RU159833U1

RU159833U1 - Система автоматического регулирования уровня воды в барабане котла

Info

Publication number: RU159833U1
Application number: RU2015125817/06U
Authority: RU
Inventors: Евгений Леонидович Еремин; Денис Алексеевич Теличенко
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-02-20

Abstract

Система автоматического регулирования уровня воды в барабане парового котла, содержащая барабан котла с трубопроводом питательной воды, датчик уровня, установленный в барабане, исполнительный блок, установленный на трубопроводе питательной воды и изменяющий количество поступающей в барабан питательной воды, задатчик уровня, отличающаяся тем, что дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента типа зона нечувствительности, первого интегратора, второго умножителя, второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора, и стабилизирующее устройство, состоящее из третьего сумматора, третьего интегратора, второго блока задания коэффициентов; при этом выход задатчика связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика уровня; вход датчика уровня соединен с объектом регулирования; третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства; выход адаптивного регулятора соединен с входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного блока; выход исполнительного блока связан с входом объекта; 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

Description

Полезная модель относится к системам управления паровыми котлами и может использоваться для автоматического управления барабанными паровыми котлами, в частности для задач регулирования уровня воды в барабане котла.

Широко известна трехимпульсная система автоматического регулирования температуры питания котла водой [Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике / Г.П. Плетнев. - 4-е изд., стереот. - М: Издательский дом МЭИ, 2007. - С. 222] содержащая котел, датчик уровня, датчик расхода перегретого пара, датчик расхода питательной воды, регулятора и связи между ними.

Недостатком этой системы является необходимость в нескольких датчиках, а так же низкое качество работы при изменении параметров объекта.

Известна так же адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием [Патент RU 2459226 МПК G05B 13/02, 2006.01], содержащая объект регулирования, объект регулирования, задатчик, пять интеграторов, пять сумматоров, три блока задания коэффициентов, два умножителя и связи между ними.

Недостатками такой системы является сложность основного контура управления (адаптивный регулятор с алгоритмами самонастройки) который можно упростить без существенного ухудшения качества работы.

Прототипом предлагаемого решения является система автоматического регулирования уровня воды в барабане барабанного котла [Патент RU 36874 МПК F22B 35/00, 2006.01], содержащая барабан барабанного котла с трубопроводом питательной воды, датчик уровня, установленный в барабане, исполнительный блок, установленный на трубопроводе питательной воды и изменяющий количество по ступающей в барабан питательной воды, задатчик уровня и последовательно соединенный с ним фильтр, выполненный в виде апериодического блока, регулятор уровня, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, выход которого соединен с входом исполнительного блока, а первый и второй входы соединены соответственно с выходом фильтра и выходом датчика уровня, корректирующий блок, включенный между выходом регулятора уровня и входом исполнительного блока.

Недостатком этой системы является плохое качество работы при существенном изменении параметров объекта и наличии возмущений (в случае изменения нагрузки котла, паропроизводительности, шлаковании топки, изменении давления в барабане и магистрали), что имеет место для котлов высокого давления с кипящим и не кипящим экономайзером работающих на общую паровую магистраль в условиях низкого качества топлива и режимах работы, отличных от нормальных.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. в улучшении 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 барабан котла с трубопроводом питательной воды, датчик уровня, установленный в барабане, исполнительный блок, установленный на трубопроводе питательной воды и изменяющий количество поступающей в барабан питательной воды, задатчик уровня, дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента (зона нечувствительности), первого интегратора, второго умножителя, второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора, и, стабилизирующее устройство, состоящее из третьего сумматора, третьего интегратора, второго блока задания коэффициентов.

При этом выход задатчика связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика уровня. Вход датчика уровня соединен с объектом регулирования. Третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства. Выход адаптивного регулятора соединен с входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного блока. Выход исполнительного блока связан с входом объекта. 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 связан с первым входом второго 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 адаптивного регулятора. Вход стабилизирующего устройства связан с выходом адаптивного регулятора и первым входом третьего сумматора, второй вход третьего сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов. Выход третьего сумматора связан с входом третьего интегратора, выход третьего интегратора связан с входом второго блока задания коэффициентов 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. З показана блок схема стабилизирующего устройства.

Блок схема системы автоматического регулирования, представленная на фиг. 1 состоит из: объекта регулирования 1, датчика уровня 2, задатчика уровня 3, адаптивного регулятора 4, стабилизирующего устройства 5, исполнительного блока 6.

Блок-схема адаптивного регулятора 4, представленная на фиг. 2 состоит из: первого сумматора 7, первого умножителя 8, нелинейного элемента типа зона нечувствительности 9, первого интегратора 10, второго умножителя 11, второго сумматора 12, первого блока задания коэффициентов 13, второго интегратора 14.

