).

Имеется существенный недостаток впрыскивающего пароохладителя — загрязнение пара охлаждающей водой. Этот недостаток частично устраняют использованием в роли охлаждающего агента собственного конденсата. Для этого насыщенный пар из барабана Gб (см. рис. 2.2.1.) поступает в охладитель пара — конденсатор 6 и из сборника конденсата 7 подается на впрыск в пароохладитель 4.

Схемы автоматического регулирования первичного перегрева пара (см. рис.

2.2.1.). В общепринятой схеме АСР температуры регулятор перегрева получает основной сигнал по отклонению температуры пара на выходе пароперегревателя tп.пи воздействует на расход охлаждающей воды.

Дополнительный сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры пара в промежуточной точке (непосредственно за пароохладителем) dtп.п/ dt, упреждая изменения температуры на выходе при изменениях энтальпии частично перегретого пара hпр исчезает в установившемся режиме.

Рис. 2.2.3.- Временные характеристики по температуре первичного пара:

1 — температура в промежуточной точке tпр; 2 — температура на выходе tп.п Реальное дифференцирующее звено обычно используют для формирования исчезающего сигнала.

Улучшение качества процессов регулирования происходит вследствие приближения точки впрыска к выходу пароперегревателя, при этом уменьшается инерционность участка. Однако это приводит к ухудшению температурного режима металла поверхностей нагрева, которые расположены до пароохладителя. По этой причине применяют многоступенчатое регулирование на мощных энергетических котлах с развитыми пароперегревателями. С этой целью по ходу пара устанавливают два и более впрыскивающих устройств, управляемых автоматическими регуляторами температуры.

Все это дает возможность защитить металл предвключенных ступеней пароперегревателя и одновременно точнее регулировать температуру пара на выходе из котла. [2] На выходе каждой ступени действует двухимпульсная схема автоматического регулятора: имеется основной сигнал по отклонению температуры пара на выходе и дополнительный исчезающий сигнал по температуре пара после пароохладителя. Регулирование температуры первичного перегрева при наличии нескольких потоков пара осуществляют раздельно. На каждом из паропроводов предусматривают установку автоматических регуляторов.

2.2.2 Выбор впрыскивающего пароохладителя с электроприводом.

Описание изделия и область его применения • Регулирующий клапан впрыска, предназначенный для прямого охлаждения пара методом вторичного впрыска.

Преимуществами этого метода являются: избежание теплового удара Более высокий ресурс и повышенная эксплуатационная надежность Идеальное решение конструкции для редукционного клапана с одной впрыскивающей форсункой • Тщательно доведенная конструкция, основными деталями которой являются форсунка, трубчатый поршень и дисковый завихритель, позволяет произвести мелкодисперсное распыление потока при изменении расхода пара от минимального уровня до максимального.

• Имеется модульная конструкция, которая позволяет получить пропускную способность в 14 kvs / cv в любом клапане.

• Герметичное седло: нормы утечки отвечают требованиям 4-ого и 5-ого класса герметичности по DIN / IEC 534, и части 4 норм ANSI / FCI 70- • Модульная конструкция дает возможность монтажа многопружинного привода FlowAct, а также электроприводов вращательного и поступательного движении.

Рис. 2.2.4. - Внешний вид и выбор конструкции впрыскивающего клапана Запатентованный впрыскивающий клапан SCHMIDT предназначен для регулирования температуры пара на электростанциях и предприятиях перерабатывающей промышленности. Эти клапаны имеют модульную конструкцию, которая позволяет использовать клапан при низком, среднем и высоком рабочем давлении. Охлаждающая среда впрыскивается прямо в пар после распыления в регулируемых сменных форсунках. Трубчатый поршень открывает канал форсунки пропорционально ходу. Впрыскивающие клапаны SCHMIDT рассчитаны на эксплуатацию при минимальном объеме технического обслуживания. Упрочненные трубчатый поршень и форсунки обеспечивают безотказную работу клапана.

2.2.3 Режим работы пароохладителя.

Пароохладитель VariCool имеет встроенный прецизионный регулирующий клапан, что позволяет получить широкий диапазон регулирования, высокое быстродействие и высокую точность регулирования.

Многоступенчатый трубчатый поршень позволяет использовать пароохладитель VariCool в широком диапазоне перепадов давления, поскольку он впрыскивает распыленную охлаждающую жидкость прямо в охлаждаемый технологический пар.

Понижение температуры происходит в результате быстрого испарения капель охлаждающей жидкости в технологическом паре.

Запатентованный перфорированный затвор с подачей среды "на затвор" и форсунки запатентованной конструкции обеспечивают высокую точность регулирования при переменных режимных параметрах путем точного дросселирования в зависимости от сигнала обратной связи от контроллера и датчика температуры пара после пароохладителя.

Технические требования • Для достижения оптимальных результатов скорость пара должна находиться в диапазоне 10 - 100 м/с / 30 - 300 фут/с.

• Для исключения конденсации уставка температуры должна быть на 5 C/ 4 - 50 °F выше температуры насыщенного пара.

• Максимальная рабочая температура составляет 530 °C / 986 °F • Рекомендуемая температура охлаждающей среды: 120 °C / 248 °F • Давление охлаждающей среды должно превышать давление пара, в зависимости от установленных форсунок (см. таблицу выше), не менее, чем на 5 – 10 бар / 76 - 45 фунт/кв. дюйм, но не более, чем на бар / 300 фунт/кв. дюйм.

• В линию подвода охлаждающей воды рекомендуется установить сетчатый фильтр (с ячейкой 0,1 мм / 0.004") • Минимальный диаметр паропровода 50 мм / 6" • Рекомендуемая длина прямого участка после вспрыскивающего клапана:

0,1 х скорость пара, но не менее 4 – 6 м / 13 – 20 футов • Расстояние до датчика температуры должно составлять 0,2 х скорость пара, но не менее 9 м / 30 футов • Положение датчика температуры сильно влияет на качество измерений Устанавливайте датчик температуры в соответствии с инструкциями изготовителя.

Преимущества пароохладителя VariCool • Впрыск через регулируемые форсунки обеспечивает оптимальный перепад давления между охлаждающей средой и паром • Сверхтонкое распыление обеспечивает быстрое и полное испарение охлаждающей воды • При использовании впрыскивающего клапана VariCool исключается возможность теплового удара и не требуется отдельный регулирующий клапан для охлаждающей воды • Диапазон регулирования 1 : • Разность давления охлаждающей воды и пара до 90 бар / 1305 фунт/кв.

дюйм (многоступенчатое дросселирование) 2.2.4 Выбор термопреобразователя.

Параметр, который необходимо контролировать и сигнализировать о максимально допустимом значении является температура.

Далее необходимо перечислить основные способы измерения температуры и перечислить их краткие характеристики. Для измерения значений температуры применяются: манометрические термометры, термометры расширения, пирометры излучения, термоэлектрические термометры и термометры сопротивления.

В котельных установках для измерения температуры пара используются приборы, принцип работы которых основан на проявляемых свойствах определенных веществ при нагревании. Такие как: Изменение давления – манометрические термометры; Изменение объема – термометры расширения;

Изменение электрического сопротивления – термометры сопротивления;

Появление термоЭДС – термоэлектрические пирометры.

Для измерения показаний температуры и сигнализации об уровнях нагрева в схемах автоматического регулирования и защиты повсеместно применяются электроконтактные устройства - ЭКТ.

Их основные достоинства – простота конструкции и простота обслуживания, возможность автоматической записи показаний и дистанционного измерения. Еще к достоинствам можно прибавить их взрывобезопасность и нечувствительность к внешним электрическим и магнитным полям. Так же стоит отметить их недостатки – малая точность, высокая инерционность и сравнительно малое расстояние дистанционной передачи данных.

Термоэлектрический пирометр. Применяется для измерения показаний температуры до 16000 градусов по Цельсию, а также передачи показаний датчика на щит и состоит из измерительного прибора, соединительных проводов и термопары.

