Определение нелинейного ограничителя перенапряжения регулирующих устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение ОПН Регулирующих Устройств АСР с малоинерционными объектами

Рассматривавшиеся методы определения ОПН РУ одноконтурных АСР предполагали выполнение линейных законов регулирования. Реализация классических линейных законов регулирования, осуществленная ВТИ в конце 50-х годов, предполагала использование инерционной обратной связи (для реализации ПД-преобразования). ПД - преобразователь включается последовательно с интегрирующим сервомотором, представленным электрическим двигателем с постоянной скоростью (с редуктором). Постоянная времени сервомотора ограничена (для отечественных исполнительных механизмов минимальное время - 25 с.) При определенном значении постоянной времени объектов с самовыравниванием эта реализация достаточно точно представляла основной закон регулирования (пропорционально-интегрирующий). Однако для ряда объектов такой способ реализации не позволяет получить ПИ-закон. Эти объекты отличаются малой постоянной времени и малым отношением запаздывания и постоянной времени, их называют малоинерционными. На практике к ним относят объекты с самовыравниванием при ф/T < 0,2 и T < 10 с. К таким объектам в теплоэнергетике относят топку при регулировании разрежения, общего воздуха, бак деаэратора при регулировании давления и др. Скорость изменения регулируемого параметра таких объектов достаточно велика. Для АСР с малоинерционными объектами не применимы методы определения ОПН РУ одноконтурных систем.

На практике используется метод определения ОПН РУ отработки возмущения задатчиком за одно включение импульсного регулятора с ПИ-законом регулирования. По этому методу используется возмущение задатчиком (ранее возмущения наносились регулирующим органом), поэтому следует оценить границы применения метода.

На рис. 6.1 показана структурная схема АСР, для которой можно определить передаточную функцию замкнутой системы при возмущениях регулирующим органом и задатчиком

;

;

Нетрудно видеть, что передаточные функции для этих возмущений имеют одинаковые знаменатели, но разные числители. Из теории автоматического регулирования известно, что знаменатель определяет устойчивость, а числитель - вид переходного процесса. Следовательно, чем меньше инерционность объекта (и время интегрирования регулятора), тем больше показатели переходных процессов.

Суть метода сводится к последовательному выполнению следующих процедур:

џ определению коэффициента усиления;

џ уточнению времени интегрирования.

Рис. 6.1

Этим процедурам предшествует подготовительный этап, заключающийся в тарировке задатчика. Тарировка задатчика сводится к определению цены деления задатчика, чтобы при возмущении задатчиком априори знать новое значение , которое должен поддерживать регулятор. Значение фиксируется по приборам КИП. Цена деления задатчика может быть определена в ходе статического расчета и затем проверена путем нанесения возмущения задатчиком при работе АСР в автоматическом режиме при настройке регулирующего устройства, неоптимальной, но обеспечивающей устойчивую работу системы. Можно рекомендовать установку малого коэффициента усиления и большого времени интегрирования (больше 3-4 значений постоянной времени объекта, определяемой по опыту или по при ручном управлении оператором).

Эффективность действия задатчика может быть определена экспериментально, путем нанесения ряда возмущений задатчиком при работе АСР в автоматическом режиме работы. Настройка регулирующего устройства должна обеспечивать устойчивую работу системы.

При определении коэффициента усиления регулирующего устройства при работе АСР в автоматическом режиме (ключ режима работы АСР «авт.») наносится возмущение задатчиком, которое должно обеспечить конкретное новое значение (по прибору КИП). После первого включения регулятора ключ режима работы АСР переводится в положение «ручное» (дистанционное управление). Оценивается величина нового установившегося значения. Оно может быть (рис. 6.2, а):

џ меньше желаемого (по величине возмущения) ;

џ больше желаемого;

џ равно .

В первом случае необходимо увеличить коэффициент усиления регулирующего устройства, во втором - уменьшить и повторить опыт с нанесением возмущения задатчиком. Эта процедура повторяется до получения значения за одно включение.

