гг. 2 специальная часть (3). Специальная часть

• Название: Специальная часть
• Дата: 26.03.2022
• Размер: 0.75 Mb.
• Имя файла: 2 специальная часть (3).doc
• Тип: Документы; #417650

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет передаточной функции объекта регулирования
Необходимо построить функциональную схему системы для дальнейшей работы. Для получения передаточной функции всей системы необходимо перемножить последовательно соединенные элементы, замкнув отрицательной обратной связью. На рисунке 2.2 представлена функциональная схема автоматизации.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема замкнутой системы
Исходя из схемы рисунка, находим передаточную функцию всей системы, то есть и для замкнутой, и для разомкнутой системы. В данном случае, замкнутая система – это система с обратной связью, разомкнутая же – система, не имеющая обратную связь. Для начала необходимо найти эквивалентную G(s) для разомкнутой системы.

В качестве параметров объекта управления используем следующую таблицу 1.1

Таблица 1.1 – Параметры объекта управления

Подставив нужные значения, получаем

В результате получилось колебательное звено четвертого порядка. Отсюда следует, что передаточная функция замкнутой системы равна:

Следуя передаточной функции, получаем переходную характеристику системы, которая представлена на рисунке 1.2.



2.2 Выбор типа регулятора и закона его регулирования
Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки паров и котла давления пара в трубопроводе основаны на принципах регулирования отклонения и возмущения, комбинации и определяются указанным режимом работы котла со схемой подключения паропроводов перегретого пара к турбине. Конструкционные особенности барабанных котлов разрешают поделить многомерную систему регулирования. Эти режимы можно разделить на сравнительно малые независимые системы, в которых системы оптимизации качества горения топлива имеют основное значение, стабилизации, уровня воды в барабане и температуры перегретого пара. Посмотрим САР нагрузки барабанного котла. Все возможные системы регулирования обязаны поддерживать регулируемую величину с наимельчайшими отклонениями от необходимого значения. Необходимая мощность на практика может быть получена путём за счёт увеличения заданного значения чувствительности регулятора к отклонениям регулируемой величины. Но что-то может пойти не так и будет колебания в цикличной САР и утери устойчивости. Регулирование тепловой нагрузки, с необходимыми параметрами давление, температурой перегретого пара, служит совместному согласованию изменению расхода топлива и расхода питательной воды. В одно время с этим, температурный режим находится в зависимом состоянии от соотношения расходов воды и топлива, и изменять его с помощью различных регулируемых величин. Регулирование тепловой нагрузки главного сигнала, необходимого для нахождения фактической тепловой нагрузки котла, используют расход питательной воды и расход топлива. Схема регулирования тепловой нагрузки барабанного котла показана на рисунке 1.3. Регулирование тепловой нагрузки работает по соотношению расходов теплота – топливо. Тепловую нагрузку обеспечивают поддержкой регулятора топлива, а режим температуры поддерживает регулятор питания. Дальше рассмотрим регулирование экономичности горения барабанного котла. Улучшение экономичности горения в топке барабанного котла выражается как важная задача, естественно связанной с минимизацией расхода топлива. Стандартным подходом к решению такой задачи является регулирование разницы «топливо-воздух» на входе котла по содержанию кислорода в дымовых газах [2]. Но всё-таки кислород не является устойчивым в процессе эксплуатации, потому что на его значение влияет многих факторов: качественного топлива, паровой нагрузки, потери теплоты с уходящими газами и другие. Регулирование тепловой нагрузки работает по соотношению расходов теплота – топливо. Тепловую нагрузку обеспечивают поддержкой регулятора топлива, а режим температуры поддерживает регулятор питания. Тем не менее, применение процесса регулирования по прямым показателям экономичности котла располагает увеличенной инерционностью. Данный недостаток присущ тем котлам, которые работают в условиях переменных характеристиках топлива. Реализовывать регулирование экономичности процесса горения по настоящим показателям. Данные режимы типичны для котлов, в которых сжигаются вторичные энергетические ресурсы предназначенных для технологических производств. Следовательно, этот режим предлагается для улучшения режима горения в топке котла применять прогнозирование значение КПД котла, которое сможет уменьшить инерционность системы регулирования экономичности процесса горения.

Система состоит из двух линий. Внутренняя линия образуют самодействующий регулятор подачи воздуха и объект регулирования, функционирующий по простой схеме пар – воздух. Внешняя линия образует объект регулирования, и по оцениванию показателя экономичности горения составляет устройство с входным сигналом, а также устройство формирования по прогнозированию оценки показателя качества экономичности горения с входным сигналом по мощности, необходимой в топку котла с сигналом, и топливом, характеризующим значение выходной мощности, который как вариант исполнения может измеряться. Надобность использования сложной системы регулирования определена наличием в современных котлах высокого давления это происходит потому что в неопределённый момент времени регулятор турбины открывает клапан для того чтобы пар поступал к турбине, усиливая расход перегретого пара из котла. После этого должно было произойти падение уровня воды в барабане. Но стало происходить резкое возрастание уровня и только после некоторое времени начало меняться в «правильном» направлении. Это обуславливается тем, что в экранных трубах и барабанах котлов находится не вода, а пароводяная смесь, объем которой связан с давлением. Увеличение открытия клапана турбины приводит к незамедлительному падению давления.

Для получения точной передаточной функции объекта по кривой разгона воспользуемся методом площадей. Так как объект имеет чистое запаздывание , то разбивку оси времени начинаем с ∆t=20 с, при этом на каждом участке ∆t кривая разгона близка к прямой. По кривой разгона определяем значение ∆Х_{вых. об.} и заносим в графу 2.
2.3 Расчет оптимальных настроек регулятора

Характеристиками объекта регулирования являются:

АФХ – амплитудно-фазовая характеристика.

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика.

ФЧХ – фазочастотная характеристика.

АФЧХ, АЧХ и ФЧХ. Теперь разберем АЧХ, ФЧХ и АФЧХ системы. Данные характеристики описывают систему в частотной области. Амплитудно-частотная характеристика показывает зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного, а фазо-частотная разность фаз между ними. Отношение и разность называют соответственно амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной характеристиками (ФЧХ) рассматриваемого звена или системы. АЧХ представляет, как звено пропускает сигналы различной частоты. ФЧХ же, какое отставание или опережение выходного сигнала по фазе создает звено при различных частотах

Для получения характеристик необходимо заменить в передаточной функции оператора Лапласа s оператором Фурье jw, благодаря чему найдем реальную и мнимую части системы.





На рисунке 2.4 показана амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы:


Рисунок 2.5 – АЧХ, ФЧХ разомкнутой системы

Полученные амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики были получены с помощью Matlab оператором Боде.


2.4 Построение АФЧХ системы регулирования и анализ на устойчивость

Расчёт оптимальных настроек регулятора на заданное значение М=1.6 при получении минимального значения квадратичного интегрального критерия качества проводят следующим образом.

Графический расчёт начинаем с построения на комплексной плоскости АФХ объекта. Затем строим АФХ замкнутой системы при различных значениях времени Изодрома: T_u1=40c; T_u2=50c; T_u3=60c; Т_и4=70. Для этого к каждому вектору АФХ объекта прибавляем вектор с модулем

(2.17)

повернутый на угол 90⁰ по часовой стрелке. Из начала координат проводим луч под углом

(2.18)

где М=1.6 – показатель колебательности



к отрицательной вещественной полуоси, строим окружности с центрами на вещественной полуоси, касающейся одновременно луча и АФХ разомкнутой системы при различных значениях времени Изодрома, измеряем в соответствующем масштабе радиусы полученных окружностей и по формуле

(2.19)

рассчитываем коэффициент передачи регулятора

Результаты расчёта занесены в таблицу 2.3


Таблица 2.3 - Значение ∆А при построении АФХ разомкнутой системы.

ω,рад/с	∆А при значениях времени Изодрома
	Tu1=40c	Tu2=50c	Tu3=60c	Ти4=70
0,0145	3,56	2,85	2,37	2,03
0,0165	2,78	2,23	1,85	1,59
0,0205	1,76	1,41	1,17	1,01
0,0225	1,41	1,12	0,94	0,8
0,0265	0,94	0,75	0,62	0,53
0,0305	0,64	0,51	0,43	0,37

Таблица 2.4

Постоянная интегрирования Ти, с	Радиусы R, 0С/%хода	Kp, %хода/0С
40	4,3	0,237
50	3,6	0,283
60	3,3	0,309
70	3	0,34

Рисунок 2.3 - график определения оптимальных параметров регулятора

Таблица 2.5 - анализ САР на устойчивость

ω, рад/с	Wоб(jw)		Wp(jw)		W(jw)
	Аоб(ω),0с	φоб(ω) град	Ар	φр	А	φ
0	3,2	0	∞	-90	∞	-90
0,002	3,17	-16,63	2,8	-84,2	8,8	-100,8
0,0045	3,07	-36,73	1,2	-77,3	3,6	-114
0,0065	2,95	-54,07	0,91	-71,9	2,6	-125,9
0,0085	2,75	-70,11	0,72	-66,9	1,9	-137
0,0105	2,56	-85,74	0,6	-62,3	1,5	-148
0,0125	2,31	-100,58	0,53	-57,9	1,2	-158,4
0,0145	2,07	-114,62	0,48	-54	0,9	-168,6
0,0165	1,84	-127,56	0,44	-50,4	0,8	-177,9
0,0205	1,45	-151,43	0,39	-44,2	0,5	-195,6
0,0225	1,27	-162,37	0,37	-41,6	0,4	-203,9
0,0265	1	-181,65	0,35	-37	0,3	-218,6
0,0305	0,79	-198,92	0,33	-33,2	0,2	-232,1
0,0345	0,63	-214,7	0,32	-30,1	0,2	-244,8
0,0405	0,46	-235,91	0,31	-26,2	0,1	-262,1
0,0485	0,31	-261,27	0,3	-22,4	0,09	-283,6
0,0565	0,22	-284,32	0,3	-19,4	0,06	-303,7
0,0685	0,1	-315,8	0,29	-16,2	0,02	-332