Термопара состоит из двух соединенных между собой проводников, состоящих из различных металлов (медь, платина) или сплавов (копеля, хромеля, платинородия), разделенных друг от друга фарфоровыми трубочками или бусами. С одной стороны термоэлектроды спаиваются, образуя горячий спай, а с другой остаются свободными.

При использовании термопару помещают в медную, стальную или кварцевую трубу.

Под влиянием нагрева горячего спая образуется термоЭДС, величина этого ЭДС зависит от температуры данного спая и материала термоэлектродов.

Для измерения используют потенциометр или милливольтметр. Разметка шкалы приборов имеет единицу измерения в градусах Цельсия с указанием типа и градуировки. Работа термометров сопротивлений основана на фиксировании электрического сопротивления проводников или полупроводников во время изменения температуры. Платиновые термопреобразователи применяются при длительных измерениях в границах от 0 до +650 0С; медные термопреобразователи применяются для измерения температуры в границах от –200 до +200 0С. автоматические электронные уравновешенные мосты, с классом точности от 0,25 до 0,5, используются в качестве вторичных приборов. Полупроводниковые термометры сопротивления производятся из окислов различных металлов с добавками. Наибольшее применение получили медно-марганцевые и кобальто-марганцевые полупроводники, применяемые для измерения температуры в границах от – до +300 0С. Стоит сказать что в отличии от проводников, сопротивление термисторов при повышении температуры уменьшается по экспоненциальному закону, благодаря этому они имеют высокий уровень чувствительности. Но нужно отметить что изготовить термисторы со строго одинаковыми характеристиками практически невозможно, поэтому они калибруются индивидуально. Термопреобразователи сопротивления вместе с автоматическими электронными уравновешенными мостами могут позволить нам измерять и регистрировать температуру с высокой точностью, а также передавать информацию на большие расстояния. Очень большое термопреобразователи: хромель-алюмелевые преобразователи с границами измерений от – 50 до + 1000 0С; платинородий – платиновые преобразователи с пределами измерений от – 20 до + 1300 0С; хромель-копелевые преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 600 0С. При недолгих измерениях верхний предел температур для ТХК преобразователя можно повысить на 200 градусов, а для ТПП и ТХА преобразователей на 300 градусов.

Для измерения температуры в водопаровом тракте котла я решил выбрать ТХА преобразователи – выбор данных преобразователей обусловлен тем, что в диапазоне измерения от –50 до +1000 0С они имеют более высокий уровень чувствительности, чем преобразователь ТХК. Основные характеристики термоэлектрического преобразователя типа ТХА – 251 изготовленного ЗАО «Метран»:

· Назначение данного преобразователя: измерение температур газообразных и жидких сред;

· Диапазон измеряемых температур: – 40...+1000 0С;

· Длина монтируемой части преобразователя 0,32 м;

· Защитный чехол изготовлен из нержавеющей стали, марки 12Х18Н10Т, а его диаметр 10 мм;

· Средний срок безотказной службы не менее 2-х лет;

· Чувствительный элемент: кабель термопарный КТМС-ХК ТУ16-505.757Поверка производится с периодичностью – 1 раз в год.

Рис. 2.2.5. - Внешний вид термопреобразователя МЕТРАН 251.[26] 2.3 Построение математической модели системы управления Объектом автоматического регулирования является водопаровой тракт котлоагрегата. Регулирование охватывает участок от ввода регулирующего воздействия до места контроля регулируемой температуры, включающей в свой состав радиационные и конвективные поверхности нагрева. На уровень температуры перегретого пара оказывают влияние определенное количество факторов: в их состав входят: нагрузка котла, загрязнение поверхностей пароперегревателей, появление шлака в топке, температура поступающей питательной воды, большое количество подаваемого воздуха.

При уменьшении нагрузки удельное тепловосприятие радиационных поверхностей нагрева увеличивается, а конвективных – понижается. Так же, на температуру перегрева пара оказывают огромное влияние такие возмущения, как случайные возмущения подачи топлива при необходимой нагрузке, изменение тягодутьевого режима и т.д.

В последние годы системы автоматического регулирования температуры перегретого пара проектируются с использованием дополнительного воздействия по количеству расходуемого пара. Встречаются системы автоматического регулирования с различными связями типа «люфт» между отдельными схемами управления расхода пара на участках водопарового тракта котлоагрегата, ПИ и ПИД – регуляторы, системы автоматического регулирования температуры перегретого пара с корректирующим и стабилизирующим регуляторами, которые, могут иметь значительные преимущества по сравнению с типовыми с исчезающим импульсом из промежуточной точки. Для регулирования впрыска во многих случаях применяются шиберные клапаны.

Для системы которая исследуется типично огромное транспортное запаздывание в объекте регулирования, нестационарность и априорная неопределенность математической модели перегретого пара, что приводит, в в итоге, к ручной перенастройке коэффициентов передачи регулятора и необходимости проектировать автоматическую систему из условий робастности.

Передаточная функция объекта автоматического управления включает в себя:

WTH - передаточная функция тракта от клапана впрыска до установленной термопары (опережающий участок);

WT передаточная функция пароперегревателя между двумя термопарами, передаточная функция инерционного участка;

WTHWT передаточная функция главного участка;

WD передаточная функция пароперегревателя при возмущающем воздействии расхода пара;

WF передаточная функция пароперегревателя при наличии топочных возмущений по теплоте дымовых газов.

Передаточная функция WF по теплоте дымовых газов, уходящих из топки, имеет вид Необходимые параметры участка пароперегревателя, состоящего из одного пакета, определяют по следующим формулам:

IC FINC

где IC коэффициент отдачи тепла от стенки змеевика к пару на внутренних поверхностях змеевиков, кДж /( м ч С ) ;

средняя изобарная теплоемкость перегретого пара, проходящего через пакет пароперегревателя, кДж /(кг С ) ;

пароперегревателя, омываемые, паром и дымовыми газами, м ;

GM масса металла пакета змеевиков, кг ;

l длина пути пара от входа до выхода из обогреваемой поверхности нагрева пароперегревателя, м;

w средняя скорость пара, м/с;

2 коэффициент теплоотдачи от стенки к пару на внутренней поверхности змеевиков, кДж /( м ч С ) ;

M коэффициент теплопроводности металла змеевиков при его средней температуре, кДж /( м ч С ) ;

внутренний и внешний диаметры змеевика, м.

Коэффициент усиления по впрыску, C / т ч ;

CSTIN средняя изобарная теплоемкость пара на входе в пакет, кДж /(кг 0С ) ;

i1 энтальпия пара перед пакетом за местом впрыска, кДж / кг ;

энтальпия впрыскиваемой воды (впрыскиваемого конденсата), кДж / кг.

Коэффициент усиления по расходу пара, C / т ч пароперегревателя с конвективным теплообменом рассчитывается по формуле:



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru ГОСТ Р 51387-99 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва Предисловие 1 РАЗРАБОТАН ФГУ Российское агентство энергоэффективности Минтопэнерго России совместно с ВНИЦ СМВ и ВНИИстандарт Госстандарта России ВНЕСЕН ФГУ Российское агентство энергоэффективности Минтопэнерго России 2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 30...»

«НАДЗЕМНОЕ 1938 © Agni Yoga Society, New York, 2003, публикация на сайте www.agniyoga.org Настоящая электронная версия публикуется по изданию: Агни-Йога. Надземное. Братство, часть вторая. Внутренняя Жизнь. М., Сфера, 1995. БРАТСТВО ЧАСТЬ II ВНУТРЕННЯЯ ЖИЗНЬ ВВЕДЕНИЕ Друг, можно ли беседовать о Надземном, если не осознана энергетическая основа Сущего? Многие вообще не понимают сказанного этими словами; другие полагают, что они знают о значении основной энергии, но не умеют реально мыслить о ней....»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет энергетики и электрификации УТВЕРЖДАЮ Декан факультета Энергетики и электрификации профессор_/Винников А. В./ _ 2013_ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Физико-химические процессы в энергетике Направление подготовки 140200 Электроэнергетика Специальность Электроснабжение Квалификация...»

