У роботі розглядаються особливості цифрової реалізації алгоритмів управління процесом горіння в топці парогенератора. За результатами роботи зроблено висновок про компенсації навантаження парогенератора завдяки використанню коригувального регулятора.

Анотація наукової статті з математики, автор наукової роботи - П'явченко Таміла Олексіївна, Карась В'ячеслав Михайлович


ALGORITHMS OF DIGITAL CONTROL COMBUSTION ACTION IN A STEAM GENERATOR FIREBOX

In work are considered particularities to digital realization of algorithms of control combustion action in a steam generator firebox. As a result of work is made a conclusion about compensation of the load a steam generator, due to use correcting regulator.


Область наук:
  • Математика
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритми цифрового управління процесом горіння в топці парогенератора'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритми цифрового управління процесом горіння в топці парогенератора»

    ?2. Інформаційна технологія: Рекомендації Р50-34.119-90. Архітектура локальних обчислювальних мереж в системах промислової автоматизації. -М .: Держстандарт, 1991

    3. Кругляк К.В. Промислові мережі: цілі та засоби. // Сучасні технології автоматизації, 2002. № 4.

    Коробкін Володимир Володимирович

    Технологічний інститут федерального державного освітнього уч -режденія вищої професійної освіти «Південний федеральний університет» в г.Таганрог E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. 347928, Таганрог, вул. Чехова, 2 Тел .: +7 (8634) 311865

    Чернов Євген Іванович

    Технологічний інститут федерального державного освітнього закладу вищої професійної освіти «Південний федеральний університет» в г.Таганрог E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Korobkin Vladimir Vladimirovich

    Taganrog Institute of Technological - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education «Southern Federal University»

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    2, Chehova street, Taganrog, 347928, Russia

    Phone: +7 (8634) 371723

    Chernov Eugeniy Ivanovich

    Taganrog Institute of Technological - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education «Southern Federal University»

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    УДК 658.51.011.5.001.2 (075.5)

    Т.А. П'явченко, В.М Карась АЛГОРИТМИ ЦИФРОВОГО УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСОМ горіння в топці парогенератора

    У роботі розглядаються особливості цифрової реалізації алгоритмів керування процесом горіння в топці парогенератора. За результатами роботи зроблено висновок про компенсації навантаження парогенератора завдяки використанню коригувального регулятора.

    Алгоритми управління; похибки обчислень; крок дискретності; компенсуючий регулятор.

    Т.А. Pyavchenko, V.M. Karas ALGORITHMS OF DIGITAL CONTROL COMBUSTION ACTION IN A STEAM GENERATOR FIREBOX

    In work are considered particularities to digital realization of algorithms of control combustion action in a steam generator firebox. As a result of work is made a conclusion about compensation of the load a steam generator, due to use correcting regulator.

    Algorithms of control; inaccuracy of calculations; step of discontinuity; correcting regulator.

    Як відомо, в енергетиці Росії відбулися істотні зміни, пов'язані, перш за все, з впровадженням сучасних методів і засобів отримання електричної енергії. Використання мікроконтролерів і потужних промислових комп'ютерів (ПК) дозволяють створювати ієрархічні автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУТП) з оптимальними режимами роботи об'єктів управління. Одним з таких об'єктів на теплових електростанціях є парогенератор, призначений для вироблення пари високого тиску і високої температури. Парогенератор є складним динамічним об'єктом, технологічні змінні якого в силу фізичних законів взаємно впливають один на одного (рис.1).

    Gr

    G "

    ST

    О2

    GT

    На рис. 1 показано вплив

    витрати газу Gг, витрати повітря Gв на розрідження у верхній частині топки

    St

    і процентний вміст

    кисню О2; витрати палива Fm

    Мал. 1 на тиск перегрітої пари Pпп, на

    теплове навантаження Gт і процентний вміст кисню О2. Тому контури регулювання по таким змінним будуть пов'язані між собою, утворюючи систему підлеглого або каскадного управління.

