Прогнозирующий контроль и адаптивное управление в функциональных подсистемах теплоэнергетических АСУТП Акчурин Дамир Хусяинович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Акчурин Дамир Хусяинович. Прогнозирующий контроль и адаптивное управление в функциональных подсистемах теплоэнергетических АСУТП : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06. - Пенза, 2007. - 202 с. : ил. РГБ ОД, 61:07-5/3610

Содержание к диссертации

Введение

I. Функциональные подсистемы теплоэнергетичес ких асутп, методы их контроля регулирования и настройки 10

1.1 Интегрированные системы управления производством 10

1.2 Функциональные подсистемы теплоэнергетических АСУ ТП 19

1.3. Автоматические регуляторы объектов теплоэнергетики 41

1.4. Задачи контроля, регулирования и настройки функциональных подсистем 49

1.5. Выводы по главе 1 53

2. Математическое обеспечение типовых модулей и процессов функциональных подсистем 55

2.1. Основные подходы к созданию математических моделей 55

2.2. Обобщенные аналитические модели функциональных подсистем 63

2.3. Математические модели внешних возмущений 70

2.4. Линейные динамические модели функциональных подсистем 78

2.5. Нейронные модели 87

2.6. Выводы по главе 2 101

3. Контроль и оценка технического состояния функциональных подсистем 102

3.1. Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП 102

3.2. Оценка технического состояния функциональных подсистем с использованием линейных динамических моделей 106

3.3. Оценка технического состояния функциональных подсистем с использованием нейронных динамических сетей 124

3.4. Контроль и прогнозирование аварийных ситуаций и неблагоприятных режимов работы 132

3.5. Выводы по главе 3 137

4. Регулирование и настройка функциональных подсистем 139

4.1. Постановка задачи синтеза автоматических регуляторов 139

4.2. Настройка ПИД-регулятора по его временным трендам 143

4.3. Адаптивный алгоритм настройки ПИД-регулятора 150

4.4. Адаптивный алгоритм настройки регулятора состояния

в системе с эталонной моделью 156

4.5. Анализ устойчивости процессов управления и адаптации 162

4.6 Выводы по главе 4 168

Заключение 170

Литература 172

Приложения

Интегрированные системы управления производством
Функциональные подсистемы теплоэнергетических АСУ ТП
Основные подходы к созданию математических моделей
Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП

Введение к работе

Актуальность темы. Создание на научной основе систем управления теплоэнергетическими объектами, объединенных в организационно-технологические комплексы, их последовательная декомпозиция по иерархическим уровням и интеграция в единую систему сбора и обработки данных и оперативного управления повышает качество и эффективность производства тепловой и электрической энергии.

Характерной особенностью процессов, происходящих в объектах теплоэнергетики, является:

- непрерывный характер основных технологических потоков
(носителей тепловой и электрической энергий) и дискретный характер
вспомогательных технологических потоков, обеспечивающих работу
основных потоков;

- значительные единичные мощности энергоблока, что приводит к
значительным потерям при профилактике, ремонте, авариях, а также
усложнению вспомогательного технологического оборудования;

сложность технологического процесса и недостаточная его изученность, что не позволяет ограничиться линейным управлением по состоянию;

высокая экологическая опасность, необходимость обеспечения высокой пожаро-, взрыво-, электробезопасности.

Отсюда вытекает актуальность задачи повышения эффективности управления теплоэнергетическими процессами, успешное решение которой позволяет повысить качество производимой тепловой и электрической энергии продукции и уменьшить расход энергетических ресурсов.

В настоящее время теоретические предпосылки решения этой задачи определяются рамками интеллектуального, адаптивного, робастного и предиктивного управления. Значительный вклад в развитие таких методов и систем управления внесли отечественные ученые (Попов Е. П., Пупков К. А.,

5 Райбман Н. С, Солодовников В. В., Терехов В. А., Фрадков А. Л., Цыпкин Я. 3., Ядыкин И. Б., и др.), а также зарубежные (Изерман Р., Квакернаак X., Сейдж Э. П., Чаки Ф., Эйкхофф П. и др.).

В практическом плане решение этой задачи достигается использованием современных программно-технических комплексов, объединенных в интегрированные SCADA-системы.

Практика разработки подобных систем показала, что создание соответствующего современному уровню программно-аппаратного обеспечения сложных систем управления требует больших затрат времени и средств с привлечением высококвалифицированных специалистов. Поэтому разработка методов и средств контроля, регулирования и настройки функциональных подсистем теплоэнергетических автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) в составе SCADA-систем * и создание на этой основе высокоэффективных систем управления являются актуальными задачами.

Целью работы является повышение эффективности прогнозирующего контроля и адаптивного управления в функциональных подсистемах теплоэнергетических АСУТП за счет использования современных методов управления, идентификации, динамических нейронных сетей и компьютерных технологий анализа и синтеза систем управления.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

Построение математических моделей функциональных подсистем теплоэнергетических АСУТП с использованием динамических нейронных сетей и рекуррентных методов оценивания и идентификации.
Разработка методов контроля и оценки технического состояния функциональных подсистем теплоэнергетических АСУТП с использованием предложенных линейных динамических моделей и нейронных сетей.

Разработка методов контроля и прогнозирования аварийных ситуаций и неблагоприятных режимов работы с использованием логистических уравнений.
Разработка алгоритмов регулирования и настройки функциональных подсистем теплоэнергетических АСУТП с использованием методов оптимального и адаптивного управления.

Методы исследования. Поставленные задачи решались на основе методов современной теории управления, статистических методов оценивания и идентификации, методов параметрической оптимизации, численных и экспериментальных методов.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью математических выкладок, согласованностью основных теоретических решений и их практической реализацией, а также результатами достаточно обширных вычислительных экспериментов по тестированию созданных алгоритмов, которые подтверждают непротиворечивость основных теоретических результатов и выводов.

Научная новизна работы,

Получены математические модели для теплоэнергетических объектов в конечномерном пространстве состояний, базирующиеся на общей теории систем.
В результате анализа параметров временных рядов, генерируемых функциональными подсистемами в процессе их нормальной эксплуатации, установлено существование неблагоприятных режимов работы, возбуждаемых нестационарными внешними возмущениями, и показано, что при возникновении таких режимов снижается эффективность работы систем управления.
На основе теории оценок и проверки статистических гипотез с использованием различных методов идентификации получены достоверные оценки параметров математических моделей функциональных подсистем, позволяющие контролировать их техническое состояние.

Предложена рекуррентная процедура оценки параметров логистического уравнения, позволяющая осуществить прогноз возникновения аварийных и неблагоприятных режимов работы в системе управления.
Разработаны алгоритмы настройки промышленных регуляторов с использованием оптимизационных методов синтеза и методов адаптивного управления в системах с настраиваемой и эталонной моделями.

Практическая ценность работы заключается в разработке
современных научно обоснованных методов и средств контроля,
регулирования и настройки функциональных подсистем

теплоэнергетических АСУТП, позволяющих повысить достоверность оценки технического состояния функциональных подсистем, снизить риски возникновения неблагоприятных и аварийных режимов работы, повысить качество регулирования технологических параметров и сократить время на настройку промышленных регуляторов.

Реализация и внедрение результатов работы.

і. В НПФ «КРУГ» внедрены математические модели теплоэнергетических процессов, алгоритмы и программы, моделирующие эти процессы и осуществляющие настройку промышленных регуляторов, а также системы управления с использованием адаптