CC BY
7
УДК 62-55
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Е. С. Иванов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: burdilena@sibsau.ru
Рассматриваются различные варианты построения систем управления тепловыми процессами, обеспечивающих поддержание температуры в условиях нестационарных возмущений, одним из проявлений которых являются ложные срабатываниям регулятора.
Ключевые слова: объект управления, регулятор, передаточная функция, закон регулирования, нестационарные возмущения.
FEATURES OF CONSTRUCTION OF THERMAL LOAD REGULATORS IN CONDITIONS OF NONSTATIONARY PERTURBATIONS
E. S.Ivanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: burdilena@sibsau.ru
In the article various variants of construction of control systems of thermal processes providing temperature maintenance in conditions of nonstationary disturbances are considered, one of the manifestations of which are false alarms of the regulator.
Keywords: control object, regulator, transfer function, control principle, nonstationary perturbations.
Введение
Теплоэнергетика является отраслью промышленности, в которой автоматизация производства тепловой и электрической энергии, обеспечивается системами автоматического регулирования. Проблемными вопросами условий эксплуатации являются нестационарность объекта управления, функционирование в условиях неконтролируемых возмущений, запаздывание и т. п. [1-3].
На ТЭЦ различают системы регулирования паровых котлов, защиты, управления вредными выбросами, а также системы регулирования вспомогательными процессами и установками. Полная система управления имеет иерархическую структуру, на верхнем уровне, которой расположен главный регулятор, отвечающий за работоспособность всего технологического комплекса. Нижний уровень образуют системы регулирования параметрами тепловой нагрузки, воздуха, разряжения, загрузки мельниц, температуры аэросмеси, первичного воздуха, перегретого пара, питания и т. д.
Основное внимание в настоящее время при разработке и эксплуатации уделяется вопросам настройки промышленных регуляторов [4]. Интерес представляют применение и настройка ПИД-регуляторов, а также использование современных достижений в области адаптации, обучения, нечеткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов, составляющих основу интеллектуальных систем управления, которые являются особенно полезными при функционировании в условиях априорной неопределённости относительно объекта управления или в условиях нестационарных возмущений.
Секция «Математические методы моделирования, управления и анализа данных»
Постановка проблемы
Регулятор тепловой нагрузки (РТН) в стационарном (базовом) режиме работы предназначен для поддержания теплового баланса котла в соответствии с задающей величиной. Нарушения теплового баланса котла происходят за счет внутренних и внешних возмущений. К внутренним относятся возмущения, связанные с самопроизвольными изменениями характеристик топлива (теплоты сгорания) и его расхода (зависание топлива в печках и т. п.). К внешним относятся возмущения, связанные с изменением количества потребляемого пара. Показателем этого несоответствия является изменение давления пара в главной паровой магистрали (ГПМ). Структурная схема объекта представлена на рисунке.
1 > Рм 1
КОТЕЛ ©V гпм \
Рь ~ ~— . _ - _ ч Рм
- N4 Т г _ . — —
Структурная схема объекта: ГПМ — главная паровая магистраль; 2об.псу — входное воздействие (суммарные обороты ПСУ (паросиловая установка)); Qy - объёмный расход пара, измеряемый датчиком; Рб - давление в барабане
котла, температура пара за котлом; РМ - давление в главной паровой магистрали; - внутренние возмущения котла; - возмущения в ГПМ, КОТЁЛ - управляемый объект
Входным воздействием на КОТЕЛ является величина Хоб.ПСУ, характеризующая количество подаваемого топлива в котел. Количество производимого пара Qy с параметрами Рб и Тп характеризует количество выделяемого тепла в топке котла. В составе внутренних возмущений содержаться такие величины, как калорийность топлива и реальный расход топлива на котел [2].
Входным воздействием на ГПМ является количество производимого пара Qy с параметрами Рб и Тп, выходным - РМ. Внешними возмущениями для ГПМ, влияющими на РМ являются расходы пара с других котлов, расходы пара на турбины, расходы пара на редукционные установки. Возникает задача разработки системы управления, обеспечивающей работу в условиях возмущений различного типа [1].
Законы регулирования
В большинстве случаев для моделирования объекта управления регулирования тепловой нагрузки удовлетворительной является математическая модель, представленная динамическим колебательным звеном второго порядка.
Промышленные регуляторы используют универсальный закон регулирования, основанный на принципе обратной связи, когда система охватывается обратной связью. Преимуществом данного подхода является достижение малых ошибок, придавая свойство астатизма системе, обладание адаптивными свойствами, поскольку отработка помех и возмущений происходит независимо от происхождения помех и возмущений в системе. Недостаток такого принципа управления заключается в обеспечении устойчивости в замкнутой системе регулирования, что решается коррекцией её свойств [5].
Общепринятый подход в построении систем управления заключается в применении законов управления, основанных на пропорционально-интегральном (ПИ) и пропорционально-интегрально-дифференциальном (ПИД) законах регулирования. Проблема использования ПИД регулятора является необходимость настройки его коэффициентов.
Регуляторы способные подстраивать характеристики регулятора в условиях изменения своих параметров называются адаптивными. Адаптивная система строится по иерархическому принципу, в соответствии с которым система управления должна иметь как минимум два уровня.
На верхнем уровне расположено устройство, реализующее непосредственно алгоритм адаптивного управления, изменяющий вектор настроечных параметров управляющего устройства, на нижнем уровне.
Заключение
Рассмотрены варианты построения системы управления котлом ТЭЦ, применяемой для поддержания теплового баланса котла в соответствии с задающей величиной. Установлено, что математическая модель системы регулирования может быть представлена динамическим звеном второго порядка с колебательными свойствами. Система автоматического управления кроме объекта управления содержит регулятор. Промышленные регуляторы построены по закону ПИД управления. В случае нестационарных нагрузок и неконтролируемых возмущений должен быть применен адаптивный регулятор.
Библиографические ссылки
1. Богданов А. В. Программная реализация нечеткого регулятора в системе управления парового котла ТЭС для адаптации пид-регулятора [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=23149 (дата обращения: 25.03.2018).
2. Культяев С. Г. Сравнительный анализ и оптимизация методов регулирования совмещенной тепловой нагрузки [Электронный ресурс] // Интернет-журнал «Науковедение». 2017. Том 9, № 2. http://naukovedenie.ru/PDF/61TVN217.pdf (дата обращения: 12.03.2018).
3. Павленко Е. Н. Особенности управления и моделирования технологических процессов в паровых котлах в условиях неопределенности // Известия ЮФУ. Технические науки. 2008. № 4. С. 184-188.
4. Иванов Н. С., Беспалов В. И., Лопатин Н. С. Математическая модель оптимизации краткосрочных режимов работы ТЭЦ в условиях конкурентного рынка // Известия Томск. политех. ун-та. 2008. Т. 313, № 4. С. 37-40.
5. Еремин Е. Л., Теличенко Д. А. Автоматизированная система регулирования расхода топлива на ТЭЦ // Автоматизированные системы и комплексы. 2011. № 2 (28). С. 157-168.
© Иванов Е. С., 2018
