WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)

На правах рукописи

Белов Михаил Вячеславович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ВОДОГРЕЙНЫМ КОТЛОМ ТЕПЛОВОЙ СТАНЦИИ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА

Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Каперко Алексей Федорович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится “” _ 2008 г. в часов. На заседании диссертационного совета Д 212.133.03 в Московском государственном институте электроники и математики (МИЭМ) (технический университет) по адресу: 109028, г.

Москва, Б. Трехсвятительский пер., д.3, зал Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ.

Автореферат разослан “” _ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.133. при МИЭМ (ТУ) кандидат технических наук Ю.Л. Леохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Согласно существующей статистики, большинство тепловых станций нуждаются в модернизации средств контроля и измерения. Состояние и технические возможности установленных ранее аппаратных средств оцениваются как удовлетворительные. Необходимость в модернизации средств управления подтверждается ухудшением экономических, экологических показателей. Современные требования, предъявляемые к объектам управления, заставляют выдвигать новые требования к качеству технологического процесса.

В связи с этими требованиями возрастает необходимость в современных, надежных системах управления, которые поддерживали бы заданную точность и быстродействие технологических процессов на объектах управления.

Радикальным решением в данной ситуации, является модернизация устаревших систем управления с использованием современных программно-технических комплексов. Использование промышленных сетей, а так же построение систем управления с использованием распределенной архитектуры, обеспечивает связность системы управления в целом. Применение контрольноизмерительных средств на основе микропроцессорных устройств с цифровой передачей данных, позволяет оптимизировать работу старого оборудования в различных режимах, и обеспечить эффективное и безопасное функционирование основного технологического оборудования в целом.

Целью работы является разработка математической и функциональной модели, информационной структуры системы управления водогрейного котла с использованием частотно-регулируемого привода и направляющих аппаратов тягодутьевых механизмов.

Для достижения поставленной цели в данной работе решены следующие задачи:

1.) исследован объект управления на примере водогрейного котла;

2.) разработана функциональная и структурные схемы системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения в топке котла;

3.) разработана модель системы управления разрежением в топке водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования;

4.) исследовано качество процесса регулирования параметра разрежения с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования и выполнено сравнение с экспериментальными данными;

5.) разработана функциональная и структурные схемы системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с применением частотнорегулируемого привода для системы регулирования параметра разрежения водогрейного котла;

6.) разработана модель системы управления разрежением в топке водогрейного котла с применением частотно-регулируемого привода и проведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными;

7.) исследована система управления разрежением в топке водогрейного котла с применением частотно-регулируемого привода для управления тягодутьевыми механизмами;

8.) выполнено сравнение полученных данных для оценки качества процессов регулирования системы управления параметра разрежения;

9.) реализованы результаты моделирования системы управления водогрейным котлом и элементов управления направляющими аппаратами и частотнорегулируемого привода тягодутьевых механизмов на тепловой станции.

Методы исследований. Решение поставленных задач выполнено на основе использования методов теории проектирования систем управления, теории автоматического управления, методов дифференциального и интегрального исчисления, теории случайной функции для оценки точности технологических процессов, статистического метода анализа точности и устойчивости технологических процессов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1.) Предложена математическая модель топки и элементов системы управления водогрейного котла.



2.) Разработана функциональная модель объекта управления водогрейным котлом с использованием направляющих аппаратов тягодутьевых механизмов системы регулирования параметра разрежения;

3.) Разработана функциональная модель объекта управления водогрейным котлом с использованием частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов системы регулирования параметра разрежения;

4.) Проведен анализ качества процесса регулирования параметра разрежения с использованием направляющих аппаратов и частотно-регулируемого привода тягодутьевых механизмов системы на основе статистического метода;

5.) Разработан программно-технический комплекс для работы теплостанции с использованием цифрового управления частотно-регулируемым приводом.

6.) Разработана информационная структура программно-технического комплекса для организации информационного обмена между операторскими станциями управления и контроллерами котла.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1.) Разработаны функциональная и структурные схемы программнотехнического комплекса АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения;

2.) Разработаны функциональная и структурные схемы программнотехнического комплекса АСУ водогрейного котла с воздействием на частотнорегулируемый привод по цифровому каналу управления системы регулирования параметра разрежения;

3.) Результаты, полученные в ходе настоящей диссертационной работы, могут быть использованы при разработке программно-технических комплексов для систем управления водогрейных котлов.

4.) Результаты исследований диссертационной работы использовались в учебном процессе кафедры «Управление и информатика в технических системах» МИЭМ в дисциплине “Теория автоматического управления”.

