Матвеев 2.0. Курсовой проект по дисциплине Автоматизированные системы управления судовых энергетических установок

• Название: Курсовой проект по дисциплине Автоматизированные системы управления судовых энергетических установок
• Дата: 18.03.2022
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: Матвеев 2.0.docx
• Тип: Курсовой проект; #402702
• страница: 2 из 3

1.7 Функциональная схема системы автоматического регулирования

Ф ункциональная схема системы автоматического регулирования представляет собой совокупность функциональных блоков (рисунок 2), выполняющих определенные функции.






Рис. 7. Функциональная схема системы автоматического регулирования.

Главными элементами системы автоматического регулирования являются следующие функциональные блоки:

1. 
   Измерительное устройство (ИУ) - вычисляет разность £ между заданным фз и измеренным фи значениями регулируемой величины (уровень воды в пароводяном барабане котла) и формирует ошибку регулирования ц (угол поворота валика мембранного измерительного устройства);
   
2. 
   Усилитель (У) - за счет энергии внешнего источника (вода подаваемая в усилительное водяное реле) усиливает сигнал ошибки регулирования п, до величины а (давление на выходе из приемных сопел усилительного водяное реле), достаточной для управления исполнительным устройством (поршневым сервомотором);
   
3. 
   Исполнительный механизм (ИМ) - преобразует выходной сигнал усилителя а в перемещение регулирующего органа g(перемещение поршня сервомотора);
   
4. 
   Регулирующий орган (РО) - воздействует (перемещение штока
   
5. 
   клапана подачи питательной воды) на объект регулирования путем изменения его пропускной способности g;
   
6. 
   Объект регулирования (ОР) - устройство (пароводяной барабан котла), в котором осуществляется технический процесс, подлежащий регулированию.
   
7. 
   Жесткая обратная связь (ЖОС) - связь (пружина, контролирующая действие усилительного водяного реле), при которой в любой момент времени на вход усилителя (усилительного водяного реле) поступает сигнал цос пропорциональный выходному сигналу исполнительного механизма (поршня сервомотора) g.
   

Выбор оптимальных параметров системы автоматического регулирования

1.8 Получение передаточных функций объекта регулирования

На отклонение уровня воды в пароводяном барабане котла одновременно влияют материальный и энергетический балансы.

Поэтому с достаточной для решения практических задач точностью судовой паровой котел, как объект регулирования, может рассматриваться как двухъемкостный объект, состоящий из двух параллельно соединенных функциональных блоков (рисунок 3):

1. 
   Интегрирующий блок (ИБ) - блок в котором входной величиной является баланс подвода воды gи отвода пара X, а выходной величиной является уровень воды в пароводяном барабане котла фв1;
   
2. 
   Апериодический блок (АПБ) - блок в котором входной величиной является изменение давления пара фп, а выходной величиной является уровень воды в пароводяном барабане котла фв2.
   

Рис. 8. Функциональная схема объекта регулирования.

В соответствии с функциональной схемой объекта регулирования могут быть получены его передаточные функции его элементов:

П
ередаточная функция элемента сравнения может быть представлена следующим операторным уравнением:

Передаточная функция интегрирующего блока может быть представлена следующим операторным уравнением:

Передаточная функция апериодического блока может быть представлена следующим операторным уравнением:

В результате подстановки может быть получено выражение вида:

В результате динамика уровня воды в пароводяном барабане котла может быть

описана следующим операторным уравнением:

Т1 ∗𝑝∗ (𝑇2 ∗𝑝 + 1) ∗𝜑_в = (Т2 ∗𝑝 + 1) ∗𝐾_эс∗ (𝑔 – 𝜆) − 𝐾∗𝑇1 ∗𝑝∗𝜑_n

Динамика уровня воды в пароводяном барабане котла может быть описана следующим дифференциальным уравнением:

В вышеприведенных уравнениях: ф_в - относительное приращение уровня воды впароводяном барабане котла; фп - относительное приращение давления пара на выходе из котла; g- относительное изменение пропускной способности питательного клапана котла (влияет на количество воды поступающей в котел); X - относительное изменение пропускной способности маневрового клапана турбины (влияет на количество пара уходящего из котла);

Т i- время разгона котла по уровню воды; Т 2 - время разгона котла по набуханию; K- безразмерный коэффициент усиления, связывающий перемещение маневрового клапана турбины со скоростью парообразования; К_эс - безразмерный коэффициент усиления элемента сравнения.

Расчет численных коэффициентов передаточных функций объекта Регулирования
Основными численными коэффициентами, входящими в состав передаточных функций объекта регулирования, являются безразмерные коэффициенты усиления K и К_эс, время разгона котла по уровню воды T₁, а также время разгона котла по набуханию Т₂.

Коэффициент усиления К=0,90 – принимается из опыта эксплуатации

Коэффициент усиления К_эс=1,00 – принимается из опыта эксплуатации

Время разгона котла по уровню воды – максимальное время, на которое хватит объема, заключенного между верхним и нижним допустимыми уровнями воды в котле, при максимальном расходе пара и отсутствии подачи воды.

Паропроизводительность котла, D:

D = 250 кг / ч – задано по условию.

Паропроизводительность зеркала испарения котла, R:

R = 740,00 кг /(м² × ч) – задано по условию.

Коэффициент нагруженности котла, d:

d = 50,00 % – задано по условию.

Максимальное изменение уровня котловой воды, Δh:

Dh = 0,8м – задано по условию.

Плотность котловой воды, ρ_в:

900,00 кг / м³ в r = – принимается из опыта эксплуатации.

Плотность перегретого пара, ρ_п:

5,00 кг / м³ п r = – принимается из опыта эксплуатации.

Площадь зеркала испарения котла, F:
F = * = 0.16 м²
Время разгона котла по уровню воды, Т₁:
Т1 = F* =0.968ч =3483 с
Время разгона котла по набуханию – максимальное время, необходимое на изменение уровня воды в котле вследствие изменения объема пароводяной смеси при резком нарушении режима работы котла.
Объем пара под зеркалом испарения котла, V:

V = F × ∆h = 0,43× 0,50 ≈ 0,135 м³ .
Время разгона котла по набуханию, Т₂:
Т2 = V* =0.876 ч =3154 с
Передаточная функция интегрирующего блока:
W_έὰ =


Передаточная функция апериодического блока:

W_ὰά =


На основании вышесказанного следует отметить, что изменение давления пара существенно влияет на уровень воды в пароводяном барабане котла, тогда как изменение уровня воды на давление пара в котле не влияет. Следовательно, свойством саморегулирования по уровню воды судовой паровой котел не обладает.

Получение передаточных функций регулятора

В соответствии с функциональной схемой регулятора системы автоматического регулирования (рисунок 4) могут быть получены передаточные функции его элементов.

В соответствии с функциональной схемой регулятора системы автоматического регулирования (рисунок 4) могут быть получены передаточные функции

его элементов.



Рисунок 9. Функциональная схема регулятора.

Динамика измерительного устройства может быть описана следующим операторным уравнением:

е=K_цу*ξ
Динамика элемента сравнения может быть описана следующим операторным уравнением:

η=К_эс*(е-µ_ос)

Динамика усилителя может быть описана следующим операторным уравнением:

=К_у*η

Динамика исполнительного механизма может быть описана следующим операторным уравнением:

Т_им*р*µ=

Динамика регулирующего органа может быть описана следующим операторным уравнением:

g=K_po*µ

Динамика жесткой обратной связи может быть описана следующим операторным уравнением:

µ_oc=K_oc*µ

Передаточная функция измерительного устройства имеет вид:

W _иу(p) = K _иу

Передаточная функция элемента сравнения имеет вид:

W _эс(p) = K _эс

Передаточная функция усилителя имеет вид:

W_y(p)= K_y

Передаточная функция исполнительного механизма имеет вид:



Передаточная функция регулирующего органа имеет вид:

W _ро(p) = K _ро

Передаточная функция жесткой обратной связи имеет вид:

W _оc(p) = K _оc


Расчет численных коэффициентов передаточных функций регулятора

Основными численными коэффициентами, входящими в состав передаточных функций регулятора, являются безразмерные коэффициенты усиления Киу, Кэс, Ку, Кро, Кос, и время перемещения поршня сервомотора Тим.

Коэффициент усиления, К_иу:

K_иу = 15,00 - принимается из опыта эксплуатации. Коэффициент усиления, К_эс:

K_эс = 1,00- принимается из опыта эксплуатации. Коэффициент усиления, К_у:

K_у = 50,00- принимается из опыта эксплуатации. Коэффициент усиления, К_ро:

K_ро = 1,00- принимается из опыта эксплуатации. Коэффициент усиления, Кос:

K
T_им = 25,00 c- принимается из опыта.

_ос = 1,00- принимается из опыта эксплуатации. Время перемещения поршня сервомотора, Т_им:
Возможные неисправности регулятора системы автоматического регулирования и способы их устранения

Наиболее характерным эксплуатационным износом элементов регулятора системы автоматического регулирования является увеличение их нечувствительности ввиду загрязнения или повреждения подшипниковых узлов, нарушения плотности клапанов сальников и т.д. Старение пружин регулятора приводит к потере их упругих свойств.

Планово-предупредительные осмотры и ремонты регулятора системы автоматического регулирования производятся для своевременного обнаружения повреждений и дефектов. Различают: ежедневные осмотры, ежемесячные осмотры, полугодовые осмотры и ремонты, ежегодные осмотры и ремонты. Если регулятор поддерживает слишком высокой уровень воды в котле, хотя его перенастройка не производилась, это означает, что порвана мембрана уровня воды и ее следует заменить.Настройка регулятора системы автоматического регулирования заключается в регулировании величины настроечного параметра и приведение его к норме, установленной в ходе наладки опытных образцов.

Возможные неисправности регулятора системы автоматического регулирования:

1. 
   Утечки рабочих жидкостей вследствие неисправности уплотнений трубопроводов;
   
2. 
   Заедание поршня сервомотора;
   
3. 
   Износ трущихся частей;
   
4. 
   Загрязнение каналов грязью.
   

Наладка регулятора системы автоматического регулирования

Для наладки регулятора системы автоматического регулирования используется алгоритмический метод.

Порядок наладки регулятора системы автоматического регулирования:

1. 
   Объект регулирования с включенным регулятором выводится на постоянную нагрузку Ро

50%Рн;

Устанавливается минимально возможное значение коэффициента усиления регулятора К_р;

Проверяется, что система автоматического регулирования находится на установившемся режиме;

Нагрузка объекта регулирования изменяется на небольшую величину AP 10Р_н ...15%-Р н;

Регистрируется изменение регулируемой величины до выхода системы автоматического регулирования на установившийся режим;

Устанавливается начальная нагрузка объекта регулирования Р0 и система автоматического регулирования выводится на установившийся режим;

Постепенно увеличивается значение коэффициента усиления регулятора К_р и повторяется изменение нагрузки объекта регулирования (то есть производится переход к п. 4 алгоритма);

Повторяются п.п. 5-8 до тех пор, пока переходный процесс по регулируемой величине будет иметь заметное перерегулирование;

Оценивается максимальная статическая ошибка системы автоматического регулирования;

Если статическая ошибка системы автоматического регулирования не превосходит предельно допустимую величину наладку регулятора можно закончить;

При недопустимом значении статической ошибки системы автоматического регулирования, но допустимости реализации в данном объекте регулирования переходных процессов с перерегулированием следует далее увеличивать Кр и повторять п.п. 5-8 алгоритма до тех пор, пока не достигнет допустимого значения один из следующих показателей:

• 
  максимальное динамическое отклонение (перерегулирование);
  
• 
  экстремальное (максимальное или минимальное) значение регулируемой величины;
  

Правила регистра России для средств автоматизации вспомогательных паровых котлов

Средства автоматизации должны обеспечивать:
1) заданную температуру тяжелого топлива в расходной цистерне;
2) продувку воздухом топки котла до подачи в него топлива в течении 30 сек;
3) зажигание топлива для подачи его в топку;
4) регулирование горения топлива в зависимости от давления пара в котле;
5) прекращение подачи топлива при аварийном давлении пара, минимальном уровне воды, обрыве факела или невоспламеняемости топлива;
6) регулирование уровня воды в котле в заданных пределах;
7) пуск и установку циркуляционных насосов;
8) на ПУ судном или в ЦПУ, должны быть световые сигнализаторы, показывающие погасание факела, минимальный и максимальный уровни воды в котле, максимальное давление пара.

2. Автоматизация системы.

Вариант № 3 , группа 2