СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА БАРАБАННОГО КОТЛА

Полезная модель относится к системам автоматического управления барабанными паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования температуры, в частности температуры перегретого пара с впрыскивающим пароохладителем.
Широко известна двухимпульсная система автоматического регулирования температуры перегретого пара [Клюев А.С, Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С.94] содержащая ПИ-регулятор, дифференциатор, два датчика температуры, регулирующий клапан впрыска и связи между ними.
Недостатком этой системы является необходимость в наличии замера температуры в промежуточной точке и ее дифференцировании, а так же низкое качество работы при изменении параметров объекта.
Известна так же система адаптивного управления температурным режимом пароперегревателя [Еремин Е.Л., Теличенко Д.А., Чепак Л.В. Дискретно-непрерывная система адаптивного управления температурным режимом пароперегревателя // Информатика и системы управления. - 2004. - №1. - С.117-129], содержащая объект управления (участок ступени паропровода), исполнительный механизм впрыскивающего пароохладителя, адаптивный регулятор, задатчик, стабилизирующее устройство, датчик температуры (термопара) и связи между ними.
Недостатками такой системы является сложность основного (адаптивный регулятор с алгоритмами самонастройки) и дополнительного контура (стабилизирующее устройство) управления, которые можно упростить без существенного ухудшения качества работы.
Известна так же адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием [Патент RU 2468406 МПК G05B 13/02, 2006.01], содержащая объект регулирования, задатчик, три интегратора, четыре сумматора, один блок задания коэффициентов, два умножителя, один нелинейный элемент и связи между ними.
Недостатками такой системы является сложность основного контура управления (адаптивный регулятор с алгоритмами самонастройки) который можно упростить без существенного ухудшения качества работы.
Прототипом предлагаемого решения является система автоматического регулирования температуры перегретого пара барабанного котла [Патент RU 36720 МПК F22B 35/00, 2006.01], содержащая пароперегреватель барабанного котла с паропроводом, датчик температуры, установленный в пароперегревателе, исполнительный блок, установленный на паропроводе пароперегревателя и изменяющий количество конденсата, впрыскиваемого в паропровод пароперегревателя, задатчик температуры и регулятор температуры, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, корректирующий блок и связи между ними.
Недостатком этой системы является плохое качество работы при существенном изменении параметров объекта (нагрузка котла, шлакование топки, загрязнение поверхности нагрева, изменение температуры питательной воды, тонины помола и прочее), что имеет место для котлов высокого давления с несколькими ступенями пароперегревателей, работающих в условиях низкого качества топлива и режимах работы, отличных от нормальных.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. в улучшении качества работы в случае существенного изменения параметров объекта, при относительно простой реализации контура управления.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую пароперегреватель барабанного котла с паропроводом, датчик температуры, установленный в пароперегревателе, исполнительный блок, установленный на паропроводе пароперегревателя и изменяющий количество конденсата, впрыскиваемого в паропровод пароперегревателя, задатчик температуры, дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента типа зона нечувствительности, первого интегратора, второго умножителя, второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора, и, стабилизирующее устройство, состоящее из третьего сумматора, третьего интегратора, второго блока задания коэффициентов.
При этом выход задатчика температуры связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика температуры. Вход датчика температуры соединен с пароперегревателем. Третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства. Выход адаптивного регулятора соединен со входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного блока. Выход исполнительного блока связан с пароперегревателем. Первый вход адаптивного регулятора связан с первым входом первого сумматора, второй вход адаптивного регулятора связан с вторым входом первого сумматора, третий вход адаптивного регулятора связан с третьим входом первого сумматора. Выход первого сумматора связан с первым входом первого умножителя, второй вход первого умножителя связан с первым входом адаптивного регулятора. Выход первого умножителя связан с входом нелинейного элемента типа зона нечувствительности. Выход нелинейного элемента связан с входом первого интегратора. Выход первого интегратора связан с первым входом второго умножителя, второй вход первого умножителя связан с первым входом адаптивного регулятора. Выход второго умножителя связан с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора связан с выходом второго интегратора. Выход второго сумматора связан с входом первого блока задания коэффициентов, выход первого блока задания коэффициентов связан с входом второго интегратора и с выходом адаптивного регулятора. Вход стабилизирующего устройства связан с выходом адаптивного регулятора и первым входом третьего сумматора, второй вход третьего сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов. Выход третьего сумматора связан с входом третьего интегратора, выход третьего интегратора связан с входом второго блока задания коэффициентов и с выходом стабилизирующего устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок схема системы автоматического регулирования, на фиг.2 показана блок схема адаптивного регулятора, а на фиг.3 показана блок схема стабилизирующего устройства.
