Система автоматического регулирования разрежения в верхней части топки котла
Полезная модель относится к системам автоматического управления барабанными паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования давления, в частности давления разрежения в топке барабанного котла. Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является улучшение качества работы системы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации законов управления. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую барабанный паровой котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, последовательно соединенные регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу котла и удаляющий дымовые газы из его топки, задатчик разрежения, дополнительно введен контур регулирования, состоящий из адаптивного регулятора, блока сравнения и эталонной модели, причем выход задатчика разрежения связан с первым входом контура регулирования, выход датчика разрежения связан с вторым входом контура регулирования, выход контура регулирования связан с входом регулирующего блока, выполненного, в виде асинхронного электродвигателя под управлением частотного преобразователя и обеспечивающего изменение производительности дымососа. В свою очередь вход эталонной модели связан с выходом задатчика разрежения, выход эталонной модели связан с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с выходом датчика разрежения, выход блока сравнения связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом задатчика разрежения. Выход адаптивного регулятора есть выход контура регулирования. Адаптивный регулятор состоит из первого сумматора, первого умножителя, второго умножителя, первого интегратора, второго интегратора, третьего умножителя, четвертого умножителя, первого, второго и третьего блоков задания коэффициентов. При этом выход первого сумматора есть выход адаптивного регулятора. Первый вход первого сумматора вязан с выходом первого умножителя, второй вход первого сумматора связан с выходом второго умножителя. Первый вход первого умножителя связан с выходом датчика разрежения, второй вход первого умножителя связан с выходом первого интегратора, вход первого интегратора связан с выходом третьего умножителя. Первый вход третьего умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход третьего умножителя связан с выходом второго блока задания коэффициента. Третий вход третьего умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход третьего умножителя связан с выходом датчика разрежения, пятый вход третьего умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента. Первый вход второго умножителя связан с выходом задатчика разрежения, второй вход второго умножителя связан с выходом второго интегратора, вход второго интегратора связан с выходом четвертого умножителя. Первый вход четвертого умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход четвертого умножителя связан с выходом третьего блока задания коэффициента. Третий вход четвертого умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход четвертого умножителя связан с выходом задатчика разрежения, пятый вход четвертого умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента. Выход адаптивного регулятора связан с входом регулирующего блока. Система содержит барабанный паровой котел, датчик разрежения, регулирующий блок, дымосос, задатчик разрежения, контур регулирования, состоящий из адаптивного регулятора, блока сравнения и эталонной модели.
Полезная модель относится к системам автоматического управления барабанными паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования давления, в частности давления разрежения в топке барабанного котла.
Известна система автоматического регулирования (САР) разрежения в верхней части топки барабанного котла /см. Клюев А.С., Товарнов А.Г. Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов. - М.: Энергия, 1970. - С. 107-111/, содержащая барабанный котел, датчик разрежения, установленный в верхней части топки котла, последовательно соединенные, регулятор разрежения, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу и удаляющий дымовые газы из топки, задатчик разрежения, выходом подключенный к первому входу регулятора разрежения, к второму входу которого подключен выход датчика разрежения.
При анализе данной системы выявляется ряд недостатков, таких как: наличие статической ошибки, динамической ошибки регулирования при отработке управляющего сигнала, динамической ошибки регулирования при ступенчатом изменении расходов топлива и воздуха, поступающих в топку котла. Так же одним из наиболее критичных недостатков является малое быстродействие.
Известна так же система автоматического регулирования разрежения в верхней части топки барабанного котла [Патент RU 40437 МПК F22B 35/00, 2005.01]. Данная система основывается на системе, описанной выше, но имеет ряд отличий, направленных на устранение недостатков исходной системы. В систему автоматического регулирования разрежения в верхней части топки барабанного котла, содержащую барабанный паровой котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, последовательно соединенные, регулятор разрежения, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу барабанного котла и удаляющий дымовые газы из его топки, задатчик разрежения, выходом подключенный к первому входу регулятора разрежения, к второму входу которого подключен выход датчика разрежения, введен корректирующий блок, включенный между выходом регулятора разрежения и входом регулирующего блока. Используем данную систему как прототип для предлагаемого решения.
Недостатком этой системы является плохое качество работы при существенном изменении параметров объекта, что имеет место для котлов высокого давления, работающих на общую паровую магистраль, в условиях различного качества топлива и режимах работы, отличных от нормальных.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является улучшение качества работы системы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации законов управления.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую барабанный паровой котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, последовательно соединенные регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу котла и удаляющий дымовые газы из его топки, задатчик разрежения, дополнительно введен контур регулирования, состоящий из адаптивного регулятора, блока сравнения и эталонной модели, причем выход задатчика разрежения связан с первым входом контура регулирования, выход датчика разрежения связан с вторым входом контура регулирования, выход контура регулирования связан с входом регулирующего блока, выполненного, в виде асинхронного электродвигателя под управлением частотного преобразователя и обеспечивающего изменение производительности дымососа. В свою очередь вход эталонной модели связан с выходом задатчика разрежения, выход эталонной модели связан с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с выходом датчика разрежения, выход блока сравнения связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом задатчика разрежения. Выход адаптивного регулятора есть выход контура регулирования.
Адаптивный регулятор состоит из первого сумматора, первого умножителя, второго умножителя, первого интегратора, второго интегратора, третьего умножителя, четвертого умножителя, первого, второго и третьего блоков задания коэффициентов. При этом выход первого сумматора есть выход адаптивного регулятора. Первый вход первого сумматора вязан с выходом первого умножителя, второй вход первого сумматора связан с выходом второго умножителя. Первый вход первого умножителя связан с выходом датчика разрежения, второй вход первого умножителя связан с выходом первого интегратора, вход первого интегратора связан с выходом третьего умножителя. Первый вход третьего умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход третьего умножителя связан с выходом второго блока задания коэффициента. Третий вход третьего умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход третьего умножителя связан с выходом датчика разрежения, пятый вход третьего умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента. Первый вход второго умножителя связан с выходом задатчика разрежения, второй вход второго умножителя связан с выходом второго интегратора, вход второго интегратора связан с выходом четвертого умножителя. Первый вход четвертого умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход четвертого умножителя связан с выходом третьего блока задания коэффициента. Третий вход четвертого умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход четвертого умножителя связан с выходом задатчика разрежения, пятый вход четвертого умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента. Выход адаптивного регулятора связан с входом регулирующего блока
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема системы автоматического регулирования, на фиг. 2 показана блок-схема контура регулирования, на фиг. 3 показана блок-схема адаптивного регулятора.
Блок-схема системы автоматического регулирования, представленная на фиг. 1 состоит из: парового котла с топочным устройством 1, датчика разрежения 2, контура регулирования 3, задатчика разрежения 4, регулирующего блока (асинхронного двигателя под управлением частотного преобразователя) 5, дымососа 6.
Блок-схема контура регулирования 3, представленная на фиг. 2 состоит из блока сравнения 7, эталонной модели 8, адаптивного регулятора 9.
Блок-схема адаптивного регулятора 9, представленная на фиг. 3 состоит из: первого сумматора 10, первого умножителя 11, второго умножителя 12, первого интегратора 13, второго интегратора 14, третьего умножителя 15, четвертого умножителя 16, первого блока задания коэффициента 17, второго блока задания коэффициента 18, третьего блока задания коэффициента 19.
Обобщенным объектом регулирования является последовательно связанные паровой котел 1 с топочным устройством, регулирующий блок 5 в виде частотно-регулируемого электропривода дымососа 6, который может быть описан уравнениями в пространстве состояний в виде:
где a1(t) и a 2(t) - параметры объекта, изменяющиеся во времени;
x - переменная состояния;
- производная переменной состояния;
U - управляющее воздействие.
Эталонная модель - формирует эталонную динамику движения объекта и задается в виде полинома с желаемым распределением корней:
где aM, bM - параметры эталонной модели;
xM - переменная состояния эталонной модели;
- производная переменной состояния эталонной модели;
g - задающий сигнал.
Адаптивный регулятор описывается уравнением:
где Ka, Kb - настраиваемые параметры.
Алгоритмы адаптации задаются следующим образом:
,
где e - рассогласование между эталонной моделью и объектом; при этом коэффициент P рассчитывается исходя из решения уравнения Ляпунова, коэффициенты Ra и R b задаются положительными.
Система функционирует следующим образом.
Выходной сигнал U4 =g задатчика разрежения 4 поступает на первый вход контура регулирования 3. На второй вход контура регулирования 3 поступает сигнал по разрежению U2=y с выхода датчика разрежения 2, вход которого непосредственно соединен с топкой барабанного парового котла 1. Выход контура регулирования 3 в виде сигнала U3 =U подается на вход регулирующего блока 5, который изменяет производительность дымососа 6, отсасывающего дымовые газы из топки барабанного котла 1.
На фиг. 2 выходной сигнал U4=g задатчика разрежения 4 поступает на вход эталонной модели 8, выход эталонной модели подается на первый вход блока сравнения 7, на второй вход блока сравнения 7 подается сигнал по разрежению U2 =y с выхода датчика разрежения 2. Сигнал рассогласования между эталонной моделью и объектом с выхода блока сравнения 7 U 7=е подается на вход адаптивного регулятора 9, сигнал U 9=U3=U c выхода адаптивного регулятора 9 поступает на вход регулирующего блока 5.