    ККД парогенератора істотно залежить від режиму згоряння палива, що визначається співвідношенням паливо-повітря, розрідженням в топці, процентним вмістом кисню в газах [1]. Ефективний контроль та управління даними параметрами можливий при реалізації 2-рівневої автоматизованої системи управління процесом горіння в топці парогенератора (рис. 2).

    Мал. 2

    У даній роботі розглядаються алгоритми управління нижнього рівня АСУТП (рис. 3).

    Мал. 3

    F

    т

    Р

    пп

    Система управління повинна функціонувати так, щоб забезпечити максимальний ККД парогенераторної установки і економічність горіння при зміні навантаження.

    Регулює процес горіння зводиться до підтримки з заданою точністю наступних величин:

    - економічності процесу горіння, тобто надлишку повітря в топці, який визначається змістом О2 за пароперегрівом;

    - розрідження у верхній частині топки.

    Реалізація зазначеного завдання здійснюється відповідно до структурної схемою, представленої на рис. 4.

    Система управління парогенератором є багатоконтурною (рис. 4). Об'єкт управління представлений каналами: 1 - витрата палива Fт ^ тиск в барабані Рб, 2 - витрата палива Fт ^ теплота Gт, 3 - витрата палива Fт ^ тиск перегрітої пари Pпп, 4 - витрата палива Fт ^ процентний вміст кисню О2 у відхідних газах, 5 - витрата повітря Gв ^ надлишок повітря в топці Qв, 6 - витрата повітря Gв ^ процентний вміст кисню О2 в продуктах згоряння палива, 7 - витрата газу Gг ^ розрідження у верхній частині топки? т .

    Відповідно до рис. 4 регулятори мають таке призначення:

    - головний регулятор (регулятор тиску) забезпечує вироблення певної кількості пара парогенератором із заданими параметрами тиску і температури шляхом видачі сигналу управління регулятору палива;

    - регулятор палива автоматично підтримує теплове навантаження котла при спалюванні природного газу відповідно до завдання;

    - регулятор загального повітря забезпечує економічність процесу горіння при спалюванні природного газу шляхом узгодження витрати повітря з витратою палива;

    - регулятор розрідження підтримує заданий розрідження у верхній частині топки котла.

    Цифрове керуючий пристрій, як зазначалося вище, реалізує каскадне регулювання, при якому контури регулювання виявляються вкладеними один в одного. Так, головний регулятор тиску виробляє завдання регуляторам палива і витрати повітря, кожен з яких, в свою чергу, формує керуючі впливу на відповідні канали парогенератора (рис.4). Регулятора витрати повітря підкоряються регулятор розрідження з каналом 7 об'єкта управління і регулятор кисню, що компенсує дію обурення від палива, що згорає.

    Головний регулятор тиску виробляє керуючий сигнал по пропорційно-інтегрально-диференціального (ПІД) закону керування. Регулятори палива, кисню (коригувальний регулятор) і розрідження формують управління відповідно до ПІ законом. Регулятор загального повітря має пропорційний (П) закон управління. Така уніфікація законів управління полегшує завдання програмування керуючого пристрою в мікроконтролері, оскільки їх можна реалізувати за допомогою однієї програми.

    Мал. 4

    ПІД закон управління можна представити у вигляді системи різницевих рівнянь (1), в якій сигнал і ^. реалізує пропорційну складову,

    і ^ 2. - інтегральну складову з використанням формули трапецій, і ^ ь. -

    диференціальну складову при обчисленні похідної [2] з використанням 2-х членів ряду (2).

