CC BY
115
УДК 622.532:004.4.
А.Е. Медведев, К.П. Волыков
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДАЧЕЙ УГЛЯ В ТОПКУ ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА
Водогрейные котлы являются важнейшими элементами в системах отопления и горячего водоснабжения. Эти котлы могут работать на различных видах топлива - газе, мазуте, угольной пыли, кусковом угле. В связи с постоянно растущими ценами на газ и мазут актуальна замена этих дорогих энергоносителей более дешевым угольным топливом, особенно для Кузбасса, являющегося крупнейшим производителем угля в России.
Для повышения эффективности функционирования водогрейных котлов, работающих на кусковом угле, в работе [1] предлагается современная система автоматического регулирования режима работы котла, содержащая подсистемы регулирования подачи воздуха в топку, температуры горячей воды на выходе котла, разряжения в топке котла и скорости движения колосниковой решетки.
Возможны различные способы автоматического управления подачей угля в топку, выполненные на принципе стабилизации на заданном уровне параметров: а) расхода угля; б) температуры в топке; в) температуры горячей воды на выхо-
де котла; г) тепловой нагрузки котла. Практический интерес представляет САУ подачей угля в топку (рис. 1), в которой объединены варианты б) и г) в каскадную систему автоматического регулирования температуры горячей воды на выходе котла с автоматической коррекцией уставки по температуре наружного воздуха (окружающей среды).
Управляющая часть системы - сумматоры Е1 и Е2, автоматические регуляторы РГВ и РТ выполнены программным способом на базе программируемого логического контроллера ПЛК. Уставка УСТ температуры горячей воды на выходе котла формируется персональным компьютером ПК оператора котельной установки.
Температуры нагрева воды в котле заданная и фактическая вычисляются сумматорами в зависимости от температуры наружного воздуха по выражениям:
Т =УСТ-Т
1 НЗ ^1 1 НВИ ’
Т = Т — Т
1НФ 1 ГВИ 1 НВИ
(1)
(2)
АРМ
оператора
т
НВ
Рис. 1. САУ подачей угля в топку котла: ПК - персональный компьютер оператора котельной; ПЛК -программируемый логический контроллер; Е1, Е2 - сумматоры сигналов; ДНВ, ДТ, ДГВ - датчики температуры, соответственно, наружного воздуха, в топке котла, горячей воды; РГВ, РТ - автоматические регуляторы температуры, соответственно, горячей воды и в топке; ПУ- питатель угля; ВПК-ТГВ -водонагревательная поверхность котла - трубопровод горячей воды на выходе котла; ТГВ, ТТ, ТНВ - температура, соответственно, горячей воды, в топке котла, наружного воздуха; ТГВИ, ТТИ, ТНВИ - измеренные значения температуры, соответственно, горячей воды, в топке котла, наружного воздуха; ТНЗ, ТНФ -заданная и фактическая температура нагрева воды в котле; ТТЗ - заданная температура в топке котла; и - сигнал управления питателем угля; ЕУ - расход (подача) угля в топку; /1 - эквивалентное возмущающее воздействие, включающее в себя показатели качества угля (крупность, влажность, зольность);
/2 - эквивалентное возмущающее воздействие, определяемое расходом горячей воды, состоянием трубопровода.
124
А.Е. Медведев, К.П. Волыков
Рис. 2. Программа управления подачей угля в топку
В процессе моделирования каскадной САР температуры горячей воды [2] установлено, что автоматические регуляторы РГВ и РТ должны реализовать, соответственно, ПИД и ПИ законы регулирования. Выходной сигнал ПИД-регулятора рассчитывается по формуле:
1 ДЕ 1 п
Ург = (Ег + ТД Д 1 0 ДИЗМ ) (3)
х Д/ т .=0
Лр ИЗМ СИ
где Хр - полоса пропорциональности регулятора (хр=1/кр);
Е. - рассогласование;
Тд, Ти - постоянные времени дифференцирования и интегрирования;
ЛЕ - разность между соседними измерениями Е. и Е.-1;
п
0 Е. - накопленная в г-ый момент времени
г=0
сумма рассогласований (интегральная сумма);
Л/ИЗМ - время между двумя соседними измерениями регулируемого параметра.