На фиг. 3 первый сумматор 10 осуществляет алгебраическое сложение с соответствующими знаками двух входов адаптивного регулятора и формирует управляющий сигнал U=Кay+Кbg, который подается на вход регулирующего блока. На первый вход первого сумматора подается сигнал с первого умножителя 11, осуществляющего умножение сигнала по разрежению U2=y и сигнала U13=К a соответственно. На второй вход первого сумматора подается сигнал со второго умножителя 12, осуществляющего умножение сигнала задания разрежения U4=g и сигнала U14=K b. Сигнал U13 является выходом первого интегратора 13, сигнал U14 - выход второго интегратора 14. На вход первого интегратора 13 подается сигнал U15 с выхода третьего умножителя 15, осуществляющего произведение сигналов U8=bМ, U17=Р, U7=е, U2=y, U18=Ra. Где сигнал U 8=bМ является выходом эталонной модели 8, представляющий из себя настраиваемый коэффициент bM эталонной динамики объекта. Сигнал U17=Р - матрица - решение уравнения Ляпунова. Сигнал U7=е - сигнал рассогласования между эталонной моделью и объектом. Сигнал U2=y сигнал по разрежению в верхней части топки барабанного котла 1 с выхода датчика разрежения 2. Сигнал U18=Ra коэффициент параметрической настройки адаптивного регулятора, представляет собой постоянную величину. На вход второго интегратора 14 подается сигнал U16 с выхода четвертого умножителя 16, осуществляющего произведение сигналов U4=g, U8=bM , U7=е, U17=Р, U19=Rb . Где сигнал U19=Rb коэффициент параметрической настройки адаптивного регулятора - постоянная величина. Сигнал U4=g - выход задатчика разрежения 4.
Технический результат заключается в улучшении качества работы системы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации законов управления.
При этом улучшение качества работы системы оценивается общепринятым способом и состоит в уменьшении времени переходного процесса и величины перерегулирования, а существенным изменением параметров объекта (1) считается их отклонение более чем на 10% от номинальных (расчетных), что учитывает изменение режимов работы котла, изменение нагрузки, качества топлива и пр.
Указанный технический результат обеспечивается за счет предлагаемого в изобретении решения, а именно использовании адаптивного регулятора (3), параметры которого самонастраиваются по закону (4) в зависимости от изменения параметров объекта (1), оцененные через рассогласование е.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.
Система автоматического регулирования разрежения в верхней части топки котла, включающая барабанный паровой котел, датчик разрежения, установленный в верхней части его топки, последовательно соединенные регулирующий блок и дымосос, всасывающим патрубком присоединенный к газоходу котла и удаляющий дымовые газы из его топки, задатчик разрежения, отличающаяся тем, что дополнительно введен контур регулирования, состоящий из адаптивного регулятора, блока сравнения и эталонной модели, причем выход задатчика разрежения связан с первым входом контура регулирования, выход датчика разрежения связан со вторым входом контура регулирования, выход контура регулирования связан с входом регулирующего блока, выполненного, в виде асинхронного электродвигателя под управлением частотного преобразователя и обеспечивающего изменение производительности дымососа, в свою очередь вход эталонной модели связан с выходом задатчика разрежения, выход эталонной модели связан с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с выходом датчика разрежения, выход блока сравнения связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом задатчика разрежения, выход адаптивного регулятора есть выход контура регулирования, адаптивный регулятор состоит из первого сумматора, первого умножителя, второго умножителя, первого интегратора, второго интегратора, третьего умножителя, четвертого умножителя, первого, второго и третьего блоков задания коэффициентов, при этом выход первого сумматора есть выход адаптивного регулятора, первый вход первого сумматора вязан с выходом первого умножителя, второй вход первого сумматора связан с выходом второго умножителя, первый вход первого умножителя связан с выходом датчика разрежения, второй вход первого умножителя связан с выходом первого интегратора, вход первого интегратора связан с выходом третьего умножителя, первый вход третьего умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход третьего умножителя связан с выходом второго блока задания коэффициента, третий вход третьего умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход третьего умножителя связан с выходом датчика разрежения, пятый вход третьего умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента, первый вход второго умножителя связан с выходом задатчика разрежения, второй вход второго умножителя связан с выходом второго интегратора, вход второго интегратора связан с выходом четвертого умножителя, первый вход четвертого умножителя связан с выходом блока сравнения, второй вход четвертого умножителя связан с выходом третьего блока задания коэффициента, третий вход четвертого умножителя связан с выходом эталонной модели, четвертый вход четвертого умножителя связан с выходом задатчика разрежения, пятый вход четвертого умножителя связан с выходом первого блока задания коэффициента, выход адаптивного регулятора связан с входом регулирующего блока.