После этого уточняется время интегрирования регулирующего устройства. Для этой цели при работе АСР в автоматическом режиме

а

б

Рис. 6.2

наносится возмущение задатчиком, но после первого включения регулятора ключ режима работы системы не переводится в режим «ручное». Дождавшись второго включения регулятора, оценивают направление этого второго включения.

Оно может быть (рис. 6.2, б):

џ в противоположную;

џ в ту же сторону, что и первое;

џ отсутствовать.

В первом случае необходимо уменьшить установленное время интегрирования Tи, во втором - увеличить и повторять эксперименты с возмущением задатчиком до получения третьего варианта, принимаемого за оптимальный.

В заключение следует проверить работу АСР при других (не со стороны задатчика) возмущениях. Если отработка этих возмущений заканчивается за одно-два включения регулятора, определение параметров настройки считается законченным, а параметры Kр и Tи - оптимальными.

Описанным методом определения ОПН РУ АСР пользуются не только для одноконтурных систем регулирования (разрежение, общий воздух, давление в деаэраторе, за РОУ и др.), но и для внутренних контуров таких как АСР, питание барабанного котлоагрегата, уровня в ПНД и ПВД при использовании жесткой обратной связи и др.

Определение ОПН П-регуляторов

Реализация П-закона регулирования при использовании исполнительного механизма постоянной скорости

Разработанные ВТИ в 1950 году электронные регуляторы типа ЭР-54; 62 и т.д. представляли ПД-закон регулирования, который в сочетании с исполнительным механизмом постоянной скорости, представляющим интегральное звено, дает ПИ-закон регулирования.

В практике автоматизации теплоэнергетических объектов часто используют жесткие обратные связи по положению исполнительного механизма. В этом случае эквивалентный регулятор имеет следующую передаточную функцию: импульсный регулятор автоматический скорость

при KПИKИМ 1.

Жесткая обратная связь характеризуется отсутствием каких-либо временных зависимостей и некоторым коэффициентом усиления, который может быть больше или меньше 1. Это означает, что эквивалентный регулятор является пропорциональным регулятором со всеми его достоинствами и недостатками: большой областью устойчивости и наличием статизма выходного параметра объекта регулирования, который зависит от коэффициента усиления объекта и регулятора.

Многие АСР турбоустановки построены с использованием жесткой обратной связи (ЖОС) по положению выходного вала исполнительного механизма (рис. 7.1): регулирование уровня в подогревателях высокого и низкого давления, деаэраторе, конденсаторе. Это предопределяет требования к точности поддержания параметра с учетом статизма: 150; 200 мм в. ст.

С внедрением унифицированного сигнала системы ГСП (0...5, 0(4)20 mA, 0...10 В) сигнал ЖОС также стал представляться в этих единицах, что потребовало использования датчика токового сигнала (например, БСПТ - бесконтактный сигнализатор положения токовый) для удобства сравнения сигналов на входе регулятора.

Процесс регулирования в АСР с ЖОС

Рассмотрим работу АСР на примере бака (рис. 7.2). Регулирование уровня жидкости в баке производится изменением поступления жидкости в бак (на «притоке»).

В момент t0 резкого уменьшения потребления воды из бака уровень повышается (рис. 7.3), возникает небаланс сигналов от датчиков уровня и задания в узле сравнения. Вырабатываемый под действием небаланса выходной сигнал регулятора перемещает регулирующий орган с постоянной скоростью, уменьшая поступление воды в бак. Одновременно с перемещением регулирующего органа вследствие поворота выходного вала изменяется сигнал датчика ЖОС. В момент времени t1 сигнал ЖОС уравновешивает небаланс сигналов датчика по уровню и задатчика, ИМ выключается и движение регулирующего органа прекращается. Но так как в момент t1 поступление воды в бак меньше потребления («стока»), уровень в баке будет понижаться. Вновь возникает небаланс сигналов датчика и задатчика, но противоположного знака. Это приводит к перемещению регулирующего органа в обратном направлении от включения электродвигателя исполнительного механизма. Одновременно сигнал ЖОС уменьшает небаланс сигналов датчика и задатчика.

Рис.