Рисунок 2.4 - анализ САР на устойчивость


2.5 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ, кривой переходной функции с помощью прикладной программы «MATLAB»


Рисунок 2.5 - Структурная схема построения кривой переходной функции с помощью прикладной программы «MATLAB» (расчетные значения).


Рисунок 2.6 - Структурная схема построения кривой переходной функции с помощью прикладной программы «MATLAB» (табличные значения)


Рисунок 2.7 - график кривой переходной функции (расчетные значения).

Рисунок 2.8 - график кривой переходной функции (табличные значения).


Рисунок 2.11 - график ЛАЧХ (логарифмическая амплитудно-частотная характеристика) и ЛФЧХ (логарифмическая фазо-частотная характеристика) (расчетные значения).

Рисунок 2.12 - график ЛАЧХ (логарифмическая амплитудно-частотная характеристика) и ЛФЧХ (логарифмическая фазо-частотная характеристика) (табличные значения)

2.6 Построение алгоритмической структурной схемы методической печи



Рисунок 1.11 – Фрагмент блок-схемы алгоритма регулирования давления
Нарушение работы водонагревателей приводит к снижению температуры, которая представлена на рисунке 1.12. При постоянной подаче топлива и понижении температуры питательной воды производительность парогенератора снижается, а температура перегрева пара повышается. Увеличение избытка воздуха в топочной камере связано с увеличением количества продуктов сгорания мыть пароперегреватель. При перегреве, теплогенерация которого за счет конвекции больше, чем за счет радиации, увеличение избытка воздуха вызывает повышение температуры перегрева. Разнообразие факторов, влияющих на нагрев пара, приводит к необходимости подсчета площади нагрева пароперегревателя с запасом. Перегрев снижается с помощью регулятора, поддерживающего установленную температуру пара.



Рисунок 1.12 – Фрагмент блок-схемы алгоритма регулирования температуры пара
Как видно на рисунке 1.12, температура пара сравнивается с заданной температурой, если она превышает ее, то идет к блоку (2), и начинается процесс снижения температуры пара. Блок (2) снижает нагрузку на котел, далее (3) уменьшает подачу воздуха и газа в печь, (4) повышает температуру питательной воды, но (5) увеличивает расход теплоносителя, блок (6) выполняет уменьшение объема насыщенного пара. Из блока (7) в соответствии с блоком (11) выполняются процедуры повышения температуры пара, точно соответствующие методам. Условия безопасной и надежной работы парогенератора и турбины требуют, чтобы уровень в барабане поддерживался в определенных пределах. Для поддержания нормального водоснабжения в котле необходимо обеспечить материальный баланс пара и воды. Питание регулируется автоматически или вручную. Поддержание заданного уровня воды в барабане осуществляется путем автоматического регулирования потока питательной воды и пара. Уровень воды в калибровочном стекле должен немного отличаться от нормальных значений.
Рисунок 1.13 – Фрагмент блок-схемы алгоритма регулирования уровня воды

Тихий уровень воды является признаком запора жидкого стекла. При сохранении равномерного потока воды и пара осуществляется нормальная подача воды. Поэтому следите за давлением подаваемой воды. При повышении тепловой нагрузки печи увеличивается объем паровой смеси, что приводит к повышению уровня, что означает, что нагрузка котла должна быть снижена для его снижения. Из-за того, что уровень воды зависит от подачи и продувки котла, следует, что при повышении уровня воды до верхнего предела-подача котла снижается, промывка увеличивается. Если эта процедура не помогает, выполняется аварийная остановка. И наоборот, если уровень позволяет относительно низкий - увеличьте питание, уменьшите вентиляцию на рисунке 1.13.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Глинков Г.М., Матовский В.А., Лотман С.Л. «Проектирование систем контроля и автоматического регулирования, металлургических процессов». Москва, 1970г.

2 Кравцов А.Ф., Зайцев Е.В., Чуйко ЮН. «Расчет автоматических систем контроля и регулирование металлургических процессов». Ваша школа Киев-Донецк, 1981г.

3 Под редакцией О.М. Блинова «Автоматизация металлургических печей» Москва, 1975 г.

4 Ю.В. Качанов, О.М. Блинов, A.M. Беленький «Автоматизация управления металлургическими процессами», Москва, 1974 г.