На защиту выносится:

1.) Структурная схема объекта – водогрейного котла с системой регулирования параметров с использованием направляющих аппаратов и частотнорегулируемого привода тягодутьевых механизмов;

2.) Математическое описание объекта – топки котла, элементов системы регулирования параметров системы - направляющих аппаратов и частотнорегулируемого привода;

3.) Функциональная и структурные схемы, ориентированные на поддержание параметра разрежения в топке водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования газо-воздушного тракта;

4.) Функциональная и структурные схемы, ориентированные на поддержания параметра разрежения в топке водогрейного котла с воздействием на частотнорегулируемый привод тягодутьевых механизмов системы регулирования газовоздушного тракта.

5.) Структурная и информационная схемы программно-технического комплекса системы управления водогрейным котлом.

Реализация результатов диссертационной работы:

В качестве практического применения системы управления тягодутьевыми механизмами поддержания параметра разрежения в топке водогрейного котла, приведен пример реализации системы управления с современным программнотехническим комплексом с использованием частотно-регулируемого привода на районо тепловой станции г.Москвы.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на научно-технических конференциях аспирантов и молодых специалистов (Москва, МГИЭМ, 2005-2008);

- на научно-технической конференции “РАО ЕЭС России” (Москва, ФГУП НИИ Теплоприбор, 2005г);

- на научно-методическом семинаре по промышленным системам управления “Автоматизация технологических процессов в энергетике” (г. Шатура, 2008г);

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в т.ч. 2 статьи входящих в список ведущих научных журналов рекомендованных ВАК, 4 тезиса докладов и материалов конференций по итогам научных мероприятий.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения, библиографии. Работа содержит 180 страниц основного машинописного текста, 80 рисунков. Список литературы состоит из 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из введения, пяти глав основного текста и заключения.

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цель работы и задачи для ее достижения, определены объект и предметы исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе: Приведен обзор о промышленных объектах управления и системах регулирования. В качестве объекта регулирования рассматривается водогрейный котел (ВК). Задача системы регулирования котлоагрегата – согласовать потоки подаваемых в котел воды, топлива и воздуха, для обеспечения требуемой теплопроизводительности котла при заданных параметрах. КПД котла в значительной мере зависит от качества процесса сгорания топлива (газа). От этого также зависит количество вредных выбросов в атмосферу. В реальных условиях в топку котла подается природный газ с примесями и воздух. Вследствие этого в процессе горения могут образовываться угарный газ, NOх и другие неблагоприятно влияющие на экологию загрязняющие вещества. Поэтому одной из принципиально важных задач является обеспечение оптимального сжигания топлива при правильном соотношении смеси воздух-газ, подаваемой в горелки. При оптимальном сгорании топлива в уходящих газах количество NOх незначительно, а СО практически отсутствует. Автоматическая система поддержания качества процесса сгорания топлива состоит из системы регулирования общего воздуха и системы регулирования разрежения. Обе системы регулируются производительностью своих тягодутьевых механизмов. Анализ систем показал что существует три способа воздействия на производительность тягодутьевых механизмов: за счет воздействия на поворотные многоосные дроссельные заслонки и шиберы (дроссельное регулирование); за счет воздействия на направляющие аппараты (смешанное регулирование); за счет изменения частоты вращения вала приводного электродвигателя (скоростное регулирование). В настоящее время возникла необходимость оснащения водогрейного котла высоконадежными и быстродействующими системами автоматики, в основе которых используются последние достижения в области микроэлектроники и программного регулирования процессов. В работе проведен анализ наиболее известных программно-технических комплексов (ПТК) промышленной автоматизации. Предложен вариант структурной схемы технического уровня программного комплекса, представленный на рисунке 1.

Рис.1. Структурная схема технического уровня ПТК Для информационного обмена предложена информационная структура ПТК, которая представлена на рисунке 2.

1 – прием сигналов от датчиков, 2 – команды на исполнительные устройства, 3 – текущая информация для оператора, 4 – команды ручного управления, 5 – сбор архивной технологической информации, 6 – информация об ошибках технических средств, 7 – текущие сигналы и параметры контроллеров для наладчиков, 8 – команды изменения настроек, 9 – архивирование действий персонала, 10 – графики, 11 – представление оператору текущих событий, 12 – анализируемая архивная информация, 13 – информация для расчетов, 14 – распечатка протоколов и ведомостей, 15 – информация для руководителей, 16 – обмен информацией между АСУ ТП и АСУ П, 17 – единое время (ко всем абонентам), 18 – обмен информацией между контроллерами.

В результате анализа автоматизированных систем управления процессами выработки тепла, реализуемыми водогрейными котлами, были выявлены основные способы регулирования производительности тягодутьевых устройств, и элементы системы управления, для поддержания оптимального соотношения "топливо-воздух", косвенно отражающего его экономичность процесса сжигания топлива. Для обеспечения наилучшего способа поддержания процесса горения в топке котла, необходимо разработать математическую и функциональную модель топки водогрейного котла осуществить выбор элементов системы управления тягодутьевыми механизмами, оценить качество регулирования параметра разрежения системы водогрейного котла. Для взаимодействия программно-технического комплекса с системой управления водогрейным котлом, необходимо определить круг задач для информационного обеспечения между контроллерами котла и элементами верхнего уровня автоматизированной системы управления.