Блок схема системы автоматического регулирования, представленная на фиг.1 состоит из: пароперегревателя 1, датчика температуры 2, задатчика температуры 3, адаптивного регулятора 4, стабилизирующего устройства 5, исполнительного блока 6.
Блок-схема адаптивного регулятора 4, представленная на фиг.2 состоит из: первого сумматора 7, первого умножителя 8, нелинейного элемента типа зона нечувствительности 9, первого интегратора 10, второго умножителя 11, второго сумматора 12, первого блока задания коэффициентов 13, второго интегратора 14.
Блок-схема стабилизирующего устройства 5, представленная на фиг.3 состоит из: третьего сумматора 15, третьего интегратора 16, второго блока задания коэффициентов 17.
Пароперегреватель совместно с исполнительным блоком и датчиком температуры может быть описан в виде передаточной функции:
где y(f) - скалярный выход; u(t) - скалярное управление; p=d/dt - оператор дифференцирования; τ=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; а(p) и b(p) - гурвицевы полиномы.
Стабилизирующее устройство описывается передаточной функцией вида:
1
1
где q(t) - выход стабилизирующего устройства, K>0, T>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.
Адаптивный регулятор состоит из линейной и нелинейной части:
L
где g(t) - выход нелинейной части; W(p) - передаточная функция линейной части адаптивного регулятора, которая имеет вид:
где К>0, T>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени. Выход нелинейной части g(t) формируется следующим образом:
где r - сигнал с выхода задатчика температуры, c(t) - параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом:
где h>0 - постоянное число, определяющие настройку процесса адаптации; θ(t) - выход нелинейного элемента типа зона нечувствительности определяемый как
где e(t)=r-y(t)-q(t) - ошибка системы; Δ - величина зоны нечувствительности нелинейного элемента.
Система функционирует следующим образом.
3
2
1
5
4
4
6
Выходной сигнал U=r задатчика температуры 3 поступает на первый вход адаптивного регулятора 4. На второй вход адаптивного регулятора 4 поступает сигнал U=y с выхода датчика температуры 2, на вход которого подается сигнал U с выхода пароперегревателя 1. На третий вход адаптивного регулятора 4 подается сигнал U=q с выхода стабилизирующего устройства 5, на вход которого поступает сигнал U=u с выхода адаптивного регулятора 4. Выход адаптивного регулятора 4 в виде сигнала U=u подается на вход исполнительного блока 6. С выхода исполнительного блока 6 сигнал U поступает на вход объекта 1, на который может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям
7
3
8
9
10
3
11
13
4
12
На фиг.2 первый сумматор 7 осуществляет алгебраическое сложение с соответствующими знаками трех входов адаптивного регулятора и формирует сигнал U=e=r-y-q, который подается на первый вход первого умножителя 8, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U=е·r с выхода первого умножителя 8 подается на вход нелинейного элемента 9. Сигнал U=θ с выхода нелинейного элемента 9 подается на первый интегратор 10, где интегрируется и в виде U=c поступает на первый вход второго умножителя 11, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U=g с выхода второго умножителя 11 подается на первый вход второго сумматора 12, на второй вход которого подается сигнал с выхода второго интегратора 14, который в свою очередь формируется путем интегрирования сигнала U=U=u с постоянным коэффициентом 1/К. Сигнал с выхода второго сумматора U подается на вход первого блока задания коэффициентов 13, в котором он умножается на коэффициент K/T, так что блоки 12, 13 и 14 реализуют линейную часть адаптивного - формула (4).
4
17
1
1
15
1
1
16
5
На фиг.3 третий сумматор 15 осуществляет сложение сигналов U=u и U=q·T/К. Сигнал с выхода третьего сумматора U поступает на вход третьего интегратора, где интегрируется с постоянным коэффициентом К/T. Сигнал U=U=q с выхода третьего интегратора 16 подается на вход второго блока задания коэффициентов 17 и на выход стабилизирующего устройства, так что блоки 15, 16 и 17 реализуют стабилизирующее устройство - формула (2).
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, т.е. в улучшении качества работы в случае существенного изменения параметров объекта, при относительно простой реализации контура управления.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.