Размещено на http: //www. allbest. ru/

Курсовой проект по дисциплине

"Локальные системы управления"



Оглавление

• Реферат
• Введение
• 1. Основные характеристики и анализ особенностей котла П-59 как объекта управления
• 1.1 Краткие сведения об объекте автоматизации
• 1.2 Водопаровой тракт котла П-59
• 2. Техническое задание на разработку автоматизированной системы регулирования
• 2.1 Общие сведения
• 2.3 Требования к системе
• 2.3.1 Требования к системе в целом
• 2.3.2 Требования к надёжности
• 2.3.3 Требования к безопасности
• 2.3.4 Требования по эргономике и технической эстетике
• 2.3.5 Требования по сохранности информации при авариях
• 2.4 Требования к функциям, выполняемым системой
• 2.4.1 Перечень и состав функций системы
• 2.4.2 Требования к подсистеме сбора и первичной обработки информации
• 2.4.3 Требования к информационной подсистеме
• 2.4.4 Требования к подсистеме технологической сигнализации
• 2.4.5Требования к подсистеме технологических защит и защитных блокировок уставки
• 3. Разработка PI диаграммы
• 4. Разработка сквозной информационно-функциональной структуры ЛСУ
• 5. Алгоритмический синтез системы управления
• 5.1 Анализ объекта и способов регулирования
• 5.2. Идентификация объекта регулирования
• 5.3 Идентификация каналов динамического объекта управления
• 5.3.1 Идентификация канала расход топлива- температура за ВРЧ
• 5.3.2 Идентификация канала расход топлива- температура за НРЧ
• 5.3.3 Идентификация канала расход питательной воды - температура за ВРЧ
• 5.4 Параметрическая оптимизация локальной системы управления
• 5.4.1 Расчет двухконтурной схемы с дифференциатором
• 5.4.2 Расчет устройства компенсации внешнего возмущения
• Заключение

Список литературы



Реферат

автоматизация котел локальный топливо

В курсовом проекте была разработана локальная система управления тепловой нагрузки котла П-59 Рязанской ГРЭС. Произведена идентификация объекта управления и параметрическая оптимизация разрабатываемой АСР. В части алгоритмического синтеза проведен анализ АСР тепловой нагрузки: схемы регулирования подачи топлива и питательной воды с сигналом по тепловосприятию из промежуточной точки, в которой температуру пара поддерживает регулятор топлива (ВТИ-2).

Курсовой проект содержит:

· 40 страниц;

· 4 таблиц;

· 28 рисунков.

Графическая часть состоит из двух листов формата А1 и включает:

· PI-диаграмму;

· сквозную информационно-функциональную структуру;

· графики, иллюстрирующие идентификацию каналов регулирования;

· графики, иллюстрирующие алгоритмический синтез.



Введение

Для создания ЛСУ тепловой нагрузкой в данной работе был использована модель водопарового тракта котла П-59 Рязанской ГРЭС. Основной задачей курсового проекта являлся расчет регулятора тепловой нагрузки.

На базе модели в ходе эксперимента были сняты кривые разгона, на основе которых рассчитаны регуляторы топлива и питания.

Выполнение курсового проекта осуществлялось в учебно-исследовательской лаборатории «Полигон АСУТП электростанций», развернутом на кафедре систем управления ИГЭУ.

В рамках курсового проекта разработано техническое задание на разработку ЛСУ. На основе нормативных документов разработаны требования к объему теплого контроля, сигнализации, защит и блокировок. Представлена PI-диаграмма котла и его описание.



1. Основные характеристики и анализ особенностей котла П-59 как объекта управления

1.1 Краткие сведения об объекте автоматизации.

Котельный агрегат типа Пп-860-255(П-59) с Т-образной компоновкой предназначен для работы по схеме моноблока с паровой турбиной типа
К-300-240 ЛМЗ.

Котел рассчитан на сжигание необогащенного бурого угля подмосковного бассейна с теплотой сгорания 2530 ккал/кг, по схеме прямого вдувания с молотковыми мельницами, с сухим выходом шлака.

В качестве растопочного топлива используется газ и мазут.

При номинальной нагрузке (100%) в проектном варианте котельный агрегат по расчету имел:

а) производительность по первичному пару - 990 т/час

б) давление первичного пара за котлом - 255 кгс/см²

в) температура первичного пара за котлом - 545°С

г) расход вторичного пара - 880 т/час

д) давление пара на выходе из промперегревателя - 39,5 кгс/см²

е) температура пара на выходе из промперегревателя - 545°С

ж) температура питательной воды - 268°С

Указанная паропроизводительность котла обеспечвала перегрузочный режим турбины и генератора до 315 МВт.

1.2 Водопаровой тракт котла П-59

Пароводяной тракт сверхкритического давления в пределах котла выполнен в виде двух параллельных, независимо регулируемых потоков, каждый из которых занимает свою половину котла и рассчитан на пропуск 495 т/час. Разделение пароводяного тракта на две половины произведено по поперечной оси котла.

В трубопроводе питательной воды в начале каждого потока установлен регулирующий питательный клапан (РПК). Из общего трубопровода, перед разделением его потока, произведен отбор среды на впрыски. Перед водяным экономайзером осуществлено разделение каждого потока на два подпотока. Каждый подпоток расположен в своей конвективной шахте.

Пройдя водяной экономайзер (ВЭ), полупотоки объединяются и направляются в НРЧ, где среда проходит последовательно 6 подъемных ходов.

Далее каждый поток, разделенный на два подпотока, проходит зону максимальной теплоемкости (ЗМТ) и, после объединения подпотоков, поступает в СРЧ. В СРЧ среда последовательно проходит 3 подъемных хода. После СРЧ потоки каждой нитки разделяются на два подпотока и проходят ширмовый пароперегреватель I ступени. После ШПП-1 подпотоки объединяются с последующим разделением перед ППТО.

На трубопроводе объединенного потока после ППТО установлен "О" впрыск и встроенная задвижка с байпасом, на котором имеются дроссельные клапана и встроенный сепаратор.

После ВЗ среда последовательно проходит первую ступень ВРЧ, потолочный радиационный перегреватель, I впрыск, вторую ступень ВРЧ.

Экран газового перевала включен параллельно ВРЧ-II. После ВРЧ-II среда каждого потока двумя подпотоками направляется в ширмовый пароперегреватель II ступени, пароохладитель II впрыска, и далее в конвективный пароперегреватель первичного пара. После КПП подпотоки каждого потока объединяются и двумя трубопроводами направляются в турбину. Регулирование температуры пара сверхкритического давления осуществляется соотношением вода-топливо с подрегулировкой впрысками I, II , 0. Впрыск 0 вводится перед ВРЧ-I до ВЗ каждого потока. Впрыск I организован в трубопроводы каждого потока между ПРП и ВРЧ-II. Впрыск II подводится в трубопроводы каждого полупотока между ШПП-II и КПП.

Для возможности поддержания необходимой температуры пара перед турбиной при пусках блока по сепараторному режиму, в паропроводы острого пара установлены пусковые впрыскивающие пароохладители.

Внутренний объем первичного тракта котла составляет 240 м³. Гидравлическое сопротивление первичного тракта без РПК - 53 кгс/см², причем 30% из них составляет сопротивление камер и трубопроводов.

Прямоточный котел представляет собой разомкнутую гидравлическую систему. Вода поступающая в экономайзер однократно проходит через все поверхности котла и затем в виде перегретого пара покидает котел. Происходит безостановочное превращение воды в пар.

Расчет котла проведен так, что зона превращения воды в пар приходится на поверхность ЗМТ. Так как этот процесс сопровождается повышенным отложением на стенках труб солей жесткости, затрудняющих теплообмен, во избежании пережога труб, ЗМТ вынесен в зону умеренных температур - в конвективную шахту.



Рис. 1



2. Техническое задание на разработку автоматизированной системы регулирования

2.1 Общие сведения

Наименование системы:

Локальная система управления тепловой нагрузки котла П-59 энергоблока 300 МВт Рязанской ГРЭС.

Шифр: КП-2068.496-22.02.43.05-14.

Наименование разработчика: Бондарев К.С., студент группы 5-43.

Система создается на основании задания на курсовой проект по дисциплине: «Локальные системы управления», утвержденного заведующим кафедрой СУ, к.т.н., доцентом А. В. Голубевым.

Плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы:

Начало создания системы - 14.09.2014 г.

Срок завершения работ - 24.11.2014 г.

Порядок оформления и предъявления заказчику результатов работы по созданию системы производится в соответствии с заданием на курсовой проект.

2.2 Назначения и цели создания системы

Назначение системы.

Разрабатываемая система относится к категории автоматизированных систем управления технологическими процессами и является составным элементом интегрированной АСУТП энергоблока 300 МВт Рязанской ГРЭС ОАО «ОГК-2».

Система характеризуется:

· сложными алгоритмами управления и преобразования информации;

· большим числом источников информации и исполнительных устройств;

АСУТП регулирования подачи топлива и питательной воды парового котла П-59 предназначена:

· для оперативного контроля за технологическим процессом;

· для повышения надежности

· для увеличения срока службы оборудования

· для оптимизации режимов работы оборудования.

Цели создания системы.

Целями создания ЛСУ являются:

* автоматическое управление и регулирование тепловой нагрузкой котла;

* предотвращение аварийных ситуаций.

