СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗРЕЖЕНИЯ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ БАРАБАННОГО КОТЛА

Полезная модель относится к системам управления паровыми котлами и может использоваться для улучшения качества регулирования разрежения в верхней части топки барабанных котлов.
Широко известна система автоматического регулирования разрежения в верхней части топки барабанного котла [Клюев А.С, Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования барабанных паровых котлов. - М: Энергоатомиздат, 1985. С. 206-219] содержащая барабанный котел с топкой и установленным в верхней части топки котла датчиком разрежения, направляющий аппарат дымососа, изменяющий количество удаляемых из топки газов, задатчик разрежения и регулятор, изменяющий угол поворота направляющего аппарата дымососа.
Недостатком этой системы является статическая и динамическая ошибка регулирования, невозможность работы в условиях изменения параметров объекта.
Известна так же система робастного регулирования разрежения [Еремин Е.Л., Теличенко Д.А. Адаптивное и робастное управление. - Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2009.], содержащая объект управления, датчик разрежения, регулирующие устройства, коммутирующую и управляющую аппаратуру, исполнительные механизмы и регулирующие органы.
Недостатками такой системы является сложность построения робастного регулятора и присутствие в некоторых режимах статической ошибки.
Прототипом предлагаемого решения является система автоматического регулирования разрежения в верхней части топки барабанного котла [Патент RU 40437 МПК F22B 35/00, 2006.01], содержащая барабанный паровой котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, последовательно соединенные регулятор разрежения, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу барабанного парового котла и удаляющий дымовые газы из его топки, задатчик разрежения, выходом подключенный к первому входу регулятора разрежения, к второму входу которого подключен выход датчика разрежения, корректирующий блок, включенный между выходом регулятора разрежения и входом регулирующего блока и связи между ними.
Недостатком этой системы является плохое качество работы при отклонении параметров объекта, например в случае изменения режима работы котла и процесса горения (качество и количество топлива), а так же при перекрестном действии со стороны регулятора общего воздуха (работающего на поддержание заданного КПД).
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 барабанный котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, регулирующий блок, позволяющий изменять частоту вращения соединенного с ним дымососа, который в свою очередь присоединен к газоходу барабанного котла для удаления дымовых газов из его топки, задатчик разрежения, дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента (зона нечувствительности), первого интегратора, второго умножителя, и, стабилизирующее устройство, состоящее из второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора.
При этом выход задатчика разрежения связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика разрежения. Вход датчика разрежения связан с топкой барабанного котла, который в свою очередь связан с дымососом, производительность которого можно регулировать за счет соединенного с ним регулирующего блока. Третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства. Выход адаптивного регулятора связан с входом стабилизирующего устройства и входом регулирующего блока. Первый вход адаптивного регулятора связан с первым входом первого сумматора, второй вход адаптивного регулятора связан со 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 является выходом адаптивного регулятора. Вход стабилизирующего устройства связан с выходом адаптивного регулятора и является 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 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: дымососа 1, барабанного котла 2, датчика разрежения 3, задатчика разрежения 4, регулирующего блока 5, адаптивного регулятора 6, стабилизирующего устройства 7.
Блок-схема адаптивного регулятора 4, представленная на фиг.2, состоит из: первого сумматора 8, первого умножителя 9, нелинейного элемента типа зона нечувствительности 10, первого интегратора 11, второго умножителя 12.
Блок-схема стабилизирующего устройства 7, представленная на фиг. 3 состоит из: второго сумматора 13, первого блока задания коэффициентов 14, второго интегратора 15.
Обобщенным объектом регулирования является последовательно связанные регулирующий блок, дымосос, барабанный котел и датчик разрежения, имеющий математическое описание в виде передаточной функции:
a
где y(p) - скалярный выход объекта; u(p) - скалярное управление; p=d/dt - оператор дифференцирования; τ=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; (p) и b(p) - гурвицевы полиномы.
Стабилизирующее устройство описывается передаточной функцией вида:
где q(p) - выход стабилизирующего устройства, K>0, T>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.
Адаптивный регулятор описывается уравнением:
где r - сигнал с выхода задатчика разрежения, 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.
4
3
2
7
6
6
5
Выходной сигнал U=r задатчика разрежения 4 поступает на первый вход адаптивного регулятора 6. На второй вход адаптивного регулятора 6 поступает сигнал U=y с выхода датчика разрежения 3, на вход которого подается сигнал U с выхода барабанного котла 2, связанного с дымососом 1 и регулирующим блоком 5. На третий вход адаптивного регулятора 6 подается сигнал U=q с выхода стабилизирующего устройства 7, на вход которого поступает сигнал U=u с выхода адаптивного регулятора 6. Выход адаптивного регулятора 6 в виде сигнала U=u подается на вход регулирующего блока 5. С выхода регулирующего блока 5 сигнал U поступает на вход дымососа 1, соединенного с барабанным котлом 2, на который может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям
8
4
9
10
11
4
12
6
На фиг. 2 первый сумматор 8 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 9, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U=e·r с выхода первого умножителя 9 подается на вход нелинейного элемента 10. Сигнал U=θ с выхода нелинейного элемента 10 подается на первый интегратор 11, где интегрируется и в виде U=c поступает на первый вход второго умножителя 12, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U с выхода второго умножителя 12 является выходом адаптивного регулятора U=u.
6
14
7
13
На фиг. 3 вход стабилизирующего устройства U=u подается на первый вход второго сумматора 13, на второй вход которого подается сигнал с выхода второго интегратора 15, который в свою очередь формируется путем интегрирования сигнала U=U=q с постоянным коэффициентом 1/K, Сигнал с выхода второго сумматора U подается на вход первого блока задания коэффициентов 14, в котором он умножается на коэффициент K/T, так что блоки 13, 14 и 15 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.