Найдем сумму столбца 4:

Определим площадь по формуле

(мин). (3.1)

Рисунок 3.3 - Вспомогательная функция

Строим вспомогательную функцию . /Значения берем из таблицы 3.1/

Выберем шаг и заполним таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Расчетные данные

Подсчитаем сумму столбцов 4, 6 и 7

 (3.2)

(3.3)

(3.4)

Определим интегральные площади

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Площадь оказалась отрицательной; следовательно ее отбрасываем. Тогда структуру передаточной функции выбираем вида:

(3.8)

где: ;

(3.9)

Переходная кривая характеризуется наличием транспортного запаздывания .

Поэтому передаточную функцию объекта выбираем как произведение двух передаточных функций: , соответствующей запаздыванию и , соответствующей функции , для которой за начало отсчета принято время . Тогда передаточная функция объекта запишется так:

(3.10)

Результаты расчета величины погрешности сведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Величина погрешности расчета.

Расчет погрешности производился по формуле (3.11):

(3.11)

Вывод: Максимальная погрешность составила : , что ниже допустимой в 5%. Можно сделать вывод о том, что в данном случае метод интегральных площадей позволил найти точную передаточную функцию.

3.2 Выбор закона регулирования

Под выбором закона регулирования подразумевается выбор простейшего наиболее дешевого и простого в эксплуатации регулятора, обеспечивающего при различных возмущениях в заданных пределах динамическую ошибку, время регулирования и статическую ошибку. Следовательно, тип регулятора любой автоматической системы может быть определен либо по 3-м из этих показателей, либо по некоторым из них.

Тип автоматического регулятора (закон регулирования) выбирается с учетом свойств объекта регулирования и заданных параметров качества переходного процесса. К качеству регулирования каждого конкретного технологического процесса, имеющего присущие только ему особенности, предъявляются конкретные требования; в одних случаях оптимальным или заданным может служить процесс, обеспечивающий минимальное значение динамической ошибки регулирования, в других - минимальное значение времени регулирования, и т.д.

В данном случае это требование будет заключаться в минимальном значении времени регулирования. Для этого заранее выбирают в соответствии с требованиями технологии один из типовых переходных процессов:

Граничный апериодический.

С 20% перерегулированием.

С минимальной квадратичной площадью отклонения (40-45% перерегулирования.)

Выбор регулятора осуществляют в следующей последовательности.

Сначала проверяют - сможет ли простейший регулятор (И-регулятор) обеспечить заданное качество регулирования. Если да, то переходят к определению параметров его настройки. Если нет, то последовательно рассматривают регуляторы, имеющие более сложные законы. Выбор заканчивают, когда найден регулятор, обеспечивающий заданное качество регулирования. Затем находят значения параметров настройки этого регулятора.

Подбор регулятора начинают с определения максимального динамического отклонения регулируемой величины в замкнутом контуре - у1. При этом должны соблюдаться условия

, (3.12.)

где - максимально допустимое в системе регулирования динамическое отклонение выходной величины.

Для устойчивых объектов величина у1 определяется по равенству:

(3.13)

где - динамический коэффициент регулирования в системах с устойчивыми объектами;

- коэффициент передачи объекта по каналу регулирующего воздействия;

- регулирующее воздействие.

По значениям , определенным сначала для И - регулятора, по равенству (3.13) вычисляют значение у1 и сравнивают их с допустимым по условию. При удовлетворении этого условия И - регулятор проверяют на время регулирования . Если он не обеспечивает заданного динамического отклонения регулируемой величины в заданном контуре или необходимое время регулирования, то последовательно проверяют более сложные законы регулировании до удовлетворения условию (3.12).

В случае выбора П - регулятора дополнительно проверяют величину статической ошибки регулирования на соблюдения неравенства:

(3.14)

Статическую ошибку регулирования определяют по равенству:

(3.15)

Здесь - относительная величина статической ошибки регулирования, равные соответственно при и .

Проверку регуляторов на время регулирования выполняют в соответствии с условием:

(3.16)

где - заданное максимально допустимое время регулирование.

Значения , при которых в системе обеспечивается протекание заданного типового переходного процесса, находят по графикам.