«Консорциум Pyry - ЛЭИ Отчет по ОВОС 27 марта 2009 г. 397 1988). В регионе ИАЭС в 1999 году были установлены 4 станции сейсмологического наблюдения (см. Рис. 7.5-14). С тех пор Геологическая служба Литвы по договоренности с ИАЭС обрабатывает и анализирует данные, собранные на этих станциях. Новый нормативный документ VATESI P-2006-01 Требования к анализу сейсмического влияния на объекты ядерной энергетики (Вальстибес жиниос, 2006, № 87-3447) определяет требования и рекомендации к сейсмическому...»

«СОДЕРЖАНИЕ Обращение генерального директора ОАО Инженерный центр энергетики Урала. 3 Приоритеты ОАО Инженерный центр энергетики Урала в области рационального природопользования и охраны окружающей среды Политика в области экологии и охраны окружающей среды Организационная структура ОАО Инженерный центр энергетики Урала в системе экологического менеджмента 1. Система экологического менеджмента Организационное построение и направления деятельности интегрированных систем менеджмента ОАО...»

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ПО МОНИТОРИНГУ ИННОВАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И РЕГИОНАЛЬНЫХ ИННОВАЦИОННЫХ СИСТЕМ (НИАЦ МИИРИС) www.miiris.ru ИННОВАЦИОННЫЙ ДАЙДЖЕСТ 4 — 11 февраля 2008 г. Москва / 2008 ИННОВАЦИОННЫЙ ДАЙДЖЕСТ Содержание Вкратце Инфраструктура НИС Развитие составляющих инфраструктуры Производственно-технологическая Финансовая Информационная Кадровая Регионы Государственная инновационная политика Федеральный уровень Региональный уровень...»

«СОВМЕСТНЫЙ ДОКЛАД О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ РОССИЙСКО-АМЕРИКАНСКОЙ ПРЕЗИДЕНТСКОЙ КОМИССИИ Сеул, 26 марта 2012 года Оглавление 1-2 Введение 1 3-6 Рабочая группа по политической координации 2 7 Рабочая группа по ядерной энергетике 3 8-11 и ядерной безопасности Рабочая группа по контролю над вооружениями 4 12 и международной безопасности Рабочая группа по борьбе с терроризмом 5 13-15 Рабочая группа по противодействию 6 16- незаконному обороту наркотиков Рабочая группа по развитию деловых связей 7 20- и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой энергетики _Ю.В. Мясоедов _2012 г. МЕТАЛЛЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ для специальности 140101.65 – Тепловые электрические станции Составитель: В.В.Соловьев Благовещенск 2012 г. СОДЕРЖАНИЕ Аннотация Рабочая программа дисциплины 1. Учебная программа...»

«www.koob.ru М. Норбеков, Ю. Хван Энергетическое здоровье От авторов Уважаемые читатели! Вы держите в руках эту книгу, не подозревая, что, собственно говоря, сами подтолкнули нас к скорейшему ее написанию. Первые наши две публикации — Уроки Норбекова и Тренировка тела и духа — вызвали огромную волну читательского интереса, которая захлестнула нас потоками писем, говорящих о том, что освоенные горизонты вам стали откровенно малы. Нам стало ясно, что наши корреспонденты в подавляющем большинстве...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой энергетики _Ю.В. Мясоедов _2012 г. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ И ЭЛЕКТРОПРИВОД УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ для специальности 140106.65 – Энергообеспечение предприятий Составитель: Ю.В. Мясоедов, проф., канд. техн. наук Благовещенск 2012 г. Министерство образования...»

«Глава 6. Глобальные проблемы. 6.1 Проблемы цивилизации. Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация достигла поразительных высот и в то же время оказалась на краю пропасти. К общепланетарным проблемам относятся: бурный рост населения; обострение энергетического кризиса; нехватка продовольствия и нищета в слаборазвитых странах; эскалация этнических конфликтов и малые войны; возникновение эпидемий; разгул бандитизма и терроризма; религиозные конфликты; кризис культуры, нравственности,...»