Вторая глава посвящена математическому описанию объекта управления водогрейного котла. Рассматриваемый технологический объект управления (ТОУ) и система его автоматизированного управления относятся к классу динамических систем (ДС). В основе дифференциальных уравнений, описывающих ДС, лежат уравнения сохранения вещества и энергии для нестационарного режима, уравнения материального и теплового баланса. На рисунке 3, схематично представлен исследуемый объект водогрейный котел в частности топка котла.

Fсеч- поперечное сечение топки котла, Ho – условно объем топки, K- клапан, Gстоквыход объекта, Gпр- вход объекта, - положение клапана К, РО_НА -регулирующий орган направляющих аппаратов.

Запишем уравнения для стационарного режима.

Уравнение материального баланса для нестационарного режима.

F = G пр ( t ) G сток (t) - дифференциальное уравнение для емкости котла Уравнение (3) – нелинейное уравнение, правая часть характеризует вынужденное движение. Так как в процессе регулирования отклонения небольшие, то принимают гипотезу о линеаризации дифференциальных уравнений. В основе линеаризации гладких (дифференциальных) функций лежит метод разложения в ряд Тейлора. Примем, что G пр ( t) - G пр,0 + G пр ( t) Для стационарного режима G пр0 = G сток,0, при этом H = H Можно принять, что H(t) = y(t); G пр ( t) = x(t) Тогда окончательное дифференциальное уравнение запишется в виде:

Если задать x(t) = const = 1(t), T – постоянная времени объекта, k – коэффициент усиления объекта, то воспользуемся интегральным преобразованием Лапласа, для получения передаточной функции объекта управления.

Выражение (8) – является передаточной функцией объекта. Передаточная функция (8) – представляется апериодическим звеном первого порядка, характер поведения такого объекта известен. Для многих регулируемых объектов отклонение параметра, вызванное нарушением материального или энергетического баланса, в свою очередь оказывает влияние на приток или расход в сторону уменьшения возникшего разбаланса, т.е. в сторону восстановления нового установившегося состояния. Способность объекта приходить после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства регулятора называется свойством самовыравнивания (саморегулирования) объекта. У объектов с самовыравниванием каждому положению регулирующего органа соответствует свое установившееся значение регулируемого параметра. В работе проанализированы свойства основных динамических звеньев. Для детального исследования и анализа промоделированы переходные процессы в динамических звеньях с помощью программного комплекса для моделирования процессов в технических системах ("МВТУ"). К системам управления предъявляются основные требования: по точности в установившихся режимах, по устойчивости и по качеству переходных процессов. Устойчивость, т.е. затухание переходных процессов, является необходимым, но не достаточным условием практической пригодности системы. Необходимо, чтобы система обладала еще рядом качественных показателей, о которых можно судить по характеру протекания переходных процессов. Эти показатели отражают быстродействие и запас устойчивости систем. Не менее важным является способность системы обеспечить необходимое качество процесса регулирования. Качество регулирования чаще всего определяется тем, как точно выдерживает регулятор заданное значение регулируемого параметра и как быстро заканчивается процесс регулирования. Склонность системы к колебаниям, а следовательно, и запас устойчивости могут быть охарактеризованы максимальным значением регулируемой величины h max или так называемым перерегулированием,%. В большинстве случаев считается, что запас устойчивости является достаточным, если величина перерегулирования не превышает 1030%. Быстродействие системы определяется по длительности переходного процесса (процесса регулирования) t p. Временем регулирования t p называется время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения значений регулируемой величины от ее установившегося значения не будут превышать некоторого наперед заданного значения. Одним из показателей качества может служить колебательность - количество полных колебаний за это время. Нормальным считается 12 колебания за время регулирования t p.

Степенью затухания называется отношение разности двух соседних амплитуд одного знака кривой переходного процесса к большей из них. В среднем эта величина должна находиться в пределах 0,750,9.

Третья глава посвящена разработке системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения в топке котла. Функциональные возможности программно-технического комплекса позволили интегрировать современную систему управления поддержанием параметра разрежения с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования водогрейного котла, без серьезных изменений элементов управления процессом. Открытая сетевая архитектура NetLinx и разработанные функциональная и структурные схемы, позволили создать распределенную систему управления газо-воздушным трактом водогрейного котла.

Рис. 4. Структурная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы. НА-направляющие аппараты, ТК-топка котла, ДВ-дутьевой вентилятор, ДС-дымосос, ДТ-дымовая труба, РО-регулирующий орган.

С операторских станций поступает сигнал по заданию параметров системы управления. Информационная сеть Ethernet обеспечивает обмен данными между контроллером системы управления водогрейным котлом и операторскими станциями объекта управления. Контроллер котла, реализует алгоритмы управления, воздействия на параметры системы, выдает сигналы управления регулирующими органами. Промышленная сеть ControlNet, обеспечивает обмен данными с контроллером и удаленными модулями УСО, расположенными в близи объекта. Информационные сигналы поступают в удаленные модули ввода вывода.

На рисунке 5 представлена функциональная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметров газо-воздушного тракта.

Рис. 5. Функциональная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы. НА-направляющие аппараты, ТК-топка котла, ДВ-дутьевой вентилятор,ДС-дымосос, ДТ-дымовая труба, РО-регулирующий орган, CV-переменная управления, - сигнал рассогласования.

Представленная функциональная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметров газо-воздушного тракта включает в себя элементы системы управления состоящие из: Контроллера ControlLogix серии L55 (CPU), модуля организации передачи данных между операторскими станциями и контроллером управления ENBT, модулей гарантированной передачи данных по промышленной сети ControlNet – CNBR, входных модулей для приема аналоговых сигналов IF6I, входного дискретного модуля IB32, входного модуля приема токовых сигналов IM16, выходного релейного модуля OW16, блоков питания БП необходимых для питания контроллера и удаленных модулей системы управления.

Задание параметров управления технологическим процессом и их отображение происходит на операторских станциях, с использованием программы визуализации и организации человеко-машинного интерфейса SCADA – системы RSView32, и коммуникационного пакета организации данных между верхним уровнем системы управления и контроллером, OPC - RSlinx.

Реализованы алгоритмы функционирования и управления котлом с помощью пакета программирования RSLogix5000. Созданная модель исследуемого объекта в программном комплексе для моделирования "МВТУ", а так же элементов системы управления, представленной на рисунке 6, показала схожесть с реальным объектом.

Входной сигнал изменение положения РО - устанавливаемое значение параметра системы;

W(им) - передаточная функция РО совместно с ЭИМ, W(вент) - вентилятора и воздуховода (дымохода), W(об) - передаточная функция объекта является топка котла.

На рисунке 7 представлены реальные динамические характеристики исследуемого объекта и его модели. Отклонение параметра разрежения при моделировании не превышает 1.83% от заданного значения. Коэффициент передачи объекта при моделировании составляет 0,56 (мм.вод.ст)/%уп, условное запаздывание объекта 1 секунда, постоянная времени объекта секунд.

Рис. 7. Реальные динамические характеристики объекта и его модели Для расчета настройки автоматической системы регулирования параметра разрежения, определены динамические характеристики исследуемого объекта. Рассчитанный коэффициент передачи исследуемого объекта топки водогрейного котла, с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения, составляет 0, (мм.вод.ст)/%уп, условное запаздывание объекта 1 секунда, постоянная времени объекта 8,2 секунды.

Четвертая глава посвящена разработке системы управления газо-воздушным трактом водогрейного котла с воздействием на частотно-регулируемый электропривод системы регулирования параметра разрежения в топке котла.

Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты. На рисунке 8, представлен состав ЧРП. Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.

Рис. 8. Состав ЧРП. ПЧ - преобразователь частоты, М - электрический двигатель, ИО – исполнительный орган, ЧРП-частотно-регулируемый электропривод.

Одним из основных преимуществ использования частотно регулируемых приводов – установка его на уже существующие двигатели.

Следовательно это позволит не только экономить энергию, но и не разрушать уже построенную систему управления технологическими процессом. На рисунке 9, представлена структурная схема системы управления с применением ЧРП в системе регулирования параметра разрежения водогрейного котла.

Рис. 9. Структурная схема АСУ с воздействием на ЧРП системы регулирования параметра разрежения водогрейного котла. ЧРП- частотно-регулируемый привод, ТК- топка котла, ДТдымовая труба, ДВ-дутьевой вентилятор, ДС-дымосос.

На двигатель устанавливается частотный преобразователь и система управления приводом PowerFlex7000 подключается к текущей системе управления по цифровому каналу с использованием промышленной сети с гарантированной доставкой по времени ControlNet.С операторских станций поступает сигнал по заданию параметров системы управления.

Информационная сеть Ethernet обеспечивает обмен данными между контроллером системы управления и операторскими станциями. Контроллер котла, реализует алгоритмы управления, воздействия на параметры системы, выдает сигналы управления регулирующими органами. Промышленная сеть ControlNet, обеспечивает обмен данными с контроллером и удаленными модулями УСО, расположенными в близи объекта. На рисунке представлена функциональная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на частотно-регулируемый привод системы регулирования параметров газовоздушного тракта.

Рис. 10. Функциональная схема АСУ водогрейного котла с воздействием на частотнорегулируемый привод системы. ТК-топка котла, ДВ-дутьевой вентилятор, ДС-дымосос, ДТдымовая труба, CV-переменная управления, - сигнал рассогласования.

Отличительная особенность модернизированной системы управления подачей воздуха и удаления газов от системы управления с направляющими аппаратами, это возможность непосредственно воздействовать на обороты двигателей за счет установки ЧРП, тем самым, регулируя потоки воздуха и газов уже переменной скоростью вращения электропривода по цифровому каналу. Проведено моделирование системы управления с частотным регулированием параметров водогрейного котла. Для расчета динамических показателей системы регулирования по технологическому параметру, представляется система регулирования в виде отдельных звеньев. Схема модели системы представлена на рисунке 11.

Рис. 11. Структурная схема модели регулирования.

Входной сигнал изменение скорости вращения двигателя - устанавливаемое значение параметра системы; W(дв) - передаточная функция двигателя, W(вент) - вентилятора и воздуховода (дымохода), W(об) - передаточная функция объекта является топка котла.

Созданная функциональная и структурные модели исследуемого объекта с воздействием на частотно-регулируемый привод тягодутьевых механизмов водогрейного котла, а так же элементов системы управления, показала схожесть с реальным объектом. На рисунке 12 представлены реальные динамические характеристики исследуемого объекта и его модели.

Рис. 12. Реальные динамические характеристики объекта и его модели с ЧРП.

Отклонение параметра разрежения при моделировании не превышает 0.16% от заданного значения. Коэффициент передачи объекта при моделировании составляет 0,89 (мм.вод.ст)/Герц, условное запаздывание объекта 1 секунда, постоянная времени объекта 6.4 секунды. Для расчета настройки автоматической системы регулирования параметра разрежения, определены динамические характеристики исследуемого объекта.

Рассчитанный коэффициент передачи исследуемого объекта топки водогрейного котла, с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения, составляет 0,89 (мм.вод.ст)/Герц, условное запаздывание объекта 1 секунда, постоянная времени объекта 6, секунды. Система управления с воздействием на частотно-регулируемый привод обеспечивает поддержание регулируемого параметра разрежения в топке водогрейного котла, путем изменения частоты вращения тягодутьевых механизмов.

Пятая глава посвящена сравнению систем автоматического регулирования параметра разрежения водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты и частотно-регулируемого привода. Точность регулирования задается допуском, т.е. предельно допустимым отклонением от номинального параметра. Автоматическое регулирование процесса должно обеспечить поддержание в заданных пределах параметра разрежения. Согласно требованиям предъявляемыми на станции, для оптимального технологического процесса значение разрежения устанавливается равным 12 мм.вод.ст. Для поддержания параметра разрежения, величина допуска составляет 2% от шкалы измерения датчика. Диапазон измерения параметра датчиком, составляет + мм.вод.ст. Согласно величине допуска, допустимое отклонение параметра от заданной величины, не должно превышать +0,8 мм.вод.ст.

Для сравнения систем регулирования с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования и ЧРП, необходимо провести испытание систем с включенным регулятором, так же оценить работу систем по значению установившегося параметра регулирования, запаса устойчивости систем и быстродействия. Функциональная схема регулирования параметров газовоздушного тракта водогрейного котла, с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования представлена на рисунке 13.

Рис. 13. Функциональная схема регулирования параметров при воздействии на направляющие аппараты газо-воздушного тракта водогрейного котла.

Получены значения кривых параметров разрежения с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования с различными настройками регулятора разрежения реального объекта, представлены в таблице 1.

По полученным данным таблицы 1, в качестве настроек регулятора выбираются настройки, где Кр=5, Ти=2.5. При выбранных настройках регулятора, установившееся значение параметра разрежение в топке котла составляет 11,65 мм.вод.ст., время регулирования с момента подачи возмущения составляет 24 секунды. Ощутимое запаздывание реакции системы обусловлено медленной реакцией исполнительного механизма. Невозможность быстро отработать возмущающее воздействие на систему, свидетельствует о длительном времени регулирования параметра, до момента его установившегося значения.

Для анализа системы регулирования с воздействием на ЧРП тягодутьевых механизмов, необходимо провести испытание системы с включенным регулятором, так же оценить работу системы по значению установившегося параметра регулирования, запаса устойчивости системы и быстродействия.

Функциональная схема регулирования параметров газо-воздушного тракта водогрейного котла, с воздействием на ЧРП представлена на рисунке 14.

Рис. 14. Функциональная схема регулирования параметров c ЧРП газо-воздушного тракта водогрейного котла.

Получены значения кривых параметров разрежения с воздействием на ЧРП системы регулирования с различными настройками регулятора разрежения реального объекта, представлены в таблице 2.

