АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ПЕРВИННОЇ ПАРИ ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛОАГРЕГАТА ЗІ ЗМІННИМИ РЕЖИМАМИ РОБОТИ : АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРВИЧНОЙ ПАРЫ ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛОАГРЕГАТА С ПЕРЕМЕННЫМИ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ

Краткое описание

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

На правах рукопису

СТЕПАНЕЦЬ ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 621.181.1:681.5

АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ПЕРВИННОЇ ПАРИ ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛОАГРЕГАТА ЗІ ЗМІННИМИ РЕЖИМАМИ РОБОТИ

05.13.07 — автоматизація процесів керування

Дисертація

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник:

Мовчан Анатолій Павлович

кандидат технічних наук, доцент

Київ - 2012

ЗМІСТ

ВСТУП.. 6

РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ПРОБЛЕМ КЕРУВАННЯ ПРЯМОТОЧНИМ КОТЛОАГРЕГАТОМ... 13

1.1.   Аналіз чинників, що ускладнюють керування контурів прямоточного котлоагрегата  13

1.1.1. Прямоточний котлоагрегат як квазістаціонарний об’єкт керування. 13

1.1.2. Аналіз впливу зміни навантаження на роботу систем керування котлоагрегата  18

1.1.3. Проблеми керування температурою первинної пари в типових системах. 20

1.2.   Вимоги до систем автоматичного регулювання прямоточного котлоагрегата. 22

1.3.   Огляд методів підвищення якості керування. 24

1.3.1. Структури автоматичних регуляторів. 24

1.3.2. Адаптивні системи автоматичного керування. 28

1.3.3. Аналіз використання адаптивних систем. 31

1.4.   Врахування динамічних характеристик об’єкта при формуванні керуючих дій в алгоритмах керування. 34

1.4.1. Ефективні структурні рішення автоматичних регуляторів для інерційних квазістаціонарних об’єктів. 34

1.4.2. Модельне прогнозуюче керування. 36

1.4.3. Регулятор з внутрішньою моделлю об’єкта керування. 37

ВИСНОВКИ.. 40

РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ОБ’ЄКТА КЕРУВАННЯ.. 43

2.1.   Математична модель об’єкта керування. 43

2.1.1. Математичний опис пароперегрівача первинної пари як об’єкта керування  43

2.1.2. Експериментальна модель пароперегрівача первинної пари. 46

2.2.   Розробка методу ідентифікації параметрів моделі пароперегрівача. 50

2.2.1. Ідентифікація параметрів моделі по аналізу початкової ділянки перехідного процесу. 50

2.2.2. Дослідження апроксимаційних кривих параметрів моделі поліноміального вигляду. 53

2.2.3. Похибки визначення параметрів моделі різними апроксимаційними кривими  58

2.3.   Дослідження методу ідентифікації параметрів моделі на прикладі пароперегрівача первинної пари. 59

2.3.1. Параметри моделей об’єкта керування у квазістаціонарних режимах. 59

2.3.2. Оцінка якості ідентифікації пароперегрівача як об’єкта керування. 62

2.3.3. Аналіз швидкості процедури ідентифікації 65

ВИСНОВКИ.. 67

РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ТЕМПЕРАТУРОЮ ПЕРВИННОЇ ПАРИ З ВИКОРИСТАННЯМ МОДЕЛІ ОБ’ЄКТА.. 68

3.1.   Дослідження системи автоматичного регулювання на основі моделі об’єкта  68

3.1.1. Передумови використання регуляторів з моделлю об’єкта керування. 68

Список литературы

У роботі вирішена наукова задача, суть якої полягає у розробці системи автоматичного регулювання температури первинної пари котлоагрегата, який працює у змінних режимах роботи, та методиці її автоматизованого налаштування, що дозволило підвищити точність підтримки регульованої змінної за допомогою нових ефективних методів налаштування та автокорекції параметрів, економічність котлоагрегата за рахунок збільшення строку служби поверхонь нагріву.

1.  Проаналізовано роботу котлоагрегата як об’єкта керування на ділянці конвективного пароперегрівача первинної пари та визначено вплив технологічних змінних на динаміку температури перегрітої пари, на основі чого сформульовано задачу, що потребує вирішення: модернізація системи автоматичного керування температури первинної пари для забезпечення необхідних показників якості у змінних режимах роботи котлоагрегату.

2.  Досліджені структури систем та методи автоматичного керування у класі адаптивних систем та оцінено їх можливість використання в типових схемах керування температурою первинної пари котлоагрегата. У результаті встановлено доцільність застосування структур з використанням моделей об’єкта у складі законів керування та їх доповнення евристичними методами розрахунку параметрів налаштувань, що забезпечують найкращу якість керування для систем, які працюють у змінних режимах, у порівнянні із стандартними законами керування. При цьому виявлено, що значення сталих фільтру регуляторів з внутрішньою моделлю, при яких перехідний процес наближається до аперіодичного та має мінімальний час регулювання, знаходяться в діапазоні .

3.  Розроблено каскадну систему автоматичного керування у вигляді послідовно з’єднаних регуляторів з внутрішньою моделлю, де регулятор випереджаючого контуру має дві ступені свободи, що дозволило розв’язати канали керування та стабілізації і забезпечити необхідні показники якості роботи системи як при зміні завдання, так і при відпрацюванні збурень. Використання розробленої структури дозволило забезпечити близькі до аперіодичних перехідні процеси у системі, зменшити час регулювання на 40-60%, зменшити інтегральний квадратичний показник якості до 53% у порівнянні з типовими структурами залежно від режиму роботи котлоагрегату.

4.  Розроблено метод ідентифікації параметрів моделі об’єкта керування із самовирівнюванням за аналізом початкової ділянки перехідного процесу в активному експерименті, що дозволяє отримати математичну модель у вигляді передавальної функції з заданою точністю та на 20-60% швидше, ніж класичні методи. Визначені формули розрахунку коефіцієнта передачі та сталої часу об’єкта керування за характерними точками початкової ділянки перехідного процесу та додатковими параметрами методу ідентифікації, що дозволяють автоматизувати процедуру ідентифікації та застосувати її для побудови САК об’єкта, який працює у змінних режимах роботи.

5.  Розроблено трирівневу адаптивну систему автоматичного керування, що містить рівень оперативної адаптації параметрів регуляторів залежно від поточного режиму роботи котлоагрегату, рівень первинного налаштування системи при введенні об’єкта в експлуатацію та рівень періодичного уточнення параметрів налаштувань протягом періоду експлуатації. Рівні адаптивної системи надбудовуються над каскадною системою автоматичного керування з регуляторами з внутрішньою моделлю.

6.  Створено програмну реалізацію розроблених алгоритмів керування у вигляді програмних продуктів на базі промислових контролерів та систем супервізорного керування, які забезпечують виконання вимог технологічного регламенту і полегшують процедуру експлуатації системи керування шляхом автоматизації операцій налаштування регуляторів та автоматизованої реакції на зміну режиму роботи котлоагрегату.

7.  Модельні випробування показали, що застосування структурних та алгоритмічних рішень з використанням моделей об’єкта в структурах системи керування температурою первинної пари котлоагрегату суттєво поліпшує якість перехідних процесів, підвищує надійність та економічність обладнання і рекомендується до застосування в системах керування температурою перегрітої пари, а при додаткових дослідженнях рішення можуть бути застосовані й в інших контурах керування котлоагрегатів.

8.  Застосування запропонованого комплексу дає можливість зменшити кількість аварійних зупинок енергоблока та збільшити розрахунковий термін служби поверхонь нагріву й суміжного обладнання до 3,8%, що підвищить ефективність використання енергоблока.

 K. J. Adaptive Feedback Control [Текст] / Astrom K. J. // Proc. IEEE. – 1987. – №2.

/ Alexander V. Stepanets, Bogdana V. Fomenko // Preprints of scientific Section of 13 International Student Olympiad on Automatic Control, Saint-Petersburg, 2010. - P. 173-175

[Текст] / Eduardo F. Camacho, Carlos Bordons. – London: Springer, 1999. – 280 p.

http://www.ifac-control.org/publications/list-of-professional-briefs – 1.03.2011 р. — Загл. с экрана.

/ Michael A. Johnson, Mohammad H. Moradi. – Springer, 2005. – 543 p.

/ Richard L. Shell, Ernest L. Hall. – Marcel Dekker, 2000. – 886 p.

23.          

25.          

/ В. Я. Ротач, В. Ф. Кузищин, А. С. Клюев и др. ; под ред. В.Я. Ротача. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – c. 272.

[Текст] / Шубладзе А.М., Уланов А.Г., Ткачев В.П., Гулзев В.С., Ланченко Н.П. // - Приборы и системы управления — 1981. — №7. — С.15-16.

А. Н. Алехнович, В. Е. Гладков, В. В. Богомолов // Теплоэнергетика. – 1995. – №8. – С. 23–29.

/ Артюх С. Ф., Дуэль М. А., Шелепов И. Г.  – Х. : Знание, 1998. – 324 с.

/ В. А Бессекерский., Е.П. Попов. – М.: Наука, 1975. – 340 с.

С.А. Богатенков // Промышленная энергетика. – 1998. – №1. – С. 3—34.

/ Д. Б. Головко, К. Г. Рего, Ю. О. Скрипник. ­– К.: Либідь, 1997. – 232 с.

В. В. Горбачевский, А. В. Судаков, А. И. Левченко // Энергетика и электрификация. – 1999. – №2. – С. 1–5.

[Текст] . — Введ. 1990-01-01. М. Ж Изд-во стандартов, 1990. — 8 с.

46.           / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо; пер. с англ. А.М. Епанешникова —  М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. — 911 с.

/ Н.И. Давыдов, О.М. Идзон, О.В. Симонова  // Теплоэнергетика. – 1995. – №10. – C. 17–22.

/ Л. І. Янко, Й. С. Мисак, М. О. Гут, Є. М. Якимів, Т. Ю. Кравець // Энергетика и электрификация. – 1999. – №9. – С. 9–12.

Дуэль М. А., Дуэль Т. Л. // Энергетика и электрификация. – 2001. – №1. – С. 21–28.

// Энергетика и электрификация. – 1999. – №7. – С. 20–25.

/ Труды Ин. Маш. НАН Украины. — Харьков, 2000. – С. 156–161.

[Текст] / Г.И. Загарий, А.М. Шубладзе — Энергоатомиздат, 1988. — 104 с.

/ В. А. Иванов – Л.: Энергия, 1971. – 280 с.

Э. Л. Ицкович // Приборы и системы управления. – 1991. – №8. – C. 7–10.

Клюев А. С., Товарнов А. Г. – М. : Энергия, 1970. – 280 с.

/ Ю.М. Ковриго, А.П. Мовчан,  Б.В. Фоменко, И.А. Полищук // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. – 2007. - №2. – С. 147-156.

/ Ю.М. Ковриго, А.П. Мовчан, І.А. Поліщук, Б.В. Фоменко, О. В. Степанець // Інвестування в енергетику, енергозбереження та екологію: десята міжнародна конференція, 25-29 тр. 2010р. : вибрані матеріали — К., 2010. —  С. 133-139.

/ Ю.М. Ковриго, Б.В. Фоменко, О.В. Степанець // Восточно-Европейский журнал передових технологий. - 2010. -№3/10(45). – C. 4-7.

/  В.В. Кондратьев, В.М. Мазуров // Теплоэнергетика. – 1994. – №10. – C. 10–16.

/ А.И. Котлярский, В.И. Ревякин, Е.А. Жмакин, В.А. Гайдабура // Мир автоматизации. – 2009. – №5. – С. 70—73.

/ В. Ф. Кузищин, В. П. Зверьков, И. Е. Грязнов  // Теплоэнергетика. – 1995. – №10. – C. 30–37.

72.          

Г. Т. Кулаков, Ю. В. Мелаек // Изв. вузов. Энергетика. – 1994. – №5–6. – C. 18–21.

/ Г.Т. Кулаков, М.Л. Горелышева // Энергетика — Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2009. — №4. – С. 62-69.

78.          

[Текст] / В.Ф. Ложечников., А.А. Стопакевич // Вестник Херсонского ГТУ. – 1999. – №1(5). – С. 202–203.

и их настройка [Текст] / В.М. Мазуров // Компоненты и технологии. — 2003. — №6.— С. 42-47.

и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т.2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления [Текст] / Под. Ред. Н.Д. Егупова. – М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 736 с.

/ Мовчан А.П., Мысак В.Ф., Степанец А.В. // - Сучасні наукові дослідження –’2006: матеріали ІІ міжнародної науково-практичної конференції. - Д.: Наука і освіта, 2006. – С. 60-63.

В. И. Назаров, В. Л. Ефремов // Электрические станции. – 1991. – №1. – C. 22–26.

: справочное пособие / А. С. Клюев, А. Т. Лебедев, С. А. Клюев, А. Г. Товарнов: Под ред. А. С. Клюева – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 368 с.

[Текст] / Ш. Е. Штейнберг, Л. П. Сережин, И. Г. Варламов, И. Е. Залуцкий // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2003. — №10. – с.

Обабков В. К. – К. : Наукова думка, 1993. – 254 с.

/ Плетнёв Г. П. – М. : Энергоатомиздат, 1981. – 368 с.

/ И. В. Потоцкий // ПиКАД. – 2007. – №4. – С. 38—43.

Рей У. ; пер. с англ. – М. : Мир, 1988. – 324 с.

[Текст] / В.П. Рокотов // Изв. вузов. Электромеханика. – 1998. – № 2–3. – С. 48–50.

/ В.Я. Ротач, В. Ф. Кузищин, А. С. Клюев  —  М. : Энергоиздат, 1984. — 271 с.

/ В.Я. Ротач // Теплоэнергетика. – 1995. – №10. – С. 9-16.

97.          [Текст] / В.Я. Ротач // Теплоэнергетика. – 1991. – №9. – C. 12–16.

Ротач // Теплоэнергетика. – 1989. – №10. – C. 2–8.

. / В.Я. Ротач – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 296 с.