Оптимизация автоматических систем регулирования теплоэнергетического оборудования

6. Колебательность у переходных процессов с настройками для высокочастотной ветви более высокая, чем колебательность для настроек низкочастотной ветви.

7. На данной плоскости настройки располагаются вдоль прямых: перпендикулярные к оси Kр (Kр = конст, Ти - изменяемая), проведенной из начала координат под углом к оси Kр (Ти = конст, Kр - изменяемая). Причем, чем больше Ти, тем меньше угол к оси Kр.

Плоскость настроек используется для создания картины с переходными процессами АСР. Площадь области настроек зависит от объекта.

Область настроек ограничена линией настроек Kр (П-часть ПИ-закона), линией настроек Kр/Ти (И-часть ПИ-закона) и линией Kсз, где Kсз изменяется в пределах от 0 до 1.

В данном разделе приняты несколько отличные условные обозначения, чем применявшиеся ранее:

Kсз() - степень затухания;

Rдин (1, max) - динамическая ошибка;

F - площадь под кривой переходного процесса;

tпп - время переходного процесса.

4.1.1. Зависимость параметров А1, tпп, Rдин, F переходного процесса от настроек АСР в виде картины на плоскости настроек приведена в качестве справки на рис. 4.2. Из картины видно, что в центре имеется область настроек, при которых переходные процессы имеют наилучшие (меньшие) параметры А1, tпп, F.

Закономерности влияния настроек Kр, Ти на переходной процесс АСР указаны на рис. 4.3.

Следующие закономерности послужили основанием для формулировки алгоритма экспериментального поиска динамических настроек:

1) переходные процессы, лежащие ниже и правее диагональной линии, приподняты над осью времени, (при этом Ти больше оптимального);

2) высокочастотная ветвь Kсз (рис. 4.3) почти вертикальная (Kр - неизменная);

3) область оптимальных настроек лежит правее и ниже вершины (Kсз = конст).

4.1.2. Алгоритмы рис. 4.4, 4.1 следует использовать как для экспериментального поиска настроек, так и при уточнении расчетных динамических настроек. Алгоритм может быть использован для АСР ПИ-законом регулирования и статическим объектом (для любой реализации аппаратуры - электрической, гидравлической, пневматической).

Рис. 4.2

Рис. 4.3



Рис. 4.4

Оптимальные настройки обеспечивают критерий переходного про-цесса АСР: минимум площади переходного процесса при заданном Kсз.

Этапы алгоритма.

Этап 1. Устанавливается либо Kр (больше или меньше оптимального), Ти > оптимального. Должны быть получены переходные процессы по форме с настройками для точек 2а или 1б. Для получения переходного процесса следует нанести возмущение. Признак завышенного Ти - наличие апериодической составляющей у переходного процесса (переходной процесс приподнят над осью времени). Изменением Kр следует добиться переходного процесса с настройками для точки 2

(1.0 > Kсз > 0.6). Этап завершен.

Этап 2. Kр - неизменная, уменьшением Ти следует добиться исчезновения апериодической составляющей (переходные процессы для точек 3-4). Ти оптимальная с настройкой для точки 4. Если при уменьшении Ти уменьшается Kсз, значит, Ти оптимальная пройдена. Этап завершен - определена оптимальная настройка Ти.

Этап 3. Ти - неизменная, уменьшением Kр следует добиться заданного Kсз (переходной процесс для настроек с точкой 5). Этап завершен - определена оптимальная настройка Kр.

4.1.3. При изменении у объекта динамических характеристик от нагрузки динамические настройки следует изменять автоматически (использовать автоподстройку) либо устанавливать неизменные, компромиссные настройки.

Для одноконтурной АСР с объектом на рис. 4.5, а приведена картина рис. 4.5, в влияния характеристик объекта:

1) на область настроек;

2) значения оптимальных настроек;

3) показатели А1, tпп, Rдин переходного процесса при оптимальных настройках.

Закономерности влияния Kр, Ти АСР со статическим объектом при возмущении регулирующим органом.

1. Настройки, лежащие в начале координат (Kр = 0, Kр/Ти = 0). Переходной процесс соответствует кривой разгона.

2. Настройки, лежащие на оси Kр (Ти = , Kр - переменный). При увеличении Kр А1, Kсз, апериодическая составляющая уменьшаются.

3. Настройки, лежащие вблизи оси Kр/Ти (Kр > 0, Ти - переменная). При уменьшении Ти А1 и Kсз уменьшаются; F - уменьшается, а затем увеличивается (F - при Kсз = 0 и Kр/Ти = 0).

4. Настройки, лежащие на линии Kсз = конст (Kр и Ти - переменные). При изменении настроек вдоль линии Kсз слева направо - частота колебаний увеличивается; А1, F уменьшаются, а затем увеличиваются. На каждой линии Kсз = конст имеется участок настройками, обеспечивающими процесс регулирования с наименьшим F. Такие настройки лежат на линии Kсз = конст правее и ниже ее вершины, на границе исчезновения апериодической составляющей.

5. Настройки, лежащие на линии Kр = конст (Kр не равно 0, Ти - переменная). При уменьшении Ти Kсз уменьшается незначительно, исчезает апериодическая часть. При Ти = оптимальной апериодическая часть равна 0. При Ти < оптимальной Kсз значительно уменьшается.

6. Настройки, лежащие на линии Ти = конст (Ти не равно 0, Kр - переменная). При увеличении Kр А1 и Kсз уменьшаются; F - уменьшается, а затем увеличивается.

Рис. 4.5 следует использовать для примерного анализа работы АСР, если настройки неизменные, а изменяются характеристики объекта. Из рисунка видно, что при изменении характеристик объекта следует в первую очередь проверять настройки для нагрузки котлоагрегата, при которой динамические характеристики наихудшие. Проверять следует прежде всего Kсз, оно должно быть возможно меньшим (0.85 или 0.8), тогда при улучшении характеристик объекта Kсз увеличится, АСР не потеряет устойчивость.

Рис. 4.5

Опт - оптимальные настройки (указаны кружком для каждого объекта). Модель объекта указана на рис. а. Серия областей настроек для разных объектов приведена на рис. б. Динамические характеристики для каждого объекта указаны на рис. в. Серия объектов подобрана таким образом, что можно проследить влияние изменения только , только Т или /Т. Все переходные процессы приведены для одинаковой величины возмущения, равной 1. Переходной процесс АСР показан относительно 1, принятой за отклонение Хвых (Хрп) без работы АСР.

Закономерности:

1. Область настроек уменьшается при увеличении /Т, при увеличении или при уменьшении Т.

2. Оптимальная настройка Kр уменьшается при увеличении /Т (при увеличении или уменьшении Т). Оптимальная настройка Ти увеличивается при увеличении /Т, если увеличивается . Оптимальная настройка Ти уменьшается при увеличении /Т, если Т уменьшается.

3. Показатели А1, Rдин увеличиваются при увеличении /Т. Показатель tпп увеличивается при увеличении . Показатель Fм увеличивается с увеличением /Т.

Если настройки АСР неизменные, а характеристики объекта изменились, можно по рис. б определить примерный характер переходного процесса по изменению Kсз = 0.9 относительно оптимальных настроек.

4.2 Экспериментальный способ поиска настроек двухконтактной АСР

Алгоритм работ при экспериментальном способе поиска оптимальных динамических настроек двухконтурной АСР с дифференциатором (например, АСР «Впрыск») указан на рис. 4.6.

Рис. 4.6

Алгоритм:

1. Сначала настройки определяют для Хрп1, затем для Хрп2.

2. На основе трех этапов алгоритма должны быть получены последовательно процессы, изображенные на рис. 4.6, поз. 2г, 4г, 5г. Процесс 5г оптимален: минимум площади при заданном Kсз.

3. Настройка по Хрп1. Дифференциатор включается как усилитель, сигнал Хрп2 отключен. Возмущение - РО АСР. Изменением Kр1, Ти1 получают процесс 5г.

4. Настройка по Хрп2. Усилитель заменяют на дифференциатор, вводится сигнал по Хрп2. Возмущение - внешнее (топливом), задатчиком. Если возмущение РО АСР - регулятор включается на АВТ после окончания процесса по Хрп1. Изменением Kр2, Ти2 получают процесс 5г. При каждом изменении Kд корректируют Kр, чтобы Kр1 было неизменным для Хрп1.

В каждом контуре регулирования АСР реализован ПИ-закон регулирования с соответствующими настройками Kр, Ти (рис. 4.6, а).

4.2.2. Подробные пояснения этапов алгоритма поиска оптимальных настроек относительно одноконтурной АСР приведены на рис. 4.4.

4.2.3. Суть экспериментального способа поиска оптимальных настроек заключается в следующем:

1) подготавливается АСР для включения в работу. Устанавливаются настройки в исходные положения (статические в расчетные); устанавливаются необходимые режимы, перемычки на аппаратуре (при необходимости выполняется балансировка); включается в работу система регистрации; стабилизируются возмущения на объекте;

2) наносится возмущение определенной величины (ключом управления АСР, задатчиком);

3) АСР включается в работу (если возмущение задатчиком, то АСР включается в работу предварительно);

4) регистрируется переходной процесс АСР; по форме переходного процесса принимается решение об этапе изменения одной из динамических настроек;

5) АСР отключается, настройка изменяется, вновь наносится возмущение и далее работы повторяются до тех пор, пока не будут получены оптимальные настройки Kр и Ти.

4.2.4. Каждый раз изменяется одна из настроек, в зависимости от результата, этапа:

1 этап - проводятся несколько опытов по п. 4.2.1 для подбора Kр
и Ти, чтобы получить Ти больше Ти(опт). Критерий - переходной процесс колебательный (Kсз - 0.97....0.7) и приподнят над осью времени (на рис. 4.6, г обозначение переходных процессов - 1а, 1б, 2);

2 этап - проводятся несколько опытов по п. 4.3.1 для уменьшения Ти до значения Ти(опт). Критерий - переходной процесс пересек ось времени (на рис. 4.6, г обозначение переходных процессов - 2, 3, 4);

3 этап - проводятся несколько опытов по п. 4.2.1 для изменения (обычно уменьшения) Kр до значения Kр(опт). Критерий - получить заданное Kсз, например 0.95 (на рис. 4.6, г обозначение переходных процессов - 4, 5).

4.2.5. В двухконтурной АСР, при близкой инерционности участков Хрп1 и Хрп2, характер расположения линии Kсз на плоскости настроек может быть иным (рис. 4.7). Однако и в этом случае алгоритм обеспечивает поиск оптимальных динамических настроек (на рис. 4.7 обозначения переходных процессов 1-6).

Рис. 4.7

При использовании экспериментального способа поиска настроек следует заранее определить величину возмущения относительно зоны нечуствительности АСР. У переходного процесса А3 должно быть большим Хрп (неч).

Пример оценки величины возмущения:

1) задано - Kсз = 0.9 (10А3 = А1); /Т = 0.3 (при этом Rдин = 0.4); Хвых = А1/Rдин;

Хрп(неч) = 0.5 С; А3 > 0.5, А3 = 0.6;

2) определим Хвых = 10А3/0.4 = 25А3 = 250.6 = 15 С.

Величина возмущения (без работы АСР) должно быть 15 С по Хрп.

При работе АСР, при том же возмущении, отклонение Хрп будет меньшим примерно на величину Rдин:

А1 = Хвых Rдин = 15 0.4 = 6 С.

5. Реализация ОПН РУ АСР

Оптимальные параметры настройки регулирующих устройств автоматических систем регулирования теплоэнергетических процессов определяются расчетными или экспериментальными методами. Однако эти параметры настройки представлены в абстрактном виде: коэффициента усиления Kр, времени интегрирования Ти, времени предварения Т0, длительности импульса tимп, зоны нечувствительности Д. Представление параметров настройки в виде положения конкретных органов зависит от вида используемой аппаратуры. Каждый из видов аппаратуры имеет свои органы настройки со своими пределами изменения. В этой связи представляется целесообразным рассмотреть основные случаи реализации параметров статической и динамической настройкой для наиболее употребительных видов аппаратуры. Следует отметить, что элементная база приборов отличается низкой точностью (до ±20 %). Это может привести к большой ошибке при установке рассчитанных значений по шкале, поэтому завершающим этапом установки должна быть проверка достоверности установки настройки.

5.1 Реализация параметров статической настройки на блоке Р25

5.1.1 Реализация параметров статической настройки

Особенностью регулирующих блоков Р25 являются встроенные задатчики и блоки режимов управления. В блоках модификации 1 и 2 между клеммами 17 и 18 должна быть установлена перемычка. Однако имеется возможность включения выносных внешних задатчиков ЗУ11 (перемычку 17-18 следует снять), но при этом сигнал встроенного задатчика (у блоков модификации 1 и 2) уменьшается в два раза, диапазоны задатчиков одинаковы (у блока модификации 3 сигнал задатчика сохраняется). Сигналы встроенных задатчиков не масштабируются. Следует отметить некоторые особенности блоков модификации 3, которые выпускаются с настройкой для термопреобразователей градуировки ХК68. Для работы с термопреобразователями других градуировок следует:

· установить перемычку на клеммы 19 и 20;

· по вольтметру на клеммы 12 («плюс») и 14 подстрочным резистором «UM» установить напряжение 10,4 мВ для термопреобразователей ХА68 и 1,54 мВ для ПП68;

· по вольтметру на клеммах 11 и 14 («плюс») при отсутствии сигнала задания резистором «корректор» установить нулевое значение напряжения.

В коробке холодных спаев необходимо установить медные резисторы 10 Ом при работе с термопреобразователями ХК68 и ХА68 и 1,27 Ом для ПП68.

На блоках Р25 статическая настройка выполняется при отключенной обратной связи РСБ (переключатель режима работы в положении «»). Из-за влияния на коэффициент передачи РСБ не следует устанавливать потенциометр «Зона нечувствительности» Д > 2 % (максимум 5 %). Следует проверить соответствие положения ручек и осей потенциометров.

Органы настройки, диапазоны их действия, способы определения параметров статической настройки приведены в табл. 1.

Определить параметры статической настройки АСУ общего воздуха котла по схеме «пар-воздух». Регулятор - Р25.1.

Дано:

регулировочный диапазон котла т/ч;

перепад давления на воздухоподогреватели (изменение расхода воздуха): ;

зависимость расхода воздуха от нагрузки - линейная.

Коэффициенты передачи измерительных цепей определены экспериментально: , .

В схеме используется выносной задатчик ЗУ с диапазоном .

Зона нечувствительности (точность поддержания) регулируемого параметра:

.

Положение потенциометра «Зона»:

;

Из предыдущих уравнений

.

Цена деления задатчика:

.

Реализация статической настройки проверяется следующим образом:

установить потенциометр «Зона» в положении минимума

(Д = 0,5 %);

установить потенциометр в расчетное положение и сбалансировать ИСБ;

отстранить пульсации с помощью «Демпфер»;

проверить равенство сигналов по расходу воздуха и пара в нескольких точках регулировочного диапазона и, при необходимости, подкорректировать Kзп.

5.1.2 Реализация параметров динамической настройки на блоке Р25

Параметры динамической настройки устанавливают при режиме работы РСБ в положение «ПИ» и положении потенциометра «Импульс» - 1 с (при возникновении автоколебаний на выходе прибора уменьшают tи).

Коэффициент усиления ПИ-регулятора Kр устанавливают на блоке РСБ потенциометром «КП-63», шкала которого оцифрована для времени полного входа исполнительного механизма Tим = 63 с, для другого времени сервомотора следует скорректировать положение потенциометра:

.

Постоянная времени интегрирования Ти реализуется переключателем «Ти» («грубо», «х10») и потенциометром «Ти» («плавно»).

Следует отметить, что в блоках Р25 уменьшение времени импульса потенциометром «Импульс» при неизменном положении потенциометра «Ти» уменьшает Ти (особенно заметно при малых значениях Ти). Это важно при реализации П-закона регулирования с помощью жесткой обратной связи и для регулирующих устройств в АСР с малоинерционными объектами.

Коэффициент усиления П-регулятора устанавливается на ИСБ одним из потенциометров «К» (чаще тем, на который подключен датчик жесткой обратной связи - Кжос ) с последующим уточнением пробным сигналом. Важно подчеркнуть, что закорачивание гнезд «ОС» и «ОТ» недопустимо.

Установить найденные расчетным путем для ПИ-закона регулирования на регулирующем приборе Р25 Kр = 6,5 и Ти = 70 с при времени исполнительного механизма Тим = 30 с, расчетном значении зоны нечувствительности Д = 1 %.

Регулирующее воздействие фиксируется по положению выходного рычага исполнительного механизма МЭО. Определить численные значения установленных параметров настройки.

Коэффициент усиления KП-63 регулятора при Тим = 30 с равно

.

Устанавливается потенциометр «КП-63» в положение «3» дел.; потенциометр «Ти» в положение «7 с» и переключатель «Ти» - в положение «х10»; потенциометр «Зона» - «1 %», а потенциометр «Импульс» -
«1 с». Для проверки отсутствия автоколебаний во внутреннем контуре блока РСБ при положении переключателя режима работы «Р» («ручное») наносится ступенчатое возмущение задатчиком: при отсутствии автоколебаний не меняется положение потенциометра «Импульс»; при наличии автоколебаний - следует уменьшить tи. Численные значения реализованных параметров настройки могут быть найдены по переходной характеристике ПИ-регулятора, зафиксированной с помощью прибора по положению регулирующего органа (% УП) при ступенчатом возмущении задатчиком .

По графику переходной характеристики изменение выходной величины за первое включение регулятора Дh = 28 % (пропорциональное воздействие). Линия, проведенная по вершинам последующих изменений выходной величины, отсекает на оси времени отрезок, равный времени интегрирования Ти = 60 с. Тогда

Ти = 60 с.

Для определения времени интегрирования Ти можно использовать удвоение выходного сигнала регулятора.

Установить коэффициент усиления П-регуляторов Kр = 2,3, если известны следующие данные:

1) ЖОС выполнена по положению выходного вала МО;

2) = 1,7;

3) Д = 1,25 %;

4) Tдемп = 2 с.

Коэффициент масштабирования по каналу жесткой обратной связи находится из условия баланса сигналов на входе в регулирующее устройство:

,

где - коэффициент масштабирования жесткой обратной связи; - коэффициент передачи измерительной цепи жесткой обратной связи. Тогда

.

Потенциометр «K» ИСБ установить в положение «0,26», экспериментально подобрать «КП-63», «Ти», «Импульс» при Д = 1,25 %, Tдемп = 2 с и уточнить установку потенциометра «KЖОС».

6. Реализация типовых структур теплоэнергетических АСР на аналоговых технических средствах

Гамма выпускавшихся аналоговых технических средств была велика и многообразна. В этой связи реализация типовых - наиболее часто употреблявшихся и до сих пор применяемых структур представляет интерес.

В настоящем разделе на рис. 6.1 - 6.22 проведены схемы соединения и их вариантов для одноконтурных АСР, АСР с дифференциатором, АСР тепловой нагрузки и корректирующего регулятора, АСР с жесткой обратной связью, АСР дозирования реагентов (с импульсатором), даны схемы синхронизации хода двух механизмов и управления исполнительным механизмом МЭО-К с пускателем ПМЕ.

Размещено на Allbest.ru

...