В момент t2 сигналы уравновешиваются и регулятор временно выключается. Затем процесс повторяется, но постепенно затухает, что видно из сравнения площадей треугольников ABC и CEF. Площадь треугольника ABC больше площади треугольника CEF, и, следовательно, AB больше EF. Аналогично рассуждая, легко показать, что EF > KL > MN и т.д.

Из рис. можно легко выяснить природу статической ошибки. Из рисунка видно, что в результате затухающего переходного процесса регулирования фактическое значение уровня возвращается не к заданному, а к новому, несколько отличному значению. Действительно, после окончания переходного процесса поступление воды в бак уменьшалось до нового значения потребления воды. Иначе говоря, объект (бак) несет новую нагрузку. Но меньшему поступлению воды в бак соответствует меньшее открытие регулирующего органа, и это определяет и меньший сигнал ЖОС: следовательно, каждому положению регулирующего органа соответствует вполне определенный сигнал ЖОС. Но чтобы автоматическая система регулирования была в положении равновесия, необходимо, чтобы разность сигналов, пропорциональных отклонению регулируемой величины и положению регулирующего органа, была равна нулю (с учетом сигнала задатчика). Так как сигнал задатчика не изменялся, то равенство нулю возможно, если новому значению регулируемого параметра (новому сигналу от датчика уровня), большему прежнего значения на какую-то величину, будет соответствовать сигнал ЖОС больший прежнего.

Из рис. 7.4 очевидно, что каждому значению нагрузки объекта («стока» из бака) будет соответствовать вполне определенное положение уровня - значения регулируемой величины. На рис. 7.4 показана статическая характеристика при регулировании с жесткой обратной связью, представляющая собой зависимость значения регулируемой величины от нагрузки объекта.

Определение ОПН П-регулятора

Определим настройки ПИ-регулятора для объекта без самовыравнивания, т.е. представляющего комбинацию интегрирующего звена и звена чистого запаздывания.

На рис. 7.5 показана область устойчивости для объекта без самовыравнивания и АСР с ПИ-регулятором.

Рис.

Рассматривая точки пересечения линий равного затухания с осью абсцисс (т.е. 2С0 = 0), можно видеть, что каждой степени затухания соответствует конкретное значение С1.

Если отразить это на графике (рис. 7.6) в виде зависимости коэффициента обратной связи от степени колебательности для объекта
без самовыравнивания, можно видеть, что для получения большей степени затухания надо увеличить коэффициент обратной связи, т.е.

Рис.

уменьшить Kр П-регулятора. Но чем выше степень затухания, тем больше остаточная неравномерность

где k - коэффициент усиления объекта.

На рис. 7.7 приведена зависимость от Та для П-регулятора.

Рис.

Экспериментальный метод определения ОПН П-регулятора

Динамическая настройка П-регулятора при реализации его с помощью жесткой обратной связи включает:

· расчет коэффициентов масштабирования по сигналам датчика регулируемой величины и датчика обратной связи (реализация коэффициента усиления П-регулятора);

· проверка и настройка внутреннего контура АСР;

· проверка работы П-регулятора на действующем оборудовании.

Расчет масштабирования ведется из уравнения равенства сигналов от датчиков регулируемой величины (после устранения пульсаций) и жесткой обратной связи.

осНуп=дрд,

где ос, д - коэффициенты масштабирования по сигналу датчика обратной связи и датчика регулируемой величины;

Нуп - заданный диапазон перемещения регулирующего органа (обычно 100 % УП) во время работы П-регулятора;

- крутизна характеристики датчика ЖОС;

р - заданный (рабочий) диапазон изменения регулируемого параметра при работе П-регулятора (заданный статизм);

д - крутизна характеристики коэффициента усиления датчика регулируемой величины.

Коэффициент усиления П-регулятора определяется по формуле:

.

Настройку внутреннего контура и проверку коэффициента усиления удобнее проводить на неработающем оборудовании.

Настройка внутреннего контура производится по методу «отработки за одно включение». При появлении автоколебаний в конце переходного процесса следует уменьшить коэффициент усиления ПИ-регулятора и/или увеличить зону нечувствительности.