«Я.М. Щелоков ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ Том 2 Электротехника Справочное издание Екатеринбург 2011 Я.М. Щелоков ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ Том 2 Электротехника Справочное издание Екатеринбург 2011 УДК 536 ББК 31.32 Щ 46 Рецензент В.Г. Лисиенко, заведующий кафедрой Автоматика и управление в технических системах УрФУ, заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат премии Правительства РФ, доктор технических наук, профессор Я.М. Щелоков Энергетическое обследование: справочное издание: В 2-х...»

«РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА ДЛЯ СТРАТЕГИЙ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СОДЕРЖАНИЕ Вступительное слово Руководителя Росгидромета А.И. Бедрицкого 4 Введение 6 1.Наиболее актуальные для России направления исследования изменений климата 8 2.Оценка антропогенного влияния на изменения климатической системы 17 3.Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010-2015 гг. и их влияния на отрасли экономики России 80 4.Предложения по учету факторов...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан факультета Энергетики и электрификации _ А.В. Винников __ 20 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ФИЗИКА для профиля подготовки 140400.62 Электроснабжение Факультет, на котором Энергетики и электрификации проводится обучение Кафедра-разработчик ФИЗИКИ Дневная форма обучения Заочная...»

«Федеральное агентство по образованию АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОУВПО АмГУ УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой АТППиЭ А.Н.Рыбалев 2007 г. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Моделирование систем для специальности 22.03.01 – Автоматизация технологических процессов и производств Составитель: А.А. Степанова Благовещенск 2007 г. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Печатается по решению редакционно-издательского совета энергетического факультета Амурского...»

«Энергетический бюллетень Тема выпуска: Инвестиции в ТЭК Ежемесячное издание Выпуск № 14, июнь 2014 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ Выпуск № 14, июнь 2014 Содержание выпуска Вступительный комментарий 3 Ключевая статистика 4 По теме выпуска Долгосрочные инвестиции в ТЭК России 10 Инвестиции в ТЭК: кто оплачивает развитие? 14 Обсуждение Севморпуть как перспективный маршрут торговли энергоресурсами 18 ТНК и международные споры в энергетике 23 Обзор новостей Выпуск подготовлен авторским коллективом под...»

«220400.62:01 ПРОГРАММА ИТОГОВОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АТТЕСТАЦИИ 1. Цели итоговой государственной аттестации Целями итоговой государственной аттестации являются проверка и оценка степени освоения общекультурных и профессиональных компетенций в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по данному направлению подготовки, наличия у студентов знаний и навыков по проектированию, созданию, исследованию и эксплуатации сложных систем автоматического и автоматизированного управления на технологических объектах...»

«Кэрролл Ли. Книга VII. Письма из Дома. Послания любви от твоей Семьи //ООО Издательский Дом София, Москва, 2005 ISBN: 5-9550-0831-4 FB2: “mrholms ” mrholms@mail.ru, 2009-04-12, version 2 UUID: B57D912A-DBB5-4D4D-BA65-0AB2D53E8106 PDF: fb2pdf-j.20111230, 13.01.2012 Крайон Письма из Дома. Послания любви от твоей Семьи (Книга #7) Большая часть этой книги состоит из записей бесед Крайона с учениками, проводившихся в разных городах и странах на рубеже тысячелетий. Среди затрагиваемых тем: что собой...»

«Содружество Независимых Государств и Европейский союз. Статистические сравнения: Стат. Сб./ Межгосударственный статистический комитет СНГ, 2008 – 208 с. В сборнике представлены наиболее важные показатели по широкому кругу социально-экономической статистики, характеризующие развитие стран Европейского союза и Содружества Независимых Государств и дающие основу для их сравнительного анализа и сотрудничества между обоими регионами в области экономического и социального развития. Публикация...»

«неофициальная редакция ГОСТ Р 51388-99 УДК 621:006.354 Группа Е01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Энергосбережение ИНФОРМИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ОБ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗДЕЛИЙ БЫТОВОГО И КОММУНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Общие требования Energy conservation. Informing of consumers about energy efficiency of equipment in the residential sector. General requirements ОКС 01.110 ОКСТУ 3103, 3104, 3403 Дата введения 2000—07—01 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН ФГУ Российское агентство энергоэффективности...»




 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.