Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ литературных источников и постановка .задачи исследования 12
Выводы 28
2. Обоснование применения сигнала АРПС для оптимизации процесса горения в топке барабанного котла 30
2.1. Оценка тепловосприятия поверхностей нагрева барабанного котла 30
2.2. Теоретическое определение статических характеристик сигнала АРПС .37
2.3. Экспериментальное определение статических характеристик сигнала АРПС с использованием полнофакторного эксперимента 44
2.4. Обоснование применения сигнала, характеризующего тепловыделение в топке, для системы технической диагностики теплонапряжённости экранных поверхностей нагрева 56
2.5. Система технической диагностики (СТД) теплонапряжённости экранных поверхностей нагрева 63
Выводы 71
3. Разработка экстремальной системы регулирования (ЭСР) экономичности процесса горения в топке барабанного парового котла с использованием сигнала по тепловосприятию топочных экранов на базе микропроцессорной техники и обоснование применения сигнала АР в СТД положения ядра факела в топке прямоточного котла 72
3.1. Паровой барабанный котел как объект экстремального регулирования 72
3.2. Использование сигнала АРПС для регулирования экономичности процесса горения в топке барабанного парового котла 75
3.3. Разработка функциональной схемы ЭСР с сигналом по тепловосприятию 80
3.4. Имитационное моделирование работы ЭСР в условиях дрейфа статической характеристики объекта 89
3.5. Сравнение и анализ двух видов ЭСР экономичности процесса горения 110
3.6. Имитационное моделирование ЭСР экономичности процесса горения при случайных возмущениях .1 126
3.7. Схема технической реализации ЭСР 138
3.8. Использование сигнала по перепаду давлений рабочей среды в экранах топочной камеры ДР в системе технической диагностики положения ядра факела в топке прямоточного котла 140
3.9. Функциональная схема и результаты испытаний системы технической диагностики положения ядра факела в топке прямоточного котла на базе микропроцессорных регуляторов 144
Выводы 145
4. Промышленное внедрение выбранных схем и способов регулирования 146
4.1. Краткая техническая характеристика объекта управления 146
4.2. Оценка точности и надежности экспериментальных динамических характеристик сигнала АРПС при внутритопочных возмущениях 150
4.3. Испытания ЭСР экономичности процесса горения в промышленных условиях 154
4.4. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения ЭСР экономичности процесса горения с использованием сигнала АРПС...159
В ыводы 165
Заключение 166
Литература 168
Приложения 178
- Теоретическое определение статических характеристик сигнала АРПС
- Использование сигнала АРПС для регулирования экономичности процесса горения в топке барабанного парового котла
- Сравнение и анализ двух видов ЭСР экономичности процесса горения
- Краткая техническая характеристика объекта управления
Введение к работе
Теплоэнергетика - отрасль промышленности, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложение методы теории и новые технические средства автоматического управления.
Дальнейшее развитие энергетики Российской Федерации должно сосредотачивать усилия на технологическом совершенствовании основного оборудования, с целью повышения эффективности, долговечности и надежности его работы.
Технологическое оборудование современных электростанций достигло той степени сложности, при которой немыслима его эксплуатация без применения новейших средств автоматизации.
Развитие данной отрасли промышленности идет преимущественно по пути сооружения блоков мощностью более 200 МВт. Для работы таких блоков в условиях нормальной эксплуатации необходимо контролировать до 1000 параметров, а для блоков мощностью 500 и даже 800 МВт число этих параметров достигает 2500, что невыполнимо для оператора. Эту задачу берут на себя автоматические системы регулирования тепловыми процессами и ЭВМ. Особенно эффективно показали себя ЭВМ, осуществляющие сбор информации и выдающие результаты в виде советов оператору или сигналы-команды для исполнительных механизмов, расположенных' на объекте управления. Таким образом, часть функции по управлению и контролю сложными технологическими процессами берет на себя ЭВМ. В том числе круг "компетенции" ЭВМ включает в себя контроль и сигнализацию, расчет косвенных показателей и параметров, расчет технико-экономических показателей, оптимизация режимов работы оборудования.
б ' -г
Наряду с внедрением централизованного контроля и управления широко распространены АСР отдельных участков технологического процесса, автоматического управления и защиты оборудования.