По полученным данным таблицы 2, в качестве настроек регулятора выбираются настройки, где Кр=1,7, Ти=3.1. При таких настройках регулятора, система регулирования с ЧРП дает наименьшее время регулирования, более близкое к заданному установившееся значение, и допустимую степень затухания процесса. Для сравнения систем регулирования с воздействием на ЧРП тягодутьевых механизмов и направляющих аппаратов системы, целесообразным будет оценка их точности поддержания технологического процесса, на основе теории случайных функций и сравнить результаты наблюдений изменения параметра разрежения в один и тот же промежуток времени при одинаковых условиях. Значения параметра разрежения при регулировании берутся в интервале равным 24 часа, с дискретностью изменения параметра 1 секунда, заданное значение параметра разрежения мм.вод.ст, величина допуска составляет +0.8 мм.вод.ст.

На рисунках 15 и 16, представлены временные изменения параметра разрежения за 24 часа, при регулировании с помощью направляющих аппаратов и ЧРП соответственно. В таблице 3, представлены расчетные данные оценки точности этих технологических процессов.

Рис. 15. Временные изменения параметра разрежения при регулировании с помощью направляющих аппаратов реального объекта. Величина допуска составляет +0.8 мм.вод.ст.

Рис. 16. Временные изменения параметра разрежения при регулировании с помощью ЧРП реального объекта. Величина допуска составляет +0.8 мм.вод.ст.

Таким образом, сравнительный анализ процессов регулирования параметра разрежения системы управления водогрейного котла с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования и ЧРП наглядно показал, что в пределах границ определенных условием допуска отклонения параметра от заданного значения регулируемого процесса а именно: степень устойчивости 3 1, коэффициента точности в пределах 0.6 2 0.85, и коэффициент смещения относительно середины поля допуска 1 0, наиболее устойчивым и удовлетворяющим требованию статического контроля, является выбранный процесс регулирования с воздействием на ЧРП тягодутьевых механизмов.

Основные результаты и выводы диссертации:

1.) Исследованы основные варианты автоматических систем регулирования газо-воздушного тракта объекта управления – водогрейного котла. Основной особенностью системы регулирования, является регулирование параметров путем воздействия на направляющие аппараты.

Данные схемы регулирования применяются на большинстве промышленных объектах.

2.) Предложена функциональная модель объекта с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования параметра разрежения.

Моделирование разработанной модели системы, показала достаточно хорошее совпадение с реальным объектом. Отклонение параметра разрежения при моделировании не превышает 1.83% от заданного значения.

3.) Предложена функциональная модель системы управления с воздействием на частотно-регулируемый привод для регулирования параметра разрежения. Моделирование разработанной модели системы, показала хорошее совпадение с экспериментом. Отклонение параметра разрежения при моделировании не превышает 0.16% от заданного значения.

4.) Исследовано качество регулирования процесса поддержания параметра разрежения, путем воздействия на направляющие аппараты системы регулирования водогрейного котла. Результаты сравнения моделирования системы регулирования с экспериментальными данными показали, что узким местом регулирования данной системы является медленная реакция направляющего аппарата на изменение сигнала по заданию параметра разрежения. Длительное время хода исполнительного механизма направляющего аппарата системы регулирования параметра разрежения, определяет реакцию системы на изменение значения разрежения в топке котла.

В динамическом отношении, медленная реакция системы на изменение параметра регулирования, определяет качество всей системы регулирования водогрейного котла. При управлении с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования, удалось добиться минимального значения отклонения параметра разрежения от заданного макс = 13.06 мм.вод.ст., величины перерегулирования = 12,1%, величина времени регулирования Tp составляет 24 секунды, степень затухания = 0.78. При величине допуска +0. мм.вод.ст., от заданного значения Нт=12 мм.вод.ст., параметра разрежения, установившееся значение параметра разрежения составляет 11.65 мм.вод.ст.

5.) Проведено исследование процесса регулирования параметра разрежения, путем воздействия на частотно-регулируемый привод тягодутьевых механизмов системы регулирования водогрейного котла.

Полученные данные при моделировании системы регулирования с ЧРП сравнивались с экспериментальными и показали, что при использовании частотно-регулируемых приводов тягодутьевых механизмов, значительно сократилось время регулирования параметра разрежения по сравнению с воздействием на направляющие аппараты системы, и составляет 16 секунд по сравнению с 24 секундами на направляющих аппаратах. Установившееся значение параметра регулирования разрежения с заданным допуском отклонения +0.8 мм.вод.ст., в топке котла, находится ближе к заданному значению чем при регулировании с направляющими аппаратами, и составляет 11.84 мм.вод.ст., по сравнению с 11.65 мм.вод.ст.. В динамическом отношении реакция на изменение параметра разрежения с частотно-регулируемым приводом, является более быстрой чем при регулировании с помощью направляющих аппаратов системы регулирования водогрейного котла. При управлении с воздействием на ЧРП, удалось добиться значения отклонения параметра разрежения от заданного макс = 12.64 мм.вод.ст., величины перерегулирования = 10,6%, величина времени регулирования Tp составляет 16 секунд, степень затухания = 0.81. При величине допуска +0.8 мм.вод.ст., от заданного значения Нт=12 мм.вод.ст., параметра разрежения, установившееся значение параметра разрежения составляет 11.84 мм.вод.ст.

6.) Сравнительная оценка точности поддержания параметра разрежения с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования с ЧРП показали, что при заданном значении параметра разрежения 12 мм.вод.ст., и величине допуска +0.8 мм.вод.ст., регулирование направляющим аппаратом системы показало худший вариант по сравнению с регулированием при использовании ЧРП. При использовании коэффициентных оценок технологических процессов судят о точности регулируемого параметра. Так, при заданном коэффициенте точности процесса 0.6 2 0.85, с воздействием на направляющие аппараты системы регулирования, коэффициент составляет 1.25, по сравнению с ЧРП величина которого составляет 0.625. Коэффициент степени устойчивости 3 1, при регулировании с воздействием на направляющие аппараты составляет 0.74, по сравнению с ЧРП величина которого составляет 0.9012.

7.) В качестве практического применения системы управления тягодутьевыми механизмами поддержания параметра разрежения в топке водогрейного котла, приведен пример реализации системы управления с современным программно-техническим комплексом с использованием частотно-регулируемого привода на районо тепловой станции г.Москвы.

Основные результаты диссертации опубликованы в научных работах:

1.) Белов М.В.. Каперко А.Ф. Автоматизация тепловой станции на базе ПТК и частотно-регулируемых приводов. // Автоматизация в промышленности №5,2008, с 13-18.

2.) Белов М.В.. Каперко А.Ф. Система управления техническим объектом с использованием частотного регулирования параметров. // Датчики и системы.

№7, 2008, с 48-51.

3.) Белов М.В.. Исследование влияния частотно-регулируемого привода в современных системах управления. // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ 2008г. c 135-136.

4.) Белов М.В.. Автоматизированная система управления водогрейным котлами на базе программно-технических средств автоматизации “Allen-Bradley”. // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ 2007г.c 127-128.

5.) Белов М.В., Бакластов Ю.А.. Интеграция частотно-регулируемого привода в современные системы управления // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ 2006г. c74-75.

6.) Белов М.В.. Реализация АСУ ТП в энергетике на базе современных программно-технических средств автоматизации “Allen-Bradley”. // Научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ 2005г. c106.





Похожие работы:

«ИНЧИБВА Ирина Каральбиевна Лексико-фразеологический аспект национально-регионального компонента предмета Русский язык в национальной (кабардинской) школе 13.00.02. — Теория и методика обучения и воспитания (русский язык в общеобразовательной и высшей школе) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Нальчик 2003 Работа выполнена на кафедре дошкольного и начального общего образования Института повышения квалификации и...»

«Волынсков Владимир Эдуардович ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРНОМ ФОРМООБРАЗОВАНИИ Специальность 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва – 2012 г.   Диссертация выполнена в Московском архитектурном институте (государственной академии) на...»

«БЛИНОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ УДК 519.6: 629.3: 662.76 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ГАЗОГЕНЕРАТОРАХ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Специальность 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико–математических наук Ижевск 2010 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Газогенераторные системы, при работе которых используется твердое топливо, находят широкое...»

«Гаврилов Сергей Николаевич НЕСТАЦИОНАРНАЯ ДИНАМИКА УПРУГИХ ТЕЛ С ПОДВИЖНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ И ГРАНИЦАМИ 01.02.04 механика деформируемого твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена в лаборатории гидроупругости Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт...»

«Фокина Мария Владимировна ОСОБЕННОСТИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЖИЗНЕННЫХ СИТУАЦИЙ ДЕТЬМИ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ ТРЕВОЖНОСТИ Специальность: 19.00.13 Психология развития, акмеология (психологические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре возрастной психологии факультета психологии Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор психологических наук,...»

«Елистратов Николай Александрович РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ПРОБЛЕМЫ N-МЕРНЫХ АФФИННЫХ САМОПОДОБНЫХ ФУНКЦИЙ МЕТОДОМ ГОЛОСОВАНИЯ ДЛЯ ВСПЛЕСК-МАКСИМУМОВ Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - 2011 г. Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном технологическом университете СТАНКИН. Научный руководитель : доктор...»

«Журавлева Валентина Александровна ЭКСПЕРТНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ В РЕШЕНИИ КОГНИТИВНЫХ ЗАДАЧ ОБЩЕСТВ ЗНАНИЙ: ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ Специальность 22.00.01 – теория, методология и история социологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук МОСКВА – 2013 Работа выполнена на кафедре социологии факультета гуманитарных и социальных наук ФГБОУ ВПО Российский университет дружбы народов. доктор социологических наук, Научный руководитель :...»