    Г

    ек. ^ К.г Ук () '

    I = 1

    = Крег к8к1 '

    _ Крег кТ0

    % Г _% (р-1) + 2Т, (Єкг + ЄК (г-1))

    і до

    ік3г _ До

    Тдіфк 3

    Регк Т0 (2 Єкг 2ек (г-1) + 2 ЄК (г-2)}

    ІКГ _ ік1г + ік2 + ік3г |

    (1)

    1 + 1 2 1 3

    ЄК. _- (Лєк. + -Л є к. + -Лє к. + ...), (2)

    Кг Т г 2 г 3 кг

    де Лєкг _Єкг - ЄК (г_і), Лєкг = Єкг - 2єк (г-1) + ЄК (г-2) '^

    У рівняннях (1) і (2) введено такі позначення: к - номер регулятора (до _ 1,5); г - кількість входів g на кожному регуляторі, г _ 4,3, або 2

    (Див. Рис. 4); i - номер кроку обчислень, рівного кроку дискретності за часом Т; Kрегk, Ти k, Тдіф ^ - параметри налаштування k-го регулятора.

    Затримка вихідних сигналів у на крок дискретності To обумовлена ​​кінцевим часом перетворень в модулях введення / виведення ТАцП (рис. 3), конкретним часом передачі інформації по лініях зв'язку ТАПд і часом обчислень Твич по алгоритмам (1) для всіх 5-и регуляторів в аріфметікологіческом пристрої (АЛУ) мікроконтролера. Обчислення за рівняннями (1) виконуються в тому випадку, якщо помилка ek. перевищує допустиму? Кдоп, якщо ж виконується умова

    eki? Skdon '(3)

    то на відповідний канал парогенератора надходить управління, обчислене на попередньому кроці, тобто uk. = U ^.

    Цифрова реалізація алгоритмів управління в порівнянні з аналогової володіє такими істотними перевагами, як можливість реалізації складних законів управління і простота перестраіваемость алгоритмів завдяки перепрограмуванню.

    Однак через квантування за рівнем і за часом, в послідовній процедурі обчислень виникають певні складнощі, яких можна уникнути. Наприклад, квантуванням за рівнем можна знехтувати, вибравши достатньою довжину розрядів аналого-цифрового перетворення і розрядної сітки АЛУ мікроконтролера (вже при 16-й розрядах похибка округлення при обчисленні коду управління по алгоритмам (1) дуже мала). Щоб величина квантування за часом не приводила замкнуту систему управління в нестійкий стан, необхідно при виборі технічних засобів для управління конкретним об'єктом виходити з умови

    Тсум? Т0? 015toymm (4)

    або

    Тсум? Те? 0,1ТОУmin '(5)

    де

    Тсум = X (ТАЦП + а | Твич) k + ТАПД, (6)

    k = 1

    а - коефіцієнт, що враховує час на повторний розрахунок керуючих впливів і порівняння результатів для підвищення надійності обчислень, to.,

    Іу min

    - мінімальне з усіх значень величин транспортного запізнювання в каналах парогенератора, тоу - мінімальне з усіх значень величин постійних

    часу каналів парогенератора. За остаточне значення Те приймається

    менше, обчислене по (4) або (5). При цьому поведінка цифрової системи управління буде наближатися до поведінки аналогової.

    Похибки методу, пов'язані з чисельними алгоритмами обчислень інтегралів і похідних, при управлінні "повільними" об'єктами, такими як парогенератор, будуть малі на стільки, що їх можна не враховувати.

    Особливу небезпеку становить трансформована похибка, що залежить від коефіцієнтів алгоритмів управління і від величини похибок уявлення сигналів g і у. Щоб трансформована похибка не пре-

    вишу похибок зазначених сигналів, необхідно застосувати масштабування алгоритмів управління з тим, щоб їх коефіцієнти не перевищували одиниці. Вибір параметрів регуляторів для каналів парогенератора показав, що перераховані вище вимоги виконуються.

    Зауважимо, що похибки обчислень в АЛУ НЕ будуть накопичуватися, якщо сигнали зворотних зв'язків у по каналах управління (рис. 4) будуть замикатися на кожному кроці дискретності 70, оскільки система спроектована стійкою зі статичної помилкою, яка дорівнює нулю [3].