Применение автоматизированных систем управления позволяет повысить надежность и экономичность энергетических установок при малом числе обслуживающего персонала, способствует повышению его квалификации.
В настоящее время в РАО «ЕЭС России» находится в эксплуатации большое количество барабанных паровых котлов различных типов (ТП, ТГМ, БКЗ различных модификаций и др. Например, в Московской энергетической системе свыше 80% установленной мощности, обеспечивается тепловыми электрическими станциями с паровыми барабанными котлами). С учетом этого паровые барабанные котлы служат главными объектами исследования в настоящей работе.
Потери энергетического топлива в значительной мере зависят от совершенства его сжигания. Наряду с конструкцией топочного устройства и режимом работы котла, эффективность процесса горения зависит от качества работы систем автоматического регулирования подачи топлива и воздуха в топку парового котла.
В настоящее время можно считать решенными вопросы, связанные с автоматическим поддержанием тепловой нагрузки котла в соответствии с заданием. В частности, определены типовые варианты подключения входных сигналов к регуляторам топлива и воздуха при сжигании различных видов топлива. При этом для оценки уровня тепловой нагрузки пылеугольных барабанных котлов в качестве типового принят предложенный в 1953 году МО ЦКТИ сигнал по теплоте [4]. Однако многолетний опыт эксплуатации автоматической системы регулирования (АСР) тепловой нагрузки с сигналом по «теплоте» показал, что последний обладает рядом существенных недостатков. Автоматические регуляторы топлива с этим сигналом, с точки зрения экономичности процесса горения, недостаточно эффективны.
Для обеспечения процессов парообразования энергии с наименьшими экономическими затратами в практике известно два основных направления экстремизации технико-экономических показателей (ТЭП) энергоблока или его оборудования [5]. При разомкнутом экстремальном управлении зависимости оптимальных значений параметров от различных видов воздействий определяются аналитически или же опытным путем по результатам испытаний на действующем оборудовании. На основе этих зависимостей и выбираются статические настройки автоматических регуляторов соотношения или составляются рекомендации по управлению для операторов (режимные карты). Примерами указанного разомкнутого управления служат оптимизация соотношений «топливо-воздух» и «вода-воздух» при изменениях нагрузки, оптимизация вакуума в конденсаторе турбины [5, 29]. Несмотря на высокое быстродействие, разомкнутые системы оптимального управления могут иметь значительную статическую ошибку.
При замкнутом экстремальном управлении с обратной связью по тому или иному показателю качества работы системы отыскание точки положения экстремума осуществляется с помощью поисковых движений. Поиск -характерная черта экстремальных систем с обратной связью. В процессе поиска определяется знак и абсолютное отклонение (либо только знак) рабочей точки от точки экстремума и инициируется движение в сторону экстремума [65]. Примеры, связанные с применением автоматических поисковых регуляторов приведены в [31, 98, 99]. Обладая меньшим быстродействием и необходимостью пробных возмущений, эти системы, тем не менее, позволяют осуществлять контроль непосредственно за текущим положением экстремума, характеризующим качество работы автоматической системы. При этом большую роль играет выбор входного сигнала ЭСР.
Известно, что формирование сигнала по КПД в темпе с процессом горения в настоящее время не практикуется в силу невысокой точности его измерения
[31]. Однако, экстремальное управление вполне возможно по косвенному показателю (сигналу), отвечающему определенным требованиям.
Обеспечение надежной безаварийной эксплуатации паровых котлов во многом определяется решением проблемы надежности работы теплонапряженных поверхностей нагрева. В первую очередь это топочные экраны и пароперегреватель. Надежная работа этих поверхностей нагрева определяется большим числом конструктивных и эксплуатационных режимных факторов [32]. Одним из важнейших факторов, связанных как с конструкцией, так и с режимом эксплуатации котла является аэродинамика факела горящего топлива. Структура и расположение факела в топочном объеме определяет наличие или отсутствие перекосов-неравномерностей температур и газового состава, а, следовательно, неравномерностей плотности теплового потока по ширине, глубине и высоте топки. Неравномерность обогрева параллельно работающих труб панелей контуров циркуляции и пароперегревателя может привести к выходу их из строя как вследствие нарушений характеристик циркуляции или гидродинамики, так и вследствие интенсификации процессов образования внутритрубных отложений, шлакования и отложений на наружной поверхности труб, а также коррозийных процессов [33]. Применяемые в настоящее время косвенные методы измерения тепловых нагрузок экранных поверхностей: температурные вставки, переносные термозонды и др. не отвечают требованиям оперативности и доступности для эксплуатационного персонала. Кроме того, барабанные котлы в меньшей степени оснащены этими методами и приборами.