Блок-схема стабилизирующего устройства 5, представленная на фиг. 3 состоит из: третьего сумматора 15, третьего интегратора 16, второго блока задания коэффициентов 17.

Обобщенным объектом регулирования является барабан парового котла с трубопроводом питательной воды, датчиком уровня и исполнительным блоком, установленным на трубопроводе питательной воды и изменяющим количество поступающей в барабан питательной воды, описываемые в виде

где y(p) - скалярный выход объекта; u(p) - скалярное управление; p=d/dt - оператор дифференцирования; τ=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; a(p) и b(p) - гурвицевы полиномы.

Стабилизирующее устройство описывается передаточной функцией вида:

где q(p) - выход стабилизирующего устройства, K₁>0, T₁>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.

Адаптивный регулятор состоит из линейной и нелинейной части:

где g(f) - выход нелинейной части; W_L(p) - передаточная функция линейной части адаптивного регулятора, которая имеет вид:

где K>0, T>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.

Выход нелинейной части g(t) формируется следующим образом:

где r - сигнал с выхода задатчика температуры, c(t) - параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом:

где h>0 - постоянное число, определяющие настройку процесса адаптации; θ(t) - выход нелинейного элемента типа зона нечувствительности определяемый как

где e(t)=r-y(t)-q(t) - ошибка системы; Δ - величина зоны нечувствительности нелинейного элемента.

Система функционирует следующим образом.

Выходной сигнал U₃=r задатчика уровня 3 поступает на первый вход адаптивного регулятора 4. На второй вход адаптивного регулятора 4 поступает сигнал U₂=y с выхода датчика уровня 2, на вход которого подается сигнал U₁, с выхода объекта регулирования 1. На третий вход адаптивного регулятора 4 подается сигнал U₅=q с выхода стабилизирующего устройства 5, на вход которого поступает сигнал U_А=u с выхода адаптивного регулятора 4. Выход адаптивного регулятора 4 в виде сигнала U₄=u подается на вход исполнительного блока 6. С выхода исполнительного блока 6 сигнал U₆ поступает на вход объекта 1, на который может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям

На фиг. 2 первый сумматор 7 осуществляет алгебраическое сложение с соответствующими знаками трех входов адаптивного регулятора и формирует сигнал U₇=e=r-y-q, который подается на первый вход первого умножителя 8, на второй вход которого подается сигнал U₃=r. Сигнал U₈=e·r с выхода первого умножителя 8 подается на вход нелинейного элемента 9. Сигнал U₉=θ с выхода нелинейного элемента 9 подается на первый интегратор 10, где интегрируется и в виде U₁₀=c поступает на первый вход второго умножителя 11, на второй вход которого подается сигнал U₃=r. Сигнал U₁₁=g с выхода второго умножителя 11 подается на первый вход второго сумматора 12, на второй вход которого подается сигнал с выхода второго интегратора 14, который в свою очередь формируется путем интегрирования сигнала U₁₃=U₄=u с постоянным коэффициентом K/T. Сигнал с выхода второго сумматора U_n подается на вход первого блока задания коэффициентов 13, в котором он умножается на коэффициент K/T, так что блоки 12, 13 и 14 реализуют линейную часть адаптивного - формула (4).

На фиг. 3 третий сумматор 15 осуществляет сложение сигналов U₄=u и U₁₇=q·T₁/K₁. Сигнал с выхода третьего сумматора U₁₅ поступает на вход третьего интегратора, где интегрируется с постоянным коэффициентом K₁/T₁. Сигнал U₁₆=U₅=q с выхода третьего интегратора 16 подается на вход второго блока задания коэффициентов 17 и на выход стабилизирующего устройства, так что блоки 15, 16 и 17 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 и наличии возмущений, при относительно простой реализации контура управления.

Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.

Claims

Система автоматического регулирования уровня воды в барабане парового котла, содержащая барабан котла с трубопроводом питательной воды, датчик уровня, установленный в барабане, исполнительный блок, установленный на трубопроводе питательной воды и изменяющий количество поступающей в барабан питательной воды, задатчик уровня, отличающаяся тем, что дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента типа зона нечувствительности, первого интегратора, второго умножителя, второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора, и стабилизирующее устройство, состоящее из третьего сумматора, третьего интегратора, второго блока задания коэффициентов; при этом выход задатчика связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика уровня; вход датчика уровня соединен с объектом регулирования; третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства; выход адаптивного регулятора соединен с входом стабилизирующего устройства и входом исполнительного блока; выход исполнительного блока связан с входом объекта; 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 связан с первым входом второго 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 адаптивного регулятора; вход стабилизирующего устройства связан с выходом адаптивного регулятора и первым входом третьего сумматора, второй вход третьего сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов; выход третьего сумматора связан с входом третьего интегратора, выход третьего интегратора связан с входом второго блока задания коэффициентов и с выходом стабилизирующего устройства.