    Результати моделювання багатоконтурною системи управління парогенератором (рис. 4) в пакеті МаІЬаЬ підтвердили всі теоретичні передумови. На рис. 5 представлені графіки технологічних змінних при завданні [1]: за процентним вмістом кисню О2 = 1% (рис. 5, а), по розрідженню Бт = 25 Па (рис. 5, б), по тиску пари в магістралі Рм = 3 кПа (рис. 6).

    а) б)

    Мал. 5

    Мал. 6

    Важливо відзначити, що в спроектованої цифровий системі управління зміна навантаження на парогенератор не впливає на усталені значення зазначених параметрів (рис. 6), що пояснюється використанням коригуючого регулятора (регулятор кисню на рис. 4), який дозволяє забезпечити необхідний відповідно до критерію економічності процесу горіння витрата повітря по відношенню до витрати палива. Цей же критерій лежить в основі алгоритмів розрахунку в ПК (рис. 2) завдань кожному регулятору.

    Використання мікроконтролерів для реалізації алгоритмів керування нижнього рівня (1) в порівнянні з промисловими регуляторами спрощує

    структуру мережевого обміну з ПК, на яких реалізуються автоматизовані робочі місця (АРМ) диспетчера, і розширює можливості по використанню складних оптимальних алгоритмів управління парогенераторами.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Плетньов Г.П. Автоматизовані системи управління об'єктами теплових електростанцій: Підручник для вузів. - 2-е изд., Перераб. І доп. - М .: Изд-во МЕІ, 1995. - 352 с.

    2. Бесекерскій В.А., Ізранцев В.В. Системи автоматичного управління з мікроЕОМ. -М .: Наука. Гл. ред. фіз.-мат. лит. 1987.

    3. П'явченко Т.А. Алгоритми первинної обробки інформації. Известия ТРТУ. Тематичний випуск: Матеріали Всеросійської науково-технічної конференції з міжнародною участю "Комп'ютерні та інформаційні технології в науці, інженерії та управлінні". - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005, №1 (45).

    П'явченко Таміла Олексіївна,

    Технологічний інститут федерального державного освітнього уч -режденія вищої професійної освіти «Південний федеральний університет» в г.Таганрог E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    347928, Таганрог, пров. Некрасовський, 44 Тел .: +7 (8634) триста сімдесят одна тисяча шістсот дві Карась В'ячеслав Михайлович

    Технологічний інститут федерального державного освітнього уч -режденія вищої професійної освіти «Південний федеральний університет» в г.Таганрог E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. .

    Pyavchenko Тamila А! Ек8ееуш

    Taganrog Institute of Technological - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education «Southern Federal University»

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia Phone: +7 (8634) триста сімдесят одна тисяча шістсот дві

    Karas Vyicheslav Mihailovich

    Taganrog Institute of Technological - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education «Southern Federal University»

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    УДК 65.012.122

    В.Ф. Беккер

    СИСТЕМНИЙ ПІДХІД ДО УПРАВЛІННЯ НЕПРЕРИВНОДІСКРЕТНИМ ВИРОБНИЦТВОМ губчастого титану

    Розглянуто методологію системного підходу до управління непреривнодіскретним виробництвом губчастого титану. Актуальність роботи визначається необхідністю поліпшення якості складного багатовимірного і багаторівневого управління. Системний аналіз внутрішньої структури розподіленого об'єкта управління і взаємодії його з зовнішнім середовищем, яка задає умови функціонування, забезпечує планомірне вирішення ієрархії взаємозалежних завдань і розширює обрій прогнозу.


    Ключові слова: АЛГОРИТМИ УПРАВЛІННЯ / ПОХИБКИ ОБЧИСЛЕНЬ / Крок дискретності / компенсує РЕГУЛЯТОР / ALGORITHMS OF CONTROL / INACCURACY OF CALCULATIONS / STEP OF DISCONTINUITY / CORRECTING REGULATOR

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити