Бібліографічний опис:
Апсеметов А. Т., Аристанбаев К. Е., Есжанов І. Розробка адаптивної системи регулювання тиску пари на виході парового котла [Текст] // Технічні науки в Росії і за кордоном: матеріали II Міжнар. науч. конф. (м.Москва, листопад 2012 року). - М .: Буки-Веди, 2012. - С. 41-43. - URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/55/2660/ (дата звернення: 04.08.2019).
У сучасних умовах інтенсивного розвитку виробництва зростає актуальність створення високосовершенних адаптивних регуляторів. Це пов'язано з тим, що процеси регулювання і регульовані об'єкти безперервно ускладнюються, а час, що відводиться на їх розробку скорочується.
Регулювання процесів, що протікають в паровому котлі, можна розбити на наступні контури:
Регулювання тиску пара на виході котла. У кожен момент часу в топці котла повинно згоряти стільки палива, щоб кількість пара, що виробляється котельним агрегатом, відповідала кількості споживаного пара, тобто зовнішньої навантаженні котла. Показником такої відповідності є тиск пара на виході котла. Подача палива повинна проводитися так, щоб забезпечити постійний тиск пари на виході котла. Регулюючий вплив здійснюється за рахунок зміни положення клапана на лінії подачі, забезпеченого електроприводом.
Регулювання подачі повітря по співвідношенню «паливо-повітря». Подача повітря в топку в строго визначеному обсязі забезпечує найбільш економічний режим горіння палива. При нестачі повітря відбувається неповне згоряння палива, а не згорілий газ викидається в атмосферу, що економічно і екологічно неприпустимо. При надлишку повітря газ згорає повністю, але в цьому випадку залишки повітря утворюють двоокис азоту - шкідливе для людини і навколишнього середовища з'єднання. Тому необхідно підтримувати суворе відповідність між кількістю палива, що подається, з одного боку, і кількістю повітря, необхідного для горіння, з іншого. Регулюючий вплив здійснюється подачею сигналу на зміну положення направляючого пристрою вентилятора.
Регулювання розрідження у верхній частині топкової камери котла. Розрідження в різних зонах топкового простору котла неоднаково, внаслідок явища Самотяга розрідження у верхній частині топки зазвичай на 0,1 кПа більше, ніж у нижній. Необхідно підтримувати оптимально мінімальне розрідження у верхній частині топкової камери. Регулюючий вплив здійснюється на направляючий пристрій димососа.
Регулювання рівня води в барабані котла. Параметром, що характеризує баланс між відведенням пара і подачею води в котел, є рівень води в барабані котла. Надійність роботи котла в чому визначається якістю регулювання рівня. Регулюючий вплив здійснюється зміною положення регулюючого клапана на лінії подачі живильної води.
Паровий котел як об'єкт регулювання тиску пара, з урахуванням динаміки зміни складу топкового газу, є нестаціонарним. Динаміка зміни значення коефіцієнта надлишку окислювача полягає в тому, що склад газоподібного палива зазвичай швидко змінюється, і вибір необхідного коефіцієнта надлишку окислювача для процесу спалювання завжди буде неточним. Також при великій кількості пальників в парових котлах, коли відбувається неузгодженість або відхилення умов роботи деяких з них від оптимальних умов, що є типовим явищем промислової експлуатації парових котлів, при експлуатації котлів йдуть на свідоме завищення надлишків повітря при спалюванні палива. Обслуговуючий персонал енергоблоків або котельних установок, в силу фізичних можливостей машиністів котлів, не може усунути ці явища з постійним суворим відгуком змін режиму спалювання палива на поточні зміни режимів експлуатації котельних установок. Внаслідок чого при промисловій експлуатації котельних установок завжди спостерігаються відхилення як в бік заниження, так і в бік завищення коефіцієнтів надлишку повітря від оптимальних. Тому для визначення оптимального значення коефіцієнта надлишку окислювача існуючими аналізаторами газу, необхідно прийняти математичну модель, що враховує динаміку зміни концентрації токсичних компонентів уздовж каналу пробовідбірних пристроїв [2]. При зазначеної організації підведення палива регулюванню підлягає тиск пара в нестаціонарному нелінійному узагальненому об'єкті, що включає датчик, виконавчий механізм з запірно-регулюючим органом з нестаціонарними нелінійними характеристиками.
У даній статті пропонується адаптивне регулювання тиску пари на виході парового котла з урахуванням динамічного зміни значення коефіцієнта надлишку окислювача, обумовленого нестаціонарної концентрацією топкового газу. Регулюючий вплив здійснюється подачею сигналу на зміну положення направляючого пристрою вентилятора нагнітача повітря, а подача палива в паровий котел підтримується при постійному співвідношенні «паливо-повітря». Структурна схема системи автоматичного управління з адаптивним регулятором представлена на малюнку 1. Прийняті позначення: РЕ - датчик тиску пара, з уніфікованим струмовим сигналом на виході; QE - аналізатор концентрації токсичних компонентів в топці парового котла, що включає в себе Пробовідбірне пристрій і сам аналізатор; РС - регулятор. Для здійснення адаптивного регулювання процесу горіння в паровому котлі передбачається використання програмованого логічного контролера ОВЕН ПЛК 308, керуюча програма для якого розробляється в середовищі CoDeSys, на одній з мов стандарту МЕК 61131-3. Серед переваг контролерів ОВЕН ПЛК 308 необхідно зазначити:
контролери мають відкриту архітектуру на основі ОС Linux, що полегшує їх вбудовування в вертикально інтегровані середовища розробки;
контролери мають потужні апаратні ресурси: швидкодіючий процесор і великий об'єм оперативної (SDRAM) і незалежній (Flash) пам'яті
вбудований годинник реального часу;
можливість програмування контролерів в 2-х, найбільш поширених середовищах програмування контролерів: CoDeSys 3.x і Isagraf 5
набір готових програмних модулів, що надаються безкоштовно.
На сьогоднішній день CoDeSys (Controller Development System) - це найпопулярніший в світі апаратно незалежний комплекс для прикладного програмування промислових логічних контролерів. Основним його компонентом є середовище програмування на мовах стандарту МЕК 61131-3. Комплекс працює на комп'ютері. Програми компілюються в машинний код і завантажуються в контролер. Будь-яке завдання, яка має рішення у вигляді програми, можна реалізувати в CoDeSys. Простота і зручність саме для кінцевого користувача - це стрижнева ідея CoDeSys. Вона дозволяє користувачам, які добре знають пристрій машин, технологію відповідного виробництва, але не володіють програмуванням вирішувати численні виробничі завдання.
Мал. 1. Структурна схема оптимальної адаптивної системи
управління процесом горіння
Адаптивний регулятор відрізняється від традиційного, який, як правило, містить тільки вимірювальні пристрої та блок управління, наявністю додаткових блоків оптимального оцінювання та ідентифікації. Оптимальне керування можливо лише за умови оптимальної обробки інформації [3].
Технологія адаптивного регулювання дозволяє повністю автоматизувати процес налаштування контурів регулювання промислового об'єкта управління з різними видами і величинами запізнювання. Вона дозволяє повністю відмовитися від використання звичайних методів ідентифікації динаміки об'єкта і розрахунку оптимальних параметрів настройки регуляторів.
Це означає, що споживач, який використовує адаптивне регулювання отримує можливість:
скоротити час налаштування контурів регулювання і вимоги до кваліфікації персоналу;
гарантувати найкращу якість управління в будь-який момент часу;
забезпечити безперервний процес підстроювання параметрів регулятора під мінливі динамічні властивості об'єкта управління;
економити до 5% сировини та енергоресурсів у порівнянні з неоптимально налаштованим класичним ПІД регулятором.
Розробляються варіанти систем управління з адаптивними регуляторами, що реалізують принципи структурної та параметричної адаптації, відносяться до систем з дискретним часом. Властивості об'єкта управління, що підлягає управлінню, включаючи математичну модель, покладаються невідомими. Безперервне час розбивається на цикли, найкоротшим інтервалом часу є крок. Вхідний величиною є сигнал неузгодженості між заданою дією і вихідною величиною керованого об'єкта. Сигнал неузгодженості за допомогою алгоритмів оцінювання на основі фільтрів Калмана обробляється на кожному кроці. У блоці оптимальної ідентифікації за обраним показником, вимірюваній і обчислюваному в ході самого процесу управління, пов'язаного з якістю, точністю регулювання на кожному циклі або протягом ряду циклів, здійснюється автоматичний вибір порядку моделі оцінюваного процесу. На виході системи встановлюється екстраполятор нульового порядку, що забезпечує кусочно-постійну екстраполяцію і оновлення сигналу управління на кожному циклі. Протягом циклу положення органу управління залишається незмінним. Самоорганізація системи управління, отже, здійснюється за допомогою взаємопов'язаних прийнятих алгоритмів оцінки стану системи, фільтрації вхідної інформації, структурної та параметричної адаптації автоматично формується моделі, і, нарешті, автоматично визначаються оптимальних керуючих впливів.
Оптимальне оцінювання стану та ідентифікація параметрів і характеристик об'єкта управління реалізується на основі експериментальних даних. Оцінювання станів - це визначення поточних значень таких змінних процесу, які не можуть бути виміряні безпосередньо або можуть бути виміряні лише з великими похибками [4]. В даному випадку оцінюється значення коефіцієнта надлишку окислювача розраховане на основі даних отриманих з аналізатора газу. Алгоритми оцінювання та ідентифікації дозволяють визначати структуру моделі об'єкту і відновлювати параметри цієї моделі, тобто реалізовувати принципи як структурної, так і параметричної адаптації.
Таким чином, для регулювання тиску пара парового котла заміна традиційних методів регулювання з постійною настройкою на адаптивне регулювання на базі промислових логічних контролерів призведе до ряду важливих наслідків, а саме:
побудова алгоритму адаптивного управління, що передбачає оперативну корекцію подачі повітря з урахуванням попереднього вимірювання складу топкового газу та його обсягу, регульованого тиском пари на виході парового котла;
вплив факторів, пов'язаних зі зміною значення коефіцієнта надлишку окислювача, буде регулюватися автоматично до меж відведених керуючим впливом;
алгоритми оцінювання та ідентифікації сприяють відносній простоті програмного забезпечення регулятора, можливості його реалізації на промислових контролерів.
література:
Липів Ю. М. Котельні установки і парогенератори. - Іжевськ: Регулярна і хаотична динаміка, 2003. - 592 с.
Аристанбаев К.Є., Апсеметов А.Т .. Метод визначення концентрації оксиду вуглецю в високотемпературних процесах горіння // Автоматизація в промисловості. №8. -2012 C.60-63.
Автоматизація процесів прийняття рішень в системах управління /В.С.Сіманков, Ю.К.Лушніков, В.А.Мороз і ін .: Аналітичний огляд, 1970 - 1985 рр., N4087. - М .: ЦНІЇТЕІ, 1986. - 42 с.
Сіманков В.С., Луценко Е.В. Моделювання прийняття рішень в адаптивних АСУ складними системами на основі теорії інформації // Інформаційні технології. 1999. N2. - С. 8-14.