«Сафонова Ольга Михайловна МОТИВАЦИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ВУЗА В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА ФИНАНСОВЫХ СТИМУЛОВ Специальность 22.00.03 – Экономическая социология и демография АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук Санкт-Петербург – 2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет экономики и...»

«ЗОТОВ Евгений Валерьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ГРАНУЛИРОВАННЫМИ РАБОЧИМИ СРЕДАМИ ПУТЕМ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЗАГРУЗКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Пенза 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пензенский государственный университет. Научный...»

«Косова Вера Алексеевна Системная значимость словообразовательных категорий в русском языке Специальность 10.02.01 – русский язык АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора филологических наук Казань – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский (Приволжский) федеральный университет Научный консультант – доктор филологических наук, профессор Балалыкина Эмилия...»

«НАДЕЖДА ЕВГЕНЬЕВНА БЕЛЯЕВА РАБОТА БИБЛИОТЕКИ С ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСАМИ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Специальность 05.25.03 – Библиотековедение, библиографоведение и книговедение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре библиотековедения и библиографии Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Орловский государственный институт искусств и культуры....»

«Ахтареев Айдар Азатович НЕРАВНОВЕСНАЯ МОДЕЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ В НЕНАСЫЩЕННОЙ ПОРИСТОЙ СРЕДЕ 05.13.18 математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань 2011 Работа выполнена в ФГАОУВПО “Казанский (Приволжский) Федеральный университет”. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Даутов Рафаил Замилович Официальные оппоненты : доктор...»

«УДК 523.44 Нароенков Сергей Александрович Исследование комплексов малых тел Солнечной системы, сближающихся с планетами Земной группы 01.03.01 – Астрометрия и небесная механика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург – 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте астрономии РАН Научный руководитель...»

«МЕТЛЯКОВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА ЛЕКСИЧЕСКИЙ ПОВТОР КАК СЕМАНТИКО-СТИЛИСТИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ЛИРИЧЕСКОГО ТЕКСТА В РАННЕМ ТВОРЧЕСТВЕ АННЫ АХМАТОВОЙ Специальность 10.02.01 – русский язык АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Ижевск – 2011 Работа выполнена на кафедре современного русского языка и его истории государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Удмуртский государственный университет....»

«Смолин Андрей Александрович ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПУСКЕ ДИЗЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОЩЬЮ СВЧ КОЛЕБАНИЙ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 2 Работа выполнена в Омском автобронетанковом инженерном институте (филиале Военной академии материально-технического обеспечения Министерства обороны РФ). Научный руководитель – кандидат...»

«УДК 595.767.23 Легалов Андрей Александрович ШИРОТНО-ЗОНАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЖУКОВ-ДОЛГОНОСИКОВ (COLEOPTERA, CURCULIONIDAE) РАВНИН ЗАПАДНОЙ СИБИРИ, КАЗАХСТАНА И СРЕДНЕЙ АЗИИ 03.00.09 - энтомология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Новосибирск 1998 Работа выполнена в Зоологическом музее Института систематики и экологии животных Сибирского...»

«БОРОДУЛИНА Светлана Федоровна СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ КНИГОИЗДАНИЯ И КНИЖНОЙ ТОРГОВЛИ УДМУРТИИ (1917 - 1941 гг.) Специальность 07.00.02 – отечественная история АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Ижевск 2005 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Удмуртский государственный университет Научный руководитель : доктор исторических наук, профессор Галина Витальевна Мерзлякова...»

«ШАХБАЗЯН АННА АРТАШЕСОВНА ЗАЩИТА ГРАЖДАНСКИХ ПРАВ В НОТАРИАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Специальность 12.00.03 – гражданское право; предпринимательское право; семейное право; международное частное право АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Ставрополь - 2011 Диссертация выполнена на кафедре гражданского права и процесса ГОУ ВПО Ставропольский государственный университет Научный руководитель : доктор юридических наук, профессор Медведев Станислав...»

«ТОЛПЕГИН Павел Владимирович АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАЗРЕШЕНИЕ КОРЕФЕРЕНЦИИ МЕСТОИМЕНИЙ ТРЕТЬЕГО ЛИЦА РУССКОЯЗЫЧНЫХ ТЕКСТОВ Специальность 05.13.17 – Теоретические основы информатики АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2008 Работа выполнена в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына Российской академии наук, отдел математических проблем распознавания и методов комбинаторного анализа Научный руководитель : доктор...»

«ЗАИКА ВАЛЕНТИН ВИКТОРОВИЧ ФАУНА И НАСЕЛЕНИЕ АМФИБИОНТНЫХ НАСЕКОМЫХ (INSECTA ECTOGNATHA: EPHEMEROPTERA, PLECOPTERA, TRICHOPTERA, ODONATA) ВОДНЫХ ПОТОКОВ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСТИ 03.02.04 — зоология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук Томск-2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тувинском институте комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения РАН (Кызыл) Официальные...»






 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

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.