Система автоматического регулирования давления пара в магистрали барабанного котла
Полезная модель относится к системам автоматического управления барабанными паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования давления, в частности давления пара в магистрали барабанного котла. Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширении функциональных возможностей системы, т.е. в улучшение качества работы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации контура управления. Система содержит паровой котел с топочным устройством, паровую магистраль, датчик давления, задатчик давления, исполнительный блок, адаптивный регулятор, стабилизирующее устройство.
Полезная модель относится к системам автоматического управления барабанными паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования давления, в частности давления пара в магистрали барабанного котла.
Широко известна система автоматического регулирования давления пара в магистрали, применимая для пылеугольных котлов с поперечными связями - так называемый корректирующий регулятор в каскадной системе автоматического регулирования расхода топлива [Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С.140-142] содержащая барабанный котел с топочным устройством, последовательно соединенную с ним паровую магистраль с установленным в ней датчиком давления пара в магистрали, исполнительный блок, присоединенный выходом к топочному устройству и изменяющий подачу топлива, поступающего в топочное устройство, задатчик давления, ПИ-регулятор выход которого через стабилизирующий регулятор каскадом соединен с входом исполнительного блока.
Недостатком этой системы является необходимость низкое качество работы при изменении параметров объекта.
Известна так же адаптивная система регулирования давления пара в магистрали барабанного парового котла [Еремин Е.Л., Теличенко Д.А., Автоматизированная система регулирования расхода топлива на ТЭЦ // Информатика и системы управления. - 2011. - 
2. - С.157-168], содержащая барабанный котел с топочным устройством, последовательно соединенную с ним паровую магистраль с установленным в ней датчиком давления пара в магистрали, исполнительный блок, присоединенный выходом к топочному устройству и изменяющий подачу топлива, поступающего в топочное устройство, задатчик давления, адаптивный регулятор выход которого через стабилизирующий регулятор каскадом соединен с входом исполнительного блока.
Недостатками такой системы является сложность основного (адаптивный регулятор с алгоритмами самонастройки) и дополнительного контура (стабилизирующее устройство) управления, которые можно упростить без существенного ухудшения качества работы.
Прототипом предлагаемого решения является система автоматического регулирования давления пара в магистрали барабанного котла [Патент RU 36722 МПК F22B 35/00, 2006.01], содержащая паровой котел с топочным устройством, последовательно соединенную с ним паровую магистраль с установленным в ней датчиком давления, последовательно соединенные задатчик давления и фильтр, выполненные в виде апериодического блока, последовательно соединенные регулятор давления, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, корректирующий блок и исполнительный блок, присоединенный выходом к топочному устройству барабанного котла и изменяющий подачу топлива, поступающего в топочное устройство.
Недостатком этой системы является плохое качество работы при существенном изменении параметров объекта и наличии возмущений (режимы работы системы пылеприготовления, отклонений по количеству подаваемого в топку воздуха, изменение нагрузки котла, изменения в режимах работы других котло- и турбоагрегатов и т.п.), что имеет место для котлов высокого давления, работающих на общую паровую магистраль, работающих в условиях различного качества топлива и режимах работы, отличных от нормальных.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. в улучшение качества работы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации контура управления.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую паровой котел с топочным устройством, последовательно соединенную с ним паровую магистраль с установленным в ней датчиком давления, задатчик давления, исполнительный блок, присоединенный выходом к топочному устройству барабанного котла и изменяющий подачу топлива, поступающего в топочное устройство, дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента типа зона нечувствительности, первого интегратора, второго умножителя, и, стабилизирующее устройство, состоящее из второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора.
При этом выход задатчика давления связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика давления. Вход датчика давления связан с паровой магистралью. Паровая магистраль связана с котлом и топочным устройством. Топочное устройство связано с исполнительным блоком. Третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства. Выход адаптивного регулятора связан с входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного 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 входом первого 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: парового котла с топочным устройством 1, паровой магистрали 2, датчика давления 3, задатчика давления 4, исполнительного блока 5, адаптивного регулятора 6, стабилизирующего устройства 7.
Блок-схема адаптивного регулятора 6, 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 паровой котел с топочным устройством, паровая магистраль и датчик давления, который может быть описан в виде передаточной функции:
где y(t) - скалярный выход объекта; u(t) - скалярное управление; p=d/dt - оператор дифференцирования; 
=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; а(p) и b(p) - гурвицевы полиномы.
Стабилизирующее устройство описывается передаточной функцией вида:
где q(t) - выход стабилизирующего устройства, K>0, Т>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.
Адаптивный регулятор описывается уравнением:
где r - сигнал с выхода задатчика давления, c(t) - параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом:
где h>0 - постоянное число, определяющие настройку процесса адаптации; 
(t) - выход нелинейного элемента типа зона нечувствительности определяемый как
где e(t)=r-y(t)-q(t) - ошибка системы; 
- величина зоны нечувствительности нелинейного элемента.
Система функционирует следующим образом.
Выходной сигнал U4=r задатчика давления 4 поступает на первый вход адаптивного регулятора 6. На второй вход адаптивного регулятора 6 поступает сигнал U3=y с выхода датчика давления 3, на вход которого подается сигнал U2 с выхода паровой магистрали 2, связанной с котлом и топочным устройством. На третий вход адаптивного регулятора 6 подается сигнал U 6=q с выхода стабилизирующего устройства 7, на вход которого поступает сигнал U6=u с выхода адаптивного регулятора 6. Выход адаптивного регулятора 6 в виде сигнала U6 =u подается на вход исполнительного блока 5. С выхода исполнительного блока 5 сигнал U5 поступает на вход котлоагрегата с топочным устройством 1, соединенного с паровой магистралью 2, на которые может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям
На фиг.2 первый сумматор 8 осуществляет алгебраическое сложение с соответствующими знаками трех входов адаптивного регулятора и формирует сигнал U8=e=r-y-q, который подается на первый вход первого умножителя 9, на второй вход которого подается сигнал U4=r. Сигнал U9 =е-r с выхода первого умножителя 9 подается на вход нелинейного элемента 10. Сигнал U10= с выхода нелинейного элемента 10 подается на первый интегратор 11, где интегрируется и в виде U11=c поступает на первый вход второго умножителя 12, на второй вход которого подается сигнал U4=r. Сигнал U11=g с выхода второго умножителя 12 является выходом адаптивного регулятора U6 =u.
На фиг.3 вход стабилизирующего устройства U6=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 U14=U7=q с постоянным коэффициентом 1/К. Сигнал с выхода второго сумматора U13 подается на вход первого блока задания коэффициентов 14, в котором он умножается на коэффициент К/Т, 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.
Система автоматического регулирования давления пара в магистрали барабанного котла, содержащая паровой котел с топочным устройством, последовательно соединенную с ним паровую магистраль, датчик давления, задатчик давления, исполнительный блок, присоединенный выходом к топочному устройству барабанного котла, отличающаяся тем, что дополнительно введены адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента типа зона нечувствительности, первого интегратора, второго умножителя, и стабилизирующее устройство, состоящее из второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора; при этом выход задатчика давления связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика давления; вход датчика давления связан с паровой магистралью; третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства; выход адаптивного регулятора связан с входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного 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 входом первого 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.