Из всего вышесказанного следует вывод, что проблема экономичности процесса горения в топках паровых котлов по-прежнему считается актуальной. Кроме того, новые экономические условия требуют комплексного подхода к данной проблеме, с учетом экологического фактора и надежности основного оборудования. В настоящей работе рассматривается один из путей ее решения.
9 Л, " *r .. '
В диссертационной работе обосновано использование сигнала .'по
тепловосприятию топочных экранов АРп.с. в экстремальной системе
регулирования (ЭСР) экономичности процесса горения в топке барабанного
парового котла, разработана ЭСР экономичности процесса горения с
корректирующим сигналом по тепловосприятию топочных экранов ДРп.с. для
«многотопливных» барабанных паровых котлов на базе микропроцессорных
регуляторов, а также обосновано использование сигнала АРп.с. для системы
технической диагностики (СТД) теплонапряжённости экранных
поверхностей нагрева барабанного парового котла и сигнала по перепаду давлений рабочей среды в экранах топочной камеры прямоточного котла ЛР в
системе технической диагностики положения ядра факела в топке прямоточного котла.
Диссертация состоит из четырех глав и приложений.
В первой главе «Обзор и анализ литературных источников и постановка задачи исследования» приведен краткий анализ существующих схем регулирования экономичности процесса горения в топках барабанных паровых котлов, сформулированы проблемы научного исследования и постановка задач, решаемых в диссертации.
Во второй главе «Обоснование применения сигнала АРЯ(. для
оптимизации процесса горения в топке барабанного котла» приведены
полученное по результатам выполненных на ПЭВМ расчетов исследование
влияния изменения положения точек отбора сигналов давления в цирконтуре
котла Р на значение сигнала АРп.с, экспериментальные данные по
определению статических характеристик сигнала АРп.с, полученные с
помощью полнофакторного эксперимента на котле ТП-108. Приведено
обоснование применения сигнала, характеризующего тепловыделение в топке
(АРп.с), для системы технической диагностики теплонапряжённости
экранных поверхностей нагрева, разработан промышленный образец СТД
теплон'апряжснности экранных поверхностей нагрева на базе микропроцессорных регуляторов.
В третьей главе «Разработка экстремальной системы регулирования (ЭСР) экономичности процесса горения в топке барабанного парового котла с использованием сигнала по тепловосприятию топочных экранов на базе микропроцессорной техники и обоснование применения сигнала АР в СТД положения ядра факела в топке прямоточного котла» разработана функциональная схема ЭСР экономичности процесса . горения с корректирующим сигналом по тепловосприятию топочных экранов; проведено ее исследование методом имитационного моделирования; приведено сравнительное исследование двух методов решения задачи экстремального регулирования (ЭСР «по приращению» и ЭСР «по второй разности») в условиях, характерных для работы ЭСР на действующем оборудовании; разработано программное обеспечение и описана техническая реализация ЭСР на базе микропроцессорных регуляторов применительно к паровым барабанным котлам. Также приведено обоснование возможности применения сигнала по перепаду давлений рабочей среды в экранах топочной камеры АР в системе технической диагностики положения ядра факела в топке прямоточного котла.
Материалы второй и третьей глав во многом отражают научную новизну выполненных исследований.
В четвертой главе «Промышленное внедрение выбранных схем и способов регулирования» и приложениях содержится материал, отражающий практическую значимость предлагаемых работ, приведены результаты промышленных испытаний ЭСР экономичности процесса горения с корректирующим сигналом по тепловосприятию топочных экранов на работающем одновременно на нескольких видах топлива паровом барабанном котле, выполнена оценка точности экспериментальных динамических характеристик сигнала АРп.с.
и -\-
В приложениях приведены программы разработанных ЭСР и СТД для микропроцессорных регуляторов, программы и результаты проведенных расчетов и испытаний.
Свою глубокую благодарность автор приносит научному руководителю доктору технических наук профессору Плетневу Г.П. и оказавшему оіцутимую помощь автору при выполнении диссертации сотруднику кафедры АСУ ТП МЭИ кандидату технических наук доценту Лесничуку А.Н.
В заключении автор выражает благодарность всему коллективу кафедры АСУ ТП МЭИ за предоставленную возможность завершения работы, результаты которой могут быть использованы для проведения дальнейших научных разработок в области автоматизации паровых котлов.
Теоретическое определение статических характеристик сигнала АРПС
В основу алгоритма положена математическая модель статики сигнала ЛРПС
(2.11). На рис. 2.2 приведена блок-схема универсальной программы для расчета на ПЭВМ статических характеристик сигнала по тепловосприятию топочных экранов ЛРПС (текст программы приводится в Приложении).
Программа состоит из двух частей. В первой части производится расчет контура естественной циркуляции данного типа котла при данной нагрузке, определяется действительная скорость циркуляции, во второй -вычисляется величина сигнала по тепловосприятию топочных экранов по заданным характеристикам точек отбора на опускной и подъемной трубах [71].
Расчет контура циркуляции основан на составлении и решении [61, 73]:
а) уравнения баланса движущих сил и сил сопротивления в установившемся режиме циркуляции: Рдв - ЛРпод + ЛРоп (2.18) где РдВ - развиваемый движущий напор, определяемый разностью весов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах; ЛРП0Д - гидравлическое сопротивление подъемных труб; ЛР0П - гидравлическое сопротивление опускных труб;
б) уравнения материального баланса Gon = G0 (2.19) Gon - суммарный расход воды, поступающей в опускные трубы; G0 - суммарный весовой расход пароводяной смеси в подъемных трубах.
Для определения плотности пароводяной смеси в подъемных и плотности воды в опускных трубах используют уравнения энергии и состояния. Полезный напор контура циркуляции определяется 1
Полезный напор контура РПол и сопротивление опускных труб ЛРоп при постоянном обогреве (нагрузка котла постоянна) зависят от скорости воды Wo, причем с увеличением Wo полезный напор уменьшается, а сопротивление опускных труб растет. В программе за действительную скорость циркуляции принимается скорость, при которой выполняется равенство (2.21).
Для выполнения расчета циркуляции по предполагаемой программе необходимо иметь данные теплового расчета парового котла и конструктивные характеристики его контуров циркуляции.
Использование программы позволяет получить статические характеристики сигнала по тепловосприятию топочных экранов барабанных паровых котлов, для которых соблюдаются следующие конструктивные и технологические условия [73]: опускные трубы контура циркуляции выходят из нижней части барабана и подводятся к нижнему коллектору экрана; экранные трубы - одноходовые, выходят из нижнего коллектора и входят в верхний собирающий коллектор; обогреваемая часть экранных труб может иметь не более двух участков по высоте, различающихся степенью обогрева и углом наклона труб; второй по высоте участок обогрева - вертикальный (К,, =1); участок экранных труб после обогрева мал по сравнению с обогреваемым (его длина условно включается в обогреваемый участок); отводящие трубы входят в барабан; недогрев до кипения в экономайзере небольшой, так что точка закипания находится в пределах первого обогреваемого участка экранных труб (пэк пдо + hi); » изменение давления в барабане котла происходит в диапазоне от 10 до 18 МПа; « величина сноса пара в опускные трубы принимается равной нулю; расчет коэффициента чк для обогреваемых труб выполняют по формулам для необогреваемых труб при среднеарифметическом значении массового паросодержания; отводящие трубы условно считаются вертикальными (К(У0ТВ=1), но местные сопротивления гибов отводящих труб учитываются в программе гидравлического расчета;
Для расчета коэффициентов, определяемых по номограммам, построенным на основе экспериментального материала, в программе используются аппроксимирующие формулы, основные характеристики циркуляционного контура рассчитываются по формулам, приведенным в [32, 61].
После ввода исходных данных: расположение экранов в топке (боковой, задний), геометрических характеристик контура, данных по тепловому режиму и расчету тепловосприятий участков топки, суммарного сечения подъемных труб, длины труб первого обогреваемого участка и недогрева воды до кипения в барабане котла для каждого значения скорости циркуляции, начиная с исходного, высчитываются и сравниваются между собой значения гидравлического сопротивления опускной системы и полезного напора контура. Изменение скорости циркуляции происходит в конце каждого цикла. Расчет заканчивается при выполнении логического условия:
Рпол - ЛР0П 0 (2.22)
Скорость циркуляции в этом цикле принимается за действительную. После расчета действительной скорости циркуляции вводятся данные, характеризующие геометрические места точек отбора сигнала на опускной и подъемной трубах циркуляционного контура: L и Ьг - длина участка соответственно опускной и подъемной труб от места отбора сигнала до барабана; hi и hi - высота столба среды соответственно в опускной и подъемной
В результате последующего расчета определяется значение сигнала по тепловосприятию топочных экранов ЛР „С для заданного типа барабанного парового котла, работающего в заданном режиме при выбранных местах точек отбора.
Исследование зависимости сигнала по тепловосприятию топочных экранов от мест врезки отборов давлений в опускную и подъемную трубы проводилась следующим образом. На реальном котле на участке между -барабаном и паросборным коллектором подъемных труб определялись доступные и прямолинейные участки опускной и пароотводящей труб, на которых предполагалось делать врезки для получения сигнала ЛР пс- Имея данные этих участков, по программе вычислялись величины статических и полных давлений в точках выбранных участков опускных и пароотводящих труб, а также определялась при различных нагрузках величина сигнала при стабилизированной точке отбора давления на о пускной (подъемной) трубе при изменении в тоже время расположения точки отбора на подъемной (опускной) трубе. Полученные графики для котла ТП-108 представлены на рис.2.4.
В конце расчета по программе определялось значение сигнала ЛР ПС для данного типа барабанного котла, работающего в заданном режиме при выбранных местах точек отбора.
В программе предусмотрена возможность возврата к трем различным этапам расчета, что дает возможность выполнения вычислительных работ для: а) различных типов котлов, б) различных тепловых нагрузок, в) различных мест точек отбора сигнала.
Вводя данные по тепловому режиму при работе котла на другой нагрузке, не изменяя данных мест врезок отборов, рассчитывалось новое значение ЛР ПС,
соответствующее этой нагрузке.
На рис.2.3 приводятся расчетные статистические характеристики сигналов по тепловосприятню топочных экранов ЛР „С = f(D„) для контура естественной циркуляции средней панели бокового экрана котла ТП-108 при h = h2 = 1900 мм.
Использование сигнала АРПС для регулирования экономичности процесса горения в топке барабанного парового котла
Идея экстремального регулирования экономичности процесса горения в топке парового котла по КПД очевидна и может быть реализована путем подачи этого сигнала на устройство выделения максимума - УВДМ (Экстремальный регулятор). Однако, формирование сигнала по КПД в топке с процессором горения в настоящее" время не практикуется из-за трудностей, связанных с измерением некоторых входящих в пего величин.
В то же время экстремальное регулирование вполне возможно по какому-либо косвенному показателю (КГ), измеряемому непрерывно, если выполняются следующие условия [101]:
а) зависимость Кп от коэффициента избытка воздуха а, подаваемого в топку, имеет экстремум, а значения а, соответствующие точки экстремума Кп, и КПД совпадают или отличаются на постоянную величину;
б) связь между измеряемым Кп и управляющим воздействием статическая, так как в этом случае могут использоваться простые алгоритмы функционирования ЭСР;
в) возмущения, действующие в процессе горения, одинаковым образом влияют на положение экстремальных точек характеристик ТбР = fi (а) и К„ = f2 (а).
Приведенный перечень требований, предъявляемых к косвенному показателю, свидетельствует о том, что выбор косвенного показателя является непростой задачей и часто оказывается затруднительным, в особенности при одновременном сжигании нескольких видов топлива.
В настоящей работе в качестве К„ предлагается использовать сигнал по тепловосприятию топочных экранов АРПХ (см. рис. 2.1). Этот сигнал малоинерционен, пропорционален тепловыделению в топке QT и имеет ярко выраженную экстремальную статическую характеристику в зависимости от расхода воздуха в широком диапазоне паровых нагрузок.
Из формулы (2.6) видно, что лишь часть теплоты QT передается подъемным трубам топочных экранов, на которых измеряется АР„.С. В то же время, этот сигнал более восприимчив к изменению паровой нагрузки D„ по сравнению с сигналом по КПД. Однако способ измерения АРГ.С (см. рис. 2.1) намного проще и надежнее по сравнению с измерением КПД. Учитывая это и сопоставляя формулы (2.5), (2.6) и (2.11) сделаем предположение, что максимизируя АР„.С (по показаниям измерительного прибора или с помощью специального автоматического устройства (УВДМ) тем же способом, что и Qr) максимизировать Q3Kp, Qn и, наконец, КПД брутто парового котла, определяемого формулой:
Q„ - теплота, вносимая в топку воздухом, а, следовательно, и ДР„.С = f2 (а.) совпадают лишь с некоторой ошибкой, численное значение которой можно установить из аналитических зависимостей rK = fi.(a), ДРП.С = f2 (ос) и Qr = ґз(оі). Однако, это слишком сложно и в этом нет практической необходимости. Задача отыскания максимума КПД в зависимости от а в условиях эксплуатации упрощается тем, что находится не сам максимум, а некоторая зона (окрестность), границы которой определяются с одной стороны (сверху) абсолютной погрешностью определения КПД методом обратного баланса, а с другой (снизу) - погрешностью измерения косвенного сигнала ЛРп.с.[64].
Совпадение зон поиска сигналов по КПД и тепловосприятию ДРП.С GB на рис.3.2 можно объяснить физически. Положение экстремумов Q / Qp (полезно использованная теплота) и QT / Qp (тепловыделение) вдоль координаты a (или GB), а, следовательно, и QT / Qp или ДРПС (тепловосприятие) для исследуемого типа барабанных паровых котлов с камерной топкой, зависит лишь от соотношения двух составляющих q2 и q4 (формулы 3.3 и 3.4, в которых q3 и qe близки к нулю, а q5 практически не зависит от a ): [100-q4-q2] max - [100-Q, I Qp = гбр 1 max (3.5) [100 - q4 + qB 1 max - [100-QT / Qp] max - [100-Q3Kp I Qp] max (3.6) В данном случае, например, приросты Aq2 и Aqu в окрестности экстремума значений (100 - q4) (в диапазоне Да = ± 0.01) линейны в зависимости от а, приблизительно равны и малы по значению (не превышают 0.1%). В то же время изменение основной потери теплоты, одинаково влияющей на QT и Q\ и весьма ощутимой в общем балансе потерь парового котла, носит ярко выраженный экстремальный характер, чем объясняется совпадение экстремумов г]к = f (а) и АР„.С = h (ct) с ошибкой, не превышающей допустимой погрешности а.
При работе котла на газе потери теплоты складываются из потерь с уходящими газами и потерь с химическим недожогом, сумма которых носит экстремальный характер, и которую необходимо минимизировать. Аналогично с (3.5) и (3.6) имеем: [ 100 - q3 - q2 1 max - [100-Q, / Qp = тібр] max (3.7) [100-q3 + qB] max - [100-QT/Qp] max - [100-Q3Kp/Qp] max (3.8) Совпадение максимумов соотношений (3.5) и (3.6) (или (3.7) и (3.8)) с ошибкой, не превышающей потерь на поиск, является практическим условием, реализуемости экстремального регулирования экономичности процесса горения по косвенному показателю Кп, характеризующему тепловыделение в топке барабанного парового котла QT, в данном случае по ДРП.С.
Сравнение и анализ двух видов ЭСР экономичности процесса горения
Максимум статической характеристики объекта можно находить различными способами. В этом разделе приведены некоторые соображения по разработке экстремальной системы регулирования, сопровождаемые составлением адекватных математических моделей объекта и вычислительным экспериментом, а именно: сравнение двух видов ЭСР («по приращению» и «по второй разности»)
Получая за короткий отрезок времени приращение статического значения выходного сигнала объекта, можно значительно сократить время между шагами регулятора и быстро найти значение х, при котором достигается экстремум статической характеристики объекта. Рассмотренный метод поиска экстремума, по сути дела, сводится к последовательному вычислению второй разницы выходного сигнала объекта. Поскольку для объекта, динамика которого описывается уравнением (3.21), вторая разность изменяет знак при отклонении выходного сигнала от значения точки экстремума, то в случае, когда D (1 — е" гт), поиск экстремума будет происходить значительно быстрее, чем в обычной дискретной САО. Способ отыскания экстремума по нулю второй разности выходного сигнала объекта может рассматриваться как частный случай метода поиска экстремума с перевычислением статической характеристики объекта.
Предложенный ." метод поиска экстремума с вычислением значений статической характеристики объекта в процессе ее поиска может быть применен и для объектов, динамика которых описывается уравнением с заранее неизвестной и меняющейся по значению постоянной времени объекта [107].
Основным отличием «ЭСР по приращению» от «ЭСР по второй разности» является критерий осуществления реверса (у первой реверс осуществляется при изменении знака отношения Лу/Ах, у второй - на основании знака второй разности, вычисляемой по формуле (3.25)).
Представляется интересным сравнить функционирования двух видов ЭСР с использованием математической модели котла ТП-108 для определения оптимального варианта. Поскольку за исключением критерия осуществления реверса принципы функционирования систем схожи, имеет смысл задать одинаковые основные параметры функционирования, такие как величину шага и время опроса и произвести расчеты. Общие результаты данных расчетов представлены на рис. 3.20(а, б).
Из рисунка 3.20(6) наглядно видно, что максимальное значение, достигаемое --; при использования метода «по второй разности», достаточно сильно превышает максимальное значение, достигаемое при методе по приращению. Минимальное значение при поддержании экстремума, значения, относительно которых колеблются выходные сигналы при поддержании экстремума, амплитуды колебаний выходного значения при поддержании экстремума, зона поиска значения хопт также выше при использования метода «по второй разности».
Временные характеристики обоих методов достаточно наглядно представлены на рис. 3.21 (а, б). Отличие характеристик z(t) объясняется тем, что в методе «по приращению» после достижения значения х01ТГ значение входного сигнала продолжает увеличиваться. Таким образом, с каждым шагом значение разности d = f(x) - z(x) уменьшается, а, следовательно, уменьшается и значение приращения Дг на каждом шаге. Это происходит до тех пор, пока система не попадет в область отрицательных приращений, что вызывает появление отрицательных значений d, а, следовательно, и отрицательных Az. Таким образом, вместо того, чтобы увеличивать значение z, что необходимо для достижения максимума, ЭСР уменьшает данное значение. Только на этом шаге мы имеем Ду / Дх 0, что позволяет системе осуществить реверс и снова начать движение в сторону хопт- При достижении хопт ситуация повторяется .
Уменьшение шага сокращает амплитуду колебания входного сигнала относительно Хопт- Однако, в отличие от ЭСР «по второй разности», в которой после достижения значения хопт (после 6-го шага на рис. 3.20.) смена шага не только не замедляет, но и ускоряет процесс достижения максимума, в ЭСР «по приращению» смена шага имеет смысл только при поддержании, а не достижении экстремума. В противном случае это может сильно замедлить процесс.
При использовании ЭСР «по второй разности» имеет смысл выбирать минимально возможное значение времени опроса. Нижний предел данного значения будет обуславливаться физическими свойствами объекта управления (в частности, транспортной составляющей запаздывания) и чувствительностью приборов измерения (при уменьшении времени опроса уменьшается и приращение выходного сигнала Лг на каждом шаге; необходимо не только определять сами приращения на каждом шаге, но и разницу между ними для выполнения условий реверса).
Уменьшение времени опроса не является однозначно положительным фактором для ЭСР «по приращению». При уменьшении времени опроса значительно увеличивается амплитуда колебаний относительно значения хопт. Так, если при значении времени опроса - 30 с. максимальное значение х составляет 75, и затем входной сигнал возвращается на значение 33 (после первого пересечения значения х0„т область колебания х составляет 42% УП), то при значении времени опроса - 5с. максимальное значение х составляет уже 82, и затем возвращается на 19 (после первого пересечения значения хопт область колебания х составляет 63% УП), и при этом степень затухания этих колебаний значительно ниже (рис. 3.22(6)). Более того, уменьшение времени опроса не приводит (как, например, при использовании ЭСР «но второй разности» - рис. 3.22(a)) к увеличению скорости достижения области нахождения xoirr (в ЭСР «по приращению» в нашем случае она 4(Н61). Увеличение времени опроса увеличивает амплитуду колебаний выходного сигнала при поддержании экстремума, увеличивает время достижения области нахождения х011Т, однако уменьшает колебания входного сигнала относительно оптимально значения, как при достижении экстремума, так и при его поддержании.
Краткая техническая характеристика объекта управления
Краткая техническая характеристика объекта управлення ЭСР экономичности процесса горения с сигналом. ЛРПС, разработанная на кафедре АСУТП МЭИ, была смонтирована на котле типа ТП-108 Шатурской ГРЭС №5 ОАО «Мосэнерго» (станционный №1 А, топливо - торф, мазут, уголь, газ) [42].
Котельный агрегат ТП-108 изготовлен на Таганрогском котельном заводе, барабанный, двухкорпусной, с естественной циркуляцией, П-образной компоновки, производительностью 640 т/ч. Параметры пара перед турбиной Ро.п.=13МПа,То.п=540С.
Каждый корпус котла оборудован 4-мя молотковыми мельницами типа ММТ-2000/2540/500 с встроенными инерционными сепараторами ЦКТИ и 8-ю турбулентными горелками (по 2 на каждую мельницу), расположенными на фронтовой стене в один ярус.
Торф подается в мельницы скребковыми питателями типа СПУ-2-1100 11400 с регулируемым числом оборотов электродвигателей постоянного тока (300-1500 об./мин.). Групповое управление питателями торфа осуществляется при помощи станции бесступенчатого регулирования СРБ.
Каждый корпус котла оборудован 2-мя дымососами Д-21/2 2 (Q=442 т.м3/ч) и 2-мя вентиляторами ВДН-26-П (Q=214 т.м3/ч). Воздух, подаваемый в котел, разделяется на первичный и вторичный и распределяется примерно в равном соотношении. Количество общего воздуха, подаваемого в корпус котла, измеряется при помощи двойных мультипликаторов, установленных на всасывающем коробе сечением 2500 3200 каждого вентилятора.
Пароперегреватель острого пара выполнен по двухпоточной схеме с преобладающей конвективной частью. Регулирование температуры острого пара осуществляется при помощи 6-ти впрысков в рассечку пароперегревателя (по 3 впрыска на каждую нитку. Для впрысков используется собственный конденсат. При повышении температуры острого пара выше нормы, а также для поддержания температуры пара во время растопок предусмотрена подача питательной воды в 4 первых впрыска).
Опускной газоход котла (конвективная шахта) разделен на две части. В первой располагается вторичный пароперегреватель — конвективный двухпоточный. Регулирование температуры вторичного пара осуществляется изменением расхода дымовых газов через поверхности нагрева промперегревателя. При повышении температуры вторичного пара выше нормы, а также для поддержания температуры пара во время растопок, применяются аварийные впрыски (по одному на каждую нитку). Во второй части газохода котла расположены по ходу газов водяные экономайзеры высокого и низкого давления. Пройдя промперегреватель, дымовые газы направляются в 2-х поточный трубчатый воздухоподогреватель.
Шибера вторичного воздуха, в соответствии с режимной картой, при 4-х мельничном режиме открыты полностью. Вторичный воздух на неработающей мельнице прикрывается до 15-20% по УП. Шибера первичного воздуха на работающих мельницах практически всегда открыты полностью.
Типичными возмущениями для котла являются: нестабильная работа, включение" и отключение мельниц и так далее. Для оценки экономичности процесса горения барабанного парового котла ТП-108 в качестве типового был выбран сигнал Dq - по «теплоте». Однако, в условиях эксплуатации штатная АСР экономичности процесса горения с входным сигналом по Dq оказалась неработоспособной по следующим причинам [37]: значительное запаздывание сигнала по Dq (т0(7=45сек) при внутритопочных возмущениях и возмущениях при изменении производительности дутьевых вентиляторов; неинвариантносгь к впрыскам питательной воды в рассечку пароперегревателя при стабилизации температуры первичного пара и, следовательно, зависимость от работы ЛСР подачи охлаждающей воды на впрыск; - высокий уровень помех полезного сигнала Dq.
С учетом отмеченных недостатков весьма эффективным оказалось применение ЭСР экономичности процесса горения с корректирующим сигналом по тепловосприятию топочных экранов ЛРПС. На котле ТП-108