Ориентировочно характер действия регулятора определяют по величине соотношения .

Если - позиционный регулятор.

Если - регулятор непрерывного действия.

Если - то выбирается многоконтурная система регулирования.

Для определения типа регулятора берем передаточную функцию 3-го порядка, полученную методом интегральных площадей :

(3.17)

Чтобы определить постоянные времени Т, найдем корни знаменателя передаточной функции:

Запишем знаменатель в виде :

Выделим единицу в каждой скобке и определим постоянные времени Т:

мин. мин. мин.

Выбираем максимальное Т = 2,2831 мин.

Определим характер действия регулятора:

(3.18)

Следовательно, выбираем регулятор непрерывного действия, так как: .

Теперь определим закон регулирования. Для того чтобы процесс был апериодический с минимальным временем регулирования воспользуемся следующими динамическими свойствами:

постоянная времени мин.;

время запаздывания мин;

коэффициент передачи объекта ;

однократное ступенчатое возмущение, приложенное к объекту .

К качеству процесса регулирования предъявим следующие требования:

1. Максимальное отклонение уровня в барабане не должно превышать 15 мм, т.е. .

2. Максимальное время регулирования мин.

Проверяем сначала И-регулятор на максимальное отклонение.

По номограмме для апериодического переходного процесса изображенной на рисунке 3.5 при = 0,4818 определяем = 0,88.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам И-регулятор:

Так как условие не выполняется, следовательно И-регулятор не подходит.

Проверяем П-регулятор на максимальное отклонение.

По рисунку 3.5 при = 0,4818 определяем = 0,7.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам П-регулятор:

Так как условие не выполняется, следовательно П-регулятор не подходит.

Проверяем ПИ-регулятор на максимальное отклонение.

По номограмме при = 0,4818 определяем = 0,63.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам ПИ-регулятор:

Так как условие выполняется, следовательно ПИ-регулятор подходит.

Проверяем ПИ-регулятор на время переходного процесса.

По номограмме для апериодического переходного процесса изображенной на рисунке 3.6 при = 0,4818 определяем = 4,61.

Следовательно (мин).

По условию (3.16) проверяем, подходит ли нам ПИ-регулятор по времени переходного процесса.

tp = 5,07 мин < tр.доп = 16 мин.

Так как условие выполняется, следовательно, для данного объекта выбираем ПИ-регулятор.

3.2 Расчет настроечных параметров регулятора методом расширенных АФЧХ и выбор оптимальной настройки

Система обладает определенной степенью устойчивости, если все ее корни находятся левее некоторой прямой, проведенной в левой полуплоскости параллельно мнимой оси на расстоянии от нее. Величина характеризует интенсивность затухания процесса, численно равна абсолютному значению действительной части корня характеристического уравнения и называется степенью устойчивости процесса системы. Степень колебательности переходного процесса m характеризует затухание его колебательных составляющих, численно равна абсолютному значению отношения действительной части к коэффициенту мнимой части корня характеристического уравнения с наименьшим абсолютным значением этого отношения.

, (3.19)

Степенью затухания называют отношение разности двух соседних амплитуд к первой из них. Ее можно выразить через степень колебательности процесса:

(3.20)

где - логарифмический декремент затухания колебаний.

Степень затухания рассматриваемой составляющей процесса будет определяться значением тангенса этого угла. Если корень характеристического уравнения этой системы будет лежать в плоскости комплексного переменного на линии АОВ, то степень затухания будет постоянной (в соответствии с рисунком 3.7).

Выражение передаточной функции звеньев, для которых находится на линии АОВ, называется расширенной АФЧХ:

(3.21)

Если m = 0, то РАФЧХ совпадает с линией АОВ и совмещается с мнимой осью, следовательно, АОВ - мнимая ось, а система находится на границе устойчивости.

При расчете устойчивости системы используется соотношение

(3.22)

Для ПИ-регулятора это соотношение будет иметь вид:

(3.23)

Построив в плоскости настроечных параметров регулятора линию, равную степени колебательности, выбираем на ней различные точки с конкретными значениями параметров регулятора, обеспечивающими оптимальный процесс регулирования.