Как видно из (3) сигнал управления является суммой трех составляющих: пропорциональной (1-е слагаемое), дифференциальной (2-е слагаемое) и интегральной (3-е слагаемое). Полагая в выражении Тд = 0, получим ПИ-закон регулирования.
Для реализации САУ режимом работы водогрейного котла, включающей и систему управления подачей угля в топку, принимается отечественный контроллер ОВЕН ПЛК 150. К его достоинствам следует отнести надежную среду про-
граммирования СоБе8уБ, поставляемую бесплатно, работу в сети с использованием 3-х встроенных интерфейсов Е3485/Я8232/Е/Иегпе/, наличие аналоговых и дискретных входов/выходов, возможность их расширения путем подключения удаленных модулей ввода/вывода, высокую производительность и относительно низкую стоимость.
Система программирования СоБе8уБ сегодня является самым распространенным в Европе инструментом создания управляющих программ. Система включает 5 специализированных редакторов для каждого из стандартных языков программирования: список инструкций (1Ь), функциональные блоковые диаграммы (БББ), релейноконтактные схемы (ЬБ), структурированный текст (8Т), последовательные функциональные схемы (8БС). Помимо средств подготовки программ СоБе8уБ включает встроенный отладчик, эмулятор, инструменты визуализации и управления проектом, конфигураторы контроллера и сети, библиотеки наиболее популярных функций, например таких, как регуляторы, сумматоры и др. СоБе8уБ компилирует прикладные программы в машинный код, поэтому создаваемые пользователем Программы имеют наивысшее быстродействие.
Управляющая программа для САУ подачей угля в топку котла, реализующая логику управления температурой горячей воды по каскадной схеме с учетом температуры наружного воздуха (см. рис. 1), представлена на рис. 2. Программа написана на языке БББ с использованием стандартных функциональных боков библиотеки
CoDeSys - блоков вычитания и ПИД-
регулирования.
Входы/выходы функционального блока ПИД-регулирования:
PV: REAL - значение регулируемой величины (сигнал обратной связи, приходящей с датчика);
PV_TIME: WORD - время получения значений регулируемой величины (циклическое время), используется для вычисления интегральной и дифференциальной составляющих;
SP: REAL - уставка регулятора;
PB: REAL - полоса пропорциональности (в единицах регулируемой величины) - величина, обратная коэффициенту пропорциональности регулятора;
TI: DINT - постоянная интегрирования (4байтовое целое число со знаком, в секундах);
TD: REAL - постоянная дифференцирования;
IMIN: REAL - минимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до +100%;
IMAX: REAL - максимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до +100%;
OUT: REAL - выходной сигнал регулятора, от -100 до +100% относительной мощности.
Блоки вычитания SUB вычисляют по выражениям (1,2) температуры нагревания воды в котле заданную и фактическую. Входы/выходы этих блоков представлены данными типа REAL.
Блоки MAX предназначены для выделения только положительных значений выходных сигналов регуляторов, так как последние функционируют с исполнительным механизмом (питатель угля) типа «Нагреватель».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Медведев А.Е., Волыков К.П. Автоматическое регулирование режима работы водогрейного котла со слоевой угольной топкой // // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. - №3. С. 65-68.
2. Медведев А.Е., Волыков К.П. Исследование САР температуры горячей воды на выходе водогрейного котла // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. №4. С.38-41.
□ Авторы статьи:
Медведев Алексей Елисеевич
- канд. техн. наук, доц. каф. электропривода и автоматизации Куз-ГТУ, тел.: 8(384-2)58-23-29
Волыков Кирилл Павлович
- студент группы ЭА-051 КузГТУ, тел.: 8(384-2)28-44-62