2.3 Требования к системе

2.3.1 Требования к системе в целом

Согласно [2], в диапазоне нагрузок 70-100% от номинальной при поддержании температуры АСР котла, максимально-допустимое отклонение температуры свежего пара в промежуточной точке ±12°C, а при нагрузках до 70% от номинальной ±14°C

ЛСУ тепловой нагрузкой котла в целом должна выполнять следующие задачи:

информационные задачи

регистрация событий (РС);

протоколирование и архивирование информации;

представление архивной информации и результатов расчетных функций;

управляющие задачи

технологическая защита оборудования и блокировки;

автоматическое регулирование технологических параметров котла;

2.3.2 Требования к надёжности

Программно-технический комплекс в части требований по надежности должен соответствовать ГОСТ 4.148-85[3], ГОСТ 24.701-86[4] и ГОСТ 27.003-90[5]. Программно-технический комплекс должен создаваться как восстанавливаемая и ремонтопригодная система, рассчитанная на длительное функционирование. Требования к показателям надежности технических средств ПТК и АСУ ТП выбираются из условия, что суммарный коэффициент недоиспользования мощности энергоблока и установленной мощности электростанции из-за отказов АСУ ТП не должен превышать 1%. Периодичность и продолжительность остановов ПТК должны регламентироваться графиком ремонтов энергооборудования.

2.3.3 Требования к безопасности

АСУ должна быть построена таким образом, чтобы ошибочные действия оперативного персонала или отказы технических средств не приводили к ситуациям опасным для жизни, здоровья людей и сохранности оборудования.

Оборудование АСУ, требующее осмотра или обслуживания при работе котла, должна устанавливаться в местах, безопасных для пребывания персонала.

Все внешние элементы технических средств АСУ, находящиеся под напряжением, должны быть защищены от случайного прикосновения к ним обслуживающего персонала, а сами технические средства должны быть заземлены.

Все механизмы (двигатели, задвижки, клапаны) должны быть промаркированы в соответствии с технологическими схемами.

Технические средства должны соответствовать требованиям "Правил устройства электроустановок". Все внешние элементы технических средств, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения человека, а сами технические средства иметь защитное заземление в соответствии с требованиями "Правил устройства электроустановок" ГОСТ 12.1.030 ССБТ "Защитное заземление, зануление".

2.3.4 Требования по эргономике и технической эстетике

Для комфортности работы персонала необходимо, чтобы помещение со щитом управления было хорошо освещено, температура воздуха должна быть согласно СНИПу 18-23С, относительная влажность воздуха в помещении 30-80%.

Локальная сеть должна быть организована согласно требований СНИП, которые регламентируют требования при работе с ПЭВМ.

Для комфортности работы персонала необходимо, чтобы помещение со щитом управления было хорошо освещено, температура воздуха должна быть согласно СНИПу 18-23С, относительная влажность воздуха в помещении 30-80% .

2.3.5 Требования по сохранности информации при авариях.

В АСУ ТП предусматриваются меры по защите информации при исчезновении питания, сбоях и авариях.

Все программное обеспечение, хранящееся в станциях ПТК, сохраняется при перерывах питания любой длительности.

Архивная информация, записываемая на НЖМД Архивной станции, сохраняется при перерывах питания любой длительности.

Пользовательские программы, записанные в ОЗУ контроллеров сохраняются в течении всего гарантийного срока встроенного элемента питания (10 лет) и не разрушаются при исчезновении питания.

В случае исчезновения основного питания система бесперебойного питания обеспечивает работу ПТК для регистрации и архивации параметров в течении 30 минут с момента отключения для последующего разбора аварии.

2.4 Требования к функциям, выполняемым системой

2.4.1 Перечень и состав функций системы

Функциональную структуру АСУТП образует набор и взаимодействие следующих подсистем:

· подсистема сбора и первичной обработки информации включает в себя датчики аналоговых и дискретных сигналов;

· информационная подсистема обеспечивает выполнение всех оперативных и неоперативных функций по подготовке, представлению, хранению и документированию информации в АСУТП энергоустановки. Информационная система реализуется на средствах вычислительной техники с частичным дублированием традиционными средствами контроля и сигнализации;

· подсистема технологических защит и защитных блокировок обеспечивает безопасную работу оперативного персонала и теплоэнергетического оборудования путем экстренного автоматического перевода защищаемого оборудования в безопасное состояние;

· подсистема автоматического регулирования предназначена для управления непрерывными процессами и должна обеспечить поддержание заданных значений параметров технологического процесса.

2.4.2 Требования к подсистеме сбора и первичной обработки информации

Функция сбора информации должна выполнять следующие задачи:

• опрос датчиков температуры, датчиков давления;

• преобразование полученных сигналов в унифицированные сигналы;

• аналого-цифровое преобразование полученных сигналов и передача их в ИВС;

• прием дискретных сигналов с регулирующих органов задвижек и т.п.

2.4.3 Требования к информационной подсистеме

К информационным функциям относятся: оперативный контроль оборудования; технологическая сигнализация; архивация и протоколирование.

Выполнение функций должно обеспечивается за счет применения следующих технических средств:

• вычислительных устройств, обеспечивающих работу дисплеев и принтеров, обработку и хранение информации, выдачу необходимой информации автоматически или по запросу оперативного персонала;

• традиционных средств контроля и сигнализации, частично резервирующих оперативные информационные средства в случае их отказа.

2.4.4 Требования к подсистеме технологической сигнализации [12]

· появление каждого нового сигнала должно сопровождаться включением повторного звукового сигнала;

· В архив должна заноситься:

o информация о времени появления и исчезновения сигналов предупредительной и аварийной сигнализации;

o информация о включении, отключении двигателей механизмов, изменении состояния задвижек;

o информация о выдаче команд управления исполнительными устройствами с указанием источника команды.

Перечень сигналов, подлежащих контролю, и значения уставок сигнализации представлены в таблице Табл. 1.1.



Табл. 1.1 Сигналы и уставоки сигнализации

№	Наименование параметра	Ед. изм.	НАУ	НПУ	ВПУ	ВАУ
1	Расход питательной воды на котел	т/ч	75	100
2	Температура пара за КПП	°C	450	535	560	580
3	Давления пара до ВЗ	кгс/см2	100	200	320

2.4.5 Требования к подсистеме технологических защит и защитных блокировок[12]

Подсистема технологических защит и защитных блокировок должна выполнять следующие функции:

* контроль появления признаков возникновения аварийных и предаварийных ситуаций: отклонение аналоговых сигналов до заданных значений;

* контроль наличия условий срабатывания ТЗ и ЗБ: наличия разрешения на срабатывание, истечения заданной выдержки времени;

* формирование команды на выполнение соответствующего алгоритма действия: определенного набора команд на исполнительные устройства.

Перечень сигналов, участвующих в технологических защитах представлен в Табл. 1.2.

Табл. 1.2 Карта уставок

Наименование	Позиция прибора	Место установки	Воздействие	уставки	Выдержка времени
1	2	3	4	5	6	7
Понижение расхода питательной воды н.А,Б	К-39(А) К-40(А) К-41(Б) К-42(Б)	БЩУ	Отключение котла. Сигнал.	75т/час 100 т/час 75 т/час 100 т/час	20 сек	2 из 2-х. Вводится ключом 1ПЗ.



2.5 Требования к основным видам обеспечения АСУТП

2.5.1 Требования к информационному обеспечению

Данные необходимые для АСУ должны храниться в массивах оперативной памяти и на жестком магнитном диске. Необходимо обеспечить хранение входной, выходной и нормативно-справочной информации. Основным средством информационного обеспечения является архивная станция Квинт-СИ.

2.5.2 Требования к программному обеспечению

Программное обеспечение (ПО) включает в себя тренажер котла и строится по следующим принципам:

1. модульность построения всех составляющих;

2. открытость - возможность расширения и модификации;

3. гибкость - возможность внесения изменений и перенастройки;

4. живучесть - выполнение возложенных функций в полном или частичном объемах при сбоях и отказах, восстановление после сбоев;

2.5.3 Требования к метрологическому обеспечению

Оборудование, рассматриваемое в курсовом проекте, - это имеющееся на Костромской ГРЭС оборудование, а также то, которое будет добавлено по итогам проектирования (регулятор и т.д.). Метрологическое оборудование должно удовлетворять предъявляемым требованиям в системах регулирования, контроля, диагностики.



3. Разработка PI диаграммы

PI-диаграмма - схематическое изображение технологического процесса (фрагмента технологического процесса) с нанесением на него условными обозначениями каналов измерения и (или) управления с необходимыми надписями и примечаниями.

PI-диаграмма - технологическая функциональная схема, являющаяся наиболее информативной частью стадии технологического проекта.

При рассмотрении вместе с соответствующими перечнями измерений и объектов управления, текстовых описаний PI-диаграмма дает представление о технологическом процессе, об организации измерений параметров и управления процессом.

Элементы каналов измерений и управления изображаются с использованием условных обозначений и системы идентификации.

При выполнении рабочей документации проектируемого объекта управления PI-диаграммы используются как основной элемент конкретного задания на систему управления.

PI-диаграмма водопарового тракта котла П-59 разработана согласно [6] по системе кодирования KKS и приведена на Рис. 3.1. Расшифровка обозначений приведена в Табл. 3.1.

Табл. 3.1 Расшифровка кодов KKS PI-диаграммы

Код	Описание
L	Паровые, водяные и газовые контуры
LA	Система питательной воды
LAE	Система впрыска воды высокого давления от отвода из линии питательной воды до потребителя
H	Производство тепла на ископаемом топливе
HA	Система давления
HAC	Экономайзерная система от входного коллектора котла до входа в испаритель, включая регулирующие и вспомогательные поверхности нагрева
HAD	Система испарителя от входа в испаритель до выхода из испарителя и до сепаратора в прямоточных котлах или до барабана-сепаратора в барабанных котлах
HAH	Система перегревателя высокого давления от выхода из системы испарителя до выходного коллектора котла
AA	Арматура, включая привод, так же и ручной
C	Контуры прямого измерения
CF	Расход, массовый расход
CP	контур прямого измерения: давление
CT	контур прямого измерения: температура
I	индикация
A	сигнализация
Z	блокировки
S	защита



4. Разработка сквозной информационно-функциональной структуры ЛСУ

Сквозные информационно-функциональные схемы управления строятся на основе технической документации (инструкций и ТУ) и облегчают понимание схем автоматизации.

Область построения разделена на 5 частей:

- обработка и контроль достоверности технологических параметров;

- технологическая сигнализация;

- технологические защиты, блокировки, АВР, автоматическое регулирование и управление исполнительными устройствами;

- обработка и контроль достоверности сигналов о состоянии исполнительных устройств;

- исполнительные устройства.

В области «Обработка и контроль достоверности сигналов технологических параметров» размещаются блоки источников технологических параметров и блоки формирования достоверного сигнала. В блокедатчика пишется код (KKS) источника сигнала и краткое описание. Блок формирования достоверного сигнала используется, когда сигнал технологического параметра формируется несколькими датчиками (по схемам 1 из 2х, 2 из 3х и т.д.) Он изображается в виде прямоугольника, на который заводятся сигналы от датчиков, и на выходе из которого формируется достоверный сигнал.

В области «Технологическая сигнализация» размещаются блоки условий срабатывания технологической сигнализации. Блок представляет собой прямоугольник, разделенный на 2 части. В первой части пишется условие срабатывания, аргументом которого является входной параметр. Слева рисуется стрелка вверх, если сигнализация по верхнему пределу срабатывания, вниз- по нижнему пределу срабатывания. Если срабатывание сигнализации происходит по сигналу логического типа (0 или 1), то левая часть оставляется пустой. Кроме того, к блоку подводятся пунктирной линией сигналы на условия ввода/вывода сигнализации, т.к. некоторые сигнализации актуальны только при включенном оборудовании или конкретном состоянии арматуры. На данной информационно-функциональной схеме представлена сигнализация по расходу питательной воды.

В области «Исполнительные устройства» размещаются блоки, соответствующие различным ИУ. ИУ делятся на 3 вида: задвижка, регулирующий клапан, насос или двигатель. Блок ИУ рисуется в виде прямоугольника, внутри которого пишется код (KKS) ИУ и краткое пояснение.

В области «Обработка и контроль достоверности сигналов о состоянии исполнительных устройств» размещаются блоки ИУ. Эти блоки соединены с соответствующим блоком ИУ и отображают его возможные состояния. Блок состояния имеет форму овала, внутри которого написано состояние. На выходе из блока формируется сигнал логического типа в зависимости от состояния агрегата.

Блоки регулирования располагаются в одной области с блокировками, защитами и АВР, но выделены отдельно, т.к. являются линейными. Схема автоматического регулирования расположена не только в алгоритмической части, но и в областях «Обработка и контроль достоверности сигналов о состоянии исполнительных устройств» и «Исполнительные устройства» (т.к. за счет показаний датчиков осуществляется обратная связь, а за счет ИУ осуществляется управляющее воздействие). Блок регулятора рисуется в виде прямоугольника, внутри которого вписано «Регулятор».

Схема регулирования имеет следующий вид: на вход регулятора подается сигнал (аналоговый) от источника технологического параметра, от регулятора сигнал идет на блок алгоритма управления клапаном, который, в свою очередь, действует на клапан.

Алгоритм блокировки служит для логической связи группы технологического оборудования (и, возможно, технологических параметров) таким образом, что состояние одной части группы оборудования (и значения параметров) однозначно определяет состояние другой его части.



5. Алгоритмический синтез системы управления

5.1 Анализ объекта и способов регулирования

Система автоматического регулирования прямоточного котла должна обеспечивать требуемую нагрузку, постоянство параметров перегретого пара и наиболее экономичное сжигание топлива. У прямоточного котла рабочее тело под напором, создаваемым питательным насосом, последовательно проходит через все поверхности нагрева. [7]

Изменение расхода питательной воды влияет на производительность парогенератора, давление и температуру пара. Изменение подачи топлива влияет на температуру пара значительно резче, чем на барабанном котле. Практически любое возмущение на прямоточном парогенераторе влияет на температуру пара по тракту.

У прямоточного парогенератора при уменьшении расхода питательной воды и неизменном расходе топлива паропроизводительность снижается. На подогрев и испарение меньшего количества воды требуется меньше тепла, поэтому экономайзерная и парообразующая зоны сокращаются, а пароперегревательная зона увеличивается. Это вызывает повышение температуры пара в тракте парогенератора как за счет уменьшения количества пара, проходящего по тракту, так и за счет увеличения пароперегревательной части тракта. При этом скорость увеличения температуры пара по мере приближения к выходу из пароперегревателя будет уменьшаться. Температура пара по тракту будет изменяться с запаздыванием, величина которого возрастет по мере приближения к выходу из пароперегревателя. Таким образом, чем ближе к выходу из парогенератора, тем больше величина запаздывания и медленнее изменение температуры пара.

Увеличение подачи топлива приводит к возрастанию тепловыделения в топке. При этом температура пара за переходной зоной, где пар перегрет незначительно, может временно снизиться ("выброс" температуры). Наиболее резко это явление проявляется на прямоточных котлах среднего давления. С увеличением давления в котле явление выброса уменьшается за счет того, что при этом уменьшается разность в теплоёмкостях пара и воды.

Таким образом, возмущения расходом питательной воды и топливом оказывают значительное влияние на температуру пара по тракту прямоточного парогенера-тора. Стабилизация температур по водопаровому тракту требует сохранения постоянного соотношения между количеством питательной воды, поступающей в пароге-нератор, и количеством тепла, выделяемого в топке. Это соотношение обеспечивается регуляторами топлива и пи-тания. Температура пара на выходе из парогенератора при возмущении расходом топлива или воды изменяется со значительным запаздыванием.

Структурные схемы регулирования питания и топлива прямоточных котлов представлены на Рис. 4.1 - Рис. 4.2. [8]

Рис. 4.1



Рис. 4.2

В качестве схемы регулирования тепловой нагрузки выбрали схему ВТИ-2, в которой температуру пара в промежуточной точке поддерживает регулятор топлива. Структурная схема представлена на Рис.4.1. Ниже представлена информационная структура (Рис.4.3.)

Рис 4.3 Расчетная структура регулирования подачи топлива и питательной воды прямоточного котла

Обозначения: W_РТ(р) - передаточная функции регулятора топлива; W₁(р)- передаточные функции по каналу расход топлива-температура среды за ВРЧ; W₂(р)- передаточные функции по каналу расход топлива-температура среды за НРЧ; W₃(р)- передаточные функции по каналу расход питательной воды-температура среды за ВРЧ; WД-дифференциатор; WУК- компенсирующие устройство;



5.2 Идентификация объекта регулирования

Для проведения параметрической оптимизации были сняты кривые разгона по каналам, задействованным в системе регулирования:

1) Кривая разгона по каналу Расход топлива- температура НРЧ (Рис.5.1): Изменение расхода топлива

Рис.5.1

2) Кривая разгона по каналу Расход топлива- температура ВРЧ (Рис.5.2):

Изменение расхода топлива

Рис.5.2



3) Кривая разгона по каналу Расход питательной воды- температура ВРЧ (Рис.5.3):

Изменение расхода топлива

Рис. 5.3

Далее проводится идентификация объектов. Переходные характеристики получены из кривых разгона, путем выделения преобразования каждого значения по следующей формуле:

Вывод: на данном этапе было проведено исследование динамических свойств объекта и получены экспериментальные кривые разгона по каналам регулирования. Произведен анализ и обработка экспериментальных характеристик, получены переходные процессы, по которым в дальнейшем будет реализована идентификация динамического объекта управления.



5.3 Идентификация каналов динамического объекта управления

Задача идентификации - это задача определения по экспериментальным данным математической модели объекта управления.

Среди множества возможных подходов к решению данной задачи примем за основу традиционный для систем автоматического управления (САУ) непрерывными объектами метод получения модели в виде описания «вход-выход» в частотной области, т.е. в виде комплексной частотной характеристики (КЧХ) или передаточной функции.

Воспользуемся алгоритмом:

Идентификацию каналов проводим с помощью ПМК «ТЕМП»

5.3.1 Идентификация канала расход топлива- температура за ВРЧ

Рис. 5.4 Переходная характеристика по каналу расход топлива- температура за ВРЧ



Рис. 5.5 КЧХ по каналу расход топлива- температура за ВРЧ

Рис. 5.6 Исходная (1) и аппроксимирующая (2) КЧХ по каналу расход топлива- температура за ВРЧ

Полученная передаточная функция:

Рис. 5.7 Сравнение исходной (1) и аппроксимирующей (2) переходных характеристик по каналу расход топлива- температура за ВРЧ



5.3.2 Идентификация канала расход топлива- температура за НРЧ

Рис. 5.8 Переходная характеристика по каналу расход топлива- температура за НРЧ

Рис. 5.9 КЧХ по каналу расход топлива- температура за НРЧ

Рис. 5.10 Исходная (1) и аппроксимирующая (2) КЧХ по каналу расход топлива- температура за НРЧ



Полученная передаточная функция:

Рис. 5.11 Сравнение исходной (1) и аппроксимирующей (2) переходных характеристик по каналу расход топлива- температура за НРЧ

5.3.3 Идентификация канала расход питательной воды - температура за ВРЧ

Рис. 5.12 Переходная характеристика по каналу расход питательной воды- температура за ВРЧ



Рис. 5.13 КЧХ по каналу расход питательной воды- температура за ВРЧ

Рис. 5.14 Исходная (1) и аппроксимирующая (2) КЧХ по каналу расход питательной воды- температура за ВРЧ

Полученная передаточная функция:



Рис. 5.15 Сравнение исходной (1) и аппроксимирующей (2) переходных характеристик по каналу расход питательной воды- температура за ВРЧ

Вывод: на данном этапе мы произвели идентификацию динамического объекта управления и определили передаточные функции каналов регулирования.

5.4 Параметрическая оптимизация локальной системы управления

5.4.1 Расчет двухконтурной схемы с дифференциатором. [9]

Исходными данными для расчета являются полученные в предыдущей работе математические модели каналов объекта регулирования.



Рис.5.16 Схема двухконтурной АСР с дифференциатором

Эквивалентная расчетная схема двухконтурной АСР с дифференциатором, полученная на основе исходной структуры (см. рис. 4.1.) представлена на рис. 4.2. На схеме выделены два контура, предназначенные для решения различных задач: «внутренний» контур служит для подавления высокочастотных возмущений (со стороны регулирующего органа); «внешний» контур - для подавления низкочастотных отклонений регулируемого параметра от заданного значения (внешнее возмущение ).

Рис. 5.17 Расчетная схема двухконтурной АСР с дифференциатором

Обозначения:

передаточные функции объекта управления;

передаточная функция регулятора;

- передаточная функция дифференциатора;

вектор параметров настройки регулятора;

вектор параметров настройки дифференциатора.

В качестве закона регулирования, реализуемого регулятора, примем стандартный ПИ - регулятор:

Дифференциатор реализуется в виде типового РД - звена с передаточной функцией

.

Параметрический синтез двухконтурной АСР с дифференциатором выполним по упрощенной методике и сведем к последовательному расчету двух одноконтурных АСР: АСР "внутреннего" контура, который должен обеспечить в первую очередь наилучшую "отработку" внутренних возмущений г АСР "внешнего" контура, который должен обеспечить наилучшую "отработку" внешних возмущений л.

1 шаг. Параметрический синтез АСР «внутреннего» контура.

В соответствии с применяемой упрощенной инженерной методикой параметрический синтез АСР "внутреннего" контура выполняется при разомкнутом "внешнем" контуре в предположении

В результате расчетная схема АСР "внутреннего" контура принимает вид одноконтурной системы (рис. 4.3).



Рис.5.18 Расчетная схема АСР "внутреннего" контура

Определение оптимальных параметров настройки регулятора с помощью ПМК «ТЕМП»

Рис 5.19 Линия запаса устойчивости Пи-регулятора

2 Шаг. Параметрический синтез АСР «внешнего» контура

Параметрический синтез АСР «внешнего» контура выполняется согласно расчетной схеме (рис. 4.8), составленной на основании общей схемы (рис. 4.2).



Рис. 5.20 Расчетная схема АСР "внешнего" контура с эквивалентным регулятором

В данной схеме передаточная функция “эквивалентного” ПИ - регулятора имеет вид:

W_экв.р==

При выполнении допущения, что К_рК₁1 т.е. резонансные частоты внутреннего и внешнего контура должны быть различны (w_{р.внутр.}>>w_{р.внешн.}), тогда , то получаем, что

W_экв.р= = ,следовательно К_р.экв=, Т_и.экв=Т

Передаточная функция эквивалентного объекта управления определяется с учетом результатов расчета параметров настройки регулятора во внутреннем контуре:



Рис 5.21 Линия запаса устойчивости эквивалентного регулятора

, [сек]. .

5.4.2 Расчет устройства компенсации внешнего возмущения

Расчет идеального устройства компенсации проведем по следующей формуле:

Найдем передаточную функцию реального компенсатора, в качестве структуры выберем реально-дифференцирующее звено: Оптимальные настройки реального компенсатора определим из условия наилучшего приближения КЧХ реального компенсатора к идеальному при нулевой и резонансной частотах замкнутого контура системы.

Рис. 5.22 КЧХ идеального (1) и реального (2) регуляторов до щp

Передаточная функция реального компенсатора:

После расчета параметров регуляторов была собрана имитационная модель в программном продукте «VisSim» Рис. 5.21.



Рис. 5.23 Имитационная модель схемы ВТИ-2

По имитационный модели были получены переходные характеристики при возмущении заданием Рис. 5.24, внутреннем возмущении Рис. 5.25, а также при внешнем возмущении Рис. 5.26 без устройства компенсации (1), с идеальным компенсатором (2) и реальным компенсатором (3). Значения показателей качества регулирования свели в Табл. 4.1.

Рис. 5.24 Переходная характеристика при возмущении заданием



Рис. 5.25 Переходная характеристика при внутреннем возмущении

Рис. 5.26 Переходные характеристик при внешнем возмущении: 1 - без УК, 2 - с ИК, 3 - с РК

По переходной характеристике системы определили прямые и интегральные показатели качества с помощью программы «VisSim» и занесли их в таблицу 4.1:

1. Статическая ошибка (разность между требуемым и фактическим установившимся значением регулируемой координаты):

2. Динамическая ошибка (максимальное по модулю отклонение регулируемой координаты от установившегося значения за период наблюдения процесса): Динамическая ошибка определяется по формуле:

.

3. Степень затухания переходного процесса (характеризует запас устойчивости системы и интенсивность затухания колебательного процесса):

Степень затухания определяется по формуле:

,

где и - модули значений первого и третьего отклонений регулируемой координаты от установившегося значения соответственно.

4. Время регулирования (характеризует быстродействие системы в аспекте длительности отработки ей поступившего возмущения):

Время регулирования определяется из условия:

,

приняли (зона чувствительности регулируемой координаты).

5. Время полувыбега (характеризует быстродействие системы в аспекте скорости реакции на поступившее возмущение):

Табл. 4.1 Показатели качества регулирования

Показатель качества регулирования	Значение
	По заданию	По Внутреннему возмущению	Внешнее возмущение
Статическая ошибка д, °C	0	0	0
Динамическая ошибка A1, °C	0,311	0,284	0,203
Время полувыбега tп, с	93,1	72,6	132,1
Время регулирования tр, с	277,2	144,2	356,5
Степень затухания ш	0,83	0,87	-

Вывод: На данном этапе были рассчитаны оптимальные настройки регуляторов, входящих в двух контурную схему с дифференциатором, методом максимума амплитудно-частотных характеристик (МАЧХ). Также были найдены прямые показатели качества этой системы с оптимально настроенными регуляторами.



Заключение

В данном курсовом проекте была разработана локальная система управления тепловой нагрузкой прямоточного котла П-59, было выполнено описание рассматриваемого котла как объекта управления, сформулированы требования и технологические задачи управления системой, составлено техническое задание на ЛСУ, была выполнена разработка PI-диаграммы и схема сквозной информационно-функциональной структуры.

Алгоритмический синтез локальной системы управления включил в себя структурный синтез системы, параметрическую оптимизацию и имитационное моделирование системы управления тепловой нагрузкой котла П-59. Проведенный анализ результатов имитационного моделирования показал, что система регулирования тепловой нагрузкой регулятором питания с коррекцией по температуре пара в промежуточной точке обеспечивает качественное регулирование при различных воздействиях.



Список литературы

1. Техно-рабочий проект котельной установки с Т-образным котлом П-59 по восстановлению проектных показателей энергоблока ст. №2 филиала ОАО «ОГК-2» Рязанской ГРЭС. - Подольск 2012.

2. Тверской Ю.С. Локальные системы управления: Учеб.-метод. пособие / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2011.- 128с.

3. ГОСТ 4.148-85, Система показателей качества продукции. Устройства комплектные низковольтные, М.: Издательство стандартов, 1987.-24с.

4. ГОСТ-24.701-86, Надежность автоматизированных систем управления. Общие требования, М.: Издательство стандартов, 1986-11с.

5. ГОСТ-27.003-90, Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности, М.: Издательство стандартов, 1992-21с.

6. Теория и технология систем управления. Многофункциональные АСУТП тепловых электростанций. В 3-х кн. Кн. 2. Проектирование / Под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Тверского; ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2013. - 256 с.

7. Кузьменко, Д. Я. Регулирование и автоматизация паровых котлов. Москва : "Энергия", 1978.

8. Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: - М.: Энергоиздат, 1981. - 368с.

9. Лекционный материал по курсу «Локальные системы управления»,

проф. Тверской Ю. С.

10. Теория и технология систем управления. Многофункциональные АСУТП тепловых электростанций. В 3-х кн. Кн. 3. Моделирование / Под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Тверского; ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2013. - 208 с.

11. Управление и информатика в технических системах. Квалификационная работа: Учеб. Пособие / под ред. Ю.С. Тверского; ГОУВПО «Ивановский государственый энергетический университет имени В.И. Ленина».- Иваново, 2008-148с.

12. Инструкция по эксплуатации энергоблока 300 МВт Рязанской ГРЭС. Новомичуринск 1991.- 211 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...