Рассчитаем систему автоматического регулирования на заданную степень затухания:

Передаточная функция объекта:

(3.24)

Путем замены определим РАФЧХ объекта , разлагая на действительную и мнимую части:

(3.25)

где: - расширенная действительная частотная характеристика объекта;

- расширенная мнимая частотная характеристика объекта;

Общий вид передаточной функции:

(3.26)

Получим РАФЧХ для объекта:

(3.27)

(3.28)

Помножим на сопряженное число, на экспоненциальную часть помножим отдельно:

(3.29)

Выделим реальную и мнимую части

(3.30)

(3.31)

Домножая полученную передаточную функцию на экспоненциальное звено, получим

(3.32)

Или:

(3.33)

(3.34)

РАФЧХ для ПИ-регулятора:

(3.35)

По таблице 2.2 из методического пособия «Параметрический синтез локальных систем автоматического управления»:

(3.36)

(3.37)

Исходя из условия (3.22) имеем:

??????????????????????????????????????????????? (3.38)

Проводя соответствующие преобразования, получаем систему уравнений:

(3.39)

Решаем систему уравнений относительно и .

(3.40)

(3.41)

4. Решаем систему уравнений с двумя неизвестными, в качестве которых выбираем и . Из того же методического пособия из таблицы 2.1 имеем:

(3.42)

(3.43)

Подбирая степень колебательности и подставляя различные частоты от 0 до значения, при котором становится отрицательным, строим зависимость

Рисунок 3.8 - Линия равной степени затухания процесса регулирования (в соответствии с рисунком 3.8).

Выбираем на этой линии различные точки с конкретными значениями и и строим различные переходные процессы на возмущение с получаемыми настроечными параметрами в программе «SamSim». Зная соотношения: , , можем найти настройки регулятора и, по которым будем строить переходные процессы.

Для того, чтобы построить реакцию на возмущение построим схему контура регулирования в программе.

1.,

Интегральная оценка: I = 578,55. Время регулирования: 19,66 мин.

2. ,

Интегральная оценка: I = 567,01. Время регулирования: 15,5 мин.

,

Интегральная оценка: I = 628,32. Время регулирования: 23,27 мин.

Определим качество регулирования:

1. Время регулирования мин.

2. Перерегулирование - максимальное отклонение регулируемой величины в переходный период:

(3.43)

%

3. Время достижения первого максимума : мин.

4. Число колебаний : N = 0

Колебательность :

% (3.43)

так как , то m=0.

5. Интегральная оценка : . Получим: I=567,01.

Степень затухания:

(3.44)

Построение кривой интегральной оценки:

Точки взятые для построения на линии равной степени затухания (в соответствии с рисунком 3.13) сведены в таблицу 3.4:

Таблица 3.4 - Интегральная оценка

4. Анализ существующих систем автоматизации

Регулирование основных процессов на котлоагрегатах осуществляется с помощью микропроцессорных программируемых приборов Протар. На каждый регулятор установлено по одному или двум приборам. На вход прибора подаются токовые (0-5 мА) сигналы с датчиков. В комплекте с термоэлектрическими преобразователями и термометрами сопротивления работают блоки усиления (БУС-10, БУТ-10), для формирования на выходе токовых сигналов, так как Протар работает только с унифицированными сигналами. С помощью заданной программы он выдает регулирующее воздействие, которое в последствие усиливается блоком усиления и подается на исполнительный механизм. Для автоматического регулирования котлоагрегатов установлено: 7 приборов Протар для одного котла БКЗ 75/39ФБ и 7 приборов для одного котла КВ-ТК-100. Названия регуляторов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Список приборов группы автоматики

4.1 Описание систем автоматического регулирования парового котла БКЗ-75/39ФБ

Регулятор тепловой нагрузки.

Регулятор тепловой нагрузки предназначен для автоматического поддержания тепловой нагрузки котла в соответствии с заданием, устанавливаемым оператором-технологом. Основной регулируемой величиной является сигнал по теплу, формируемые программным образом в ПРОТАРе на основе входных сигналов - расхода и давления перегретого пара на выходе из котла и давления насыщенного пара в барабане котла.

2. Регулятор общего воздуха.

Автоматическая система регулирования расхода общего воздуха предназначена для обеспечения оптимального процесса сжигания топлива.

Регулятор разрежения в топке.

Регулятор разрежения предназначен для поддержания постоянного заданного значения разрежения в топке. Входной сигнал регулятора - разрежение в топке. Текущее значение разрежения сравнивается с заданным значением разрежения. По сигналу рассогласования между ними с помощью импульсного ПИ-алгоритма формируется сигналы управления исполнительным электрическим механизмом, соединенным с направляющим аппаратом дымососа. Тем самым изменяется производительность дымососа и разрежение в топке.

Регулятор температуры перегретого пара.

Регулятор температуры перегретого пара предназначен для стабилизации температуры перегретого пара на заданном уровне путем изменения расхода охлаждающей воды через пароохладитель. Входные цепи регулятора выполнены обычным способом, с воздействием на клапан расхода охлаждающей воды.

Регулятор питания.

Регулятор питания предназначен для поддержания уровня воды в барабане котла путем воздействия на регулирующий клапан расхода питательной воды. Уровень воды в барабане является показателем материального баланса между расходом питательной воды на котел и расходом перегретого пара из котла. Основной регулируемой величиной регулятора питания служит уровень воды в барабане котла. Импульсный выходной сигнал регулятора через блок ручного управления БУ-21 поступает на усилитель ПБР-2М, который управляет исполнительным электрическим механизмом клапана расхода питательной воды.

6. Температура пылевоздушной смеси (аэросмеси).

Регулятор предназначен для подддержания на заданном уровне значения температуры смеси угольной пыли, воздуха и дымовых газов. Для каждой мельницы устанавливается один регулятор температуры аэросмеси, таким образом общее их сило равно 2. В соответствие с импульсным ПИ-алгоритмом формируются импульсные сигналы управления исполнительными механизмами, связанными с клапанами на трубопроводах дымовых газах рециркуляции (после дымососа рециркуляции) соответствующих мельниц.

4.2 Описание систем автоматического регулирования водогрейного котла КВ-ТК-100

1. Главный регулятор.

Основная функция главного регулятора - формирование текущего значения задания для регулятора тепловой нагрузки в зависимости от значения температуры наружного воздуха. По сигналу рассогласования требуемого и текущего значения температуры воды, подаваемой в теплосеть, вырабатывается аналоговый сигнал, используемый в качестве задания для регулятора тепловой нагрузки. Резервное ручное управление заданием тепловой нагрузки котла осуществляется с помощью задатчика ЗУ-11.

2. Регулятор температуры аэросмеси за мельницей.

Регулятор предназначен для поддержания на заданном уровне значения температуры смеси угольной пыли, воздуха и дымовых газов. Для каждой мельницы устанавливается один регулятор температуры аэросмеси, таким образом общее их сило равно 4. В соответствие с импульсным ПИ-алгоритмом формируются импульсные сигналы управления исполнительными механизмами, связанными с клапанами на трубопроводах дымовых газах рециркуляции (после дымососа рециркуляции) соотвествующих мельниц.

3. Регулятор тепловой нагрузки.

Регулятор тепловой нагрузки предназначен для автоматического управления тепловой нагрузкой котла. Регулятор обеспечивает выявление рассогласования между нагрузкой, снимаемой в данный момент с котла и нагрузкой, получаемой в качестве задания от главного регулятора, или внешнего задатчика.

После вычисления рассогласования регулятор воздействует на станции бесступенчатого регулирования (СБР) - этим самым, увеличивая или уменьшая нагрузку котла.

Регулятор общего воздуха.

Этот регулятор предназначен для обеспечения оптимального процесса горения угольной пыли. Входным сигналом является расход воздуха. Регулятор воздействует непосредственно на электродвигатель дутьевого вентилятора тем самым, изменяя его производительность.

Регулятор разрежения в топке.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины разрежения в топке при всех изменениях режимов работы котла. Текущее значение разрежения в топке сравнивается с заданным значением и по ПИ-алгоритму формируются сигналы управления электрическим исполнительным механизмом, соединенным с направляющим аппаратом дымососа ДС. Тем самым изменяется производительность дымососа и разрежения в топке.

Регулятор кислорода.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины содержания кислорода в дымовых газах. Корректирующий сигнал вырабатывается по величине разности между текущим и заданным значением содержания кислорода, который воздействует непосредственно на электродвигатель дутьевого вентилятора тем самым, изменяя его производительность.

5. Выбор технического обеспечения

5.1 Описание внедряемой системы диспетчеризации

5.1.1 Назначение и конфигурация системы

Система выполняет следующие основные технологические задачи:

- оперативный контроль (мониторинг) технологического процесса;

- автоматическое регулирование технологических параметров;

- постоперативный контроль качества эксплуатации оборудования;

- диагностику состояния наиболее теплонапряженных элементов поверхностей

нагрева.

Система состоит из рабочих станций различного функционального назначения (рис. 5.1.), которые объединены между собой локальной вычислительной сетью Ethernet (100 Mбит/с, протокол TCP/IP). Каждая из станций передает информацию об изменениях технологических параметров с дискретностью 0,1 с остальным абонентам системы. Технические средства системы размещены в двух напольных шкафах и обслуживают одновременно два паровых котла БКЗ-75/39Фб производительностью 75 т/час и три водогрейных котла КВ-ТК-100 производительностью 100 Гкал/час. В данной реализации применены следующие типы рабочих станций:

Станция оператора обеспечивает ввод сигналов с модулей удаленного ввода-вывода ICP CON-7000, а также прием сигналов с резервированного комплекса многофункционального контроллера (РК МФК), мониторинг технологического процесса. Она базируется на промышленном компьютере Advantech IPC-510-SYS1, который вместе с монитором 19" LG TFT 1910P, функциональной клавиатурой и манипулятором мышь устанавливается на рабочем столе операторов группового щита управления. Используется операционная система Windows 2000. Специализированное программное обеспечение - SCADA-система Trace Mode Professional v5.12.

Инженерная рабочая станция (1 станция на 2 котла БКЗ-75/39 ФБ и на 3 водогрейных котла КВ-ТК-100) представляет собой полномасштабную рабочую станцию, построенную на основе промышленного компьютера Advantech IPC-510-SYS1, позволяющую в полном объеме выполнять все функции станции оператора, в том числе осуществлять «подхват» при ее отказе. Также инженерная станция осуществляет ведение системных и технологических протоколов, архивирование истории процесса, санкционированную модификацию баз данных (уставок, параметров настройки регуляторов, конфигураций, паролей и т.п.) и мнемосхем в режиме реального времени, хранение резервных копий программного обеспечения с возможностью их загрузки на все рабочие станции системы. Станция располагается на рабочем столе операторов группового щита управления. Все рабочие станции ИУС запитываются через источники бесперебойного питания Powercom KIN 800AP.

5.1.2 Ввод сигналов

1. Информационная подсистема.

Информационная подсистема состоит из:

120 аналоговых и 90 дискретных сигналов водогрейных котлов КВ ТК-100.

124 аналоговых и 64 дискретных сигналов парогенераторов БКЗ 75/39 ФБ.

Причем все сигналы парогенераторов, а также и все дискретные сигналы котлов КВ-ТК-100 подаются на резервированный комплекс МФК и обрабатываются программой, откуда по сети Ethernet рассылаются на станциии (см. рис 5.1. «Схема системы диспетчеризации»). Оставшиеся 120 аналоговых сигналов КВ-ТК-100 подаются на модули удаленного ввода информации серии ICP CON 7000. Устанавливаются 8 модулей I-7017 --для ввода токовых сигналов; 8 модулей I-7015 - для ввода сигналов с термосопротивлений; 2 модуля I-7019 - для ввода сигналов с термоэлектрических преобразователей (см. таблицу 5.1. «Контролируемые параметры котлов»). Модули устанавливаются рассредоточено в непосредственной близости к существующим клеммным соединениям цепей датчиков. Ввод информации от модулей в компьютер осуществляется по интерфейсу RS-485 с помощью витой пары NEOMAX NM1011 UTP2. Перед непосредственным вводом в компьютер производится преобразование в интерфейс RS-232 с помощью преобразователя интерфейсов I-7520. Подсоединение производится к COM-порту. Измерение технологических параметров выполняется в заданной последовательности и с заданным темпом. Ввод относительно «быстрых» параметров (расход, давление) производится с периодичностью 1 с, «медленных» (температурные параметры).

Таблица 5.1 - Контролируемые параметры котлов

Подобные документы

• Проектирование систем электрификации котельной с двумя котлами Е-1/9Ж в поселке Боровое Акмолинской области

  Выбор технологического оборудования и обоснование технологической схемы системы электрификации котельной с двумя котлами Е-1/9Ж. Вентиляционный и светотехнический расчет котельной. Определение общих электрических нагрузок и расчет силовой сети котельной.
  
  дипломная работа [600,2 K], добавлен 17.02.2013
  

• Проектирование производственно-отопительной котельной чугунолитейного завода в г.Чите

  Разработка тепловой схемы производственно-отопительной котельной. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования. Составление схемы трубопроводов и компоновка оборудования. Основные принципы автоматизации котельного агрегата паровой котельной.
  
  дипломная работа [293,3 K], добавлен 24.10.2012
  

• Разработка системы автоматического регулирования уровня воды в диаэраторе ДСА-300 для электрокотельной

  Технологический процесс пароснабжения с использованием электродного водогрейного котла. Назначение деаэратора ДСА-300. Разработка системы автоматического регулирования агрегата на базе современных технических средств автоматики, выбор типа регулятора.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 03.12.2012
  

• Проект реконструкции котельной Новомосковского металлургического трубного завода

  Реконструкция котельной на Новомосковском трубном заводе: определение нагрузок и разработка тепловых схем котельной, выбор основного и вспомогательного оборудования; расчет системы водоподготовки; автоматизация, обслуживание и ремонт парового котла.
  
  дипломная работа [220,0 K], добавлен 16.08.2012
  

• Проектирование котельной

  Расчет тепловой схемы отопительной котельной. Гидравлический расчет трубопроводов котельной, подбор котлов. Выбор способа водоподготовки. Расчет насосного оборудования. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта котельной. Расчет взрывных клапанов.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.05.2017
  

• Система автоматизированного регулирования режима теплового парового котла

  Элементы рабочего процесса в котельной установке. Обоснование необходимости автоматизации технологических параметров. Система автоматического регулирования и контроля питания котла, ее монтаж и наладка. Спецификация на монтажные изделия и материалы.
  
  дипломная работа [1,3 M], добавлен 01.06.2015
  

• Система автоматического регулирования разрежения в топке котла

  Сущность технологического процесса, осуществляемого в котельной установке. Описание работы схемы автоматизации. Устройство и работа составных частей. Исполнительный механизм МЭО-40. Расчет и выбор регуляторов. Выбор приборов и исполнительных устройств.
  
  курсовая работа [1023,3 K], добавлен 02.04.2014
  

• Автоматизация работы котельной

  Характеристика котельной, расположенной в г. Новый Уренгой на территории ОАО "Уренгойтеплогенерация-1". Основной вид топлива. Тяга дымовых газов. Описание схемы автоматического управления работой котла КВГМ-100. Программно-технические средства котельной.
  
  контрольная работа [464,0 K], добавлен 04.12.2014
  

• Проектирование автоматизированной котельной

  Выбор количества и типоразмера котлов для автоматизированной котельной. Описание тепловой схемы котельной. Выбор вспомогательного оборудования. Выбор сетевых, подпиточных, котловых и рециркуляционного насосов. Расчет и подбор тягодутьевого оборудования.
  
  контрольная работа [1,4 M], добавлен 02.07.2013
  

• Автоматизация процесса регулирования давления пара в барабане котла БКЗ-75-39 на ТЭЦ-7

  Анализ существующих систем автоматизации процесса регулирования давления пара в барабане котла. Описание технологического процесса котлоагрегата БКЗ-7539. Параметрический синтез системы автоматического регулирования. Приборы для регулирования параметров.
  
  дипломная работа [386,2 K], добавлен 03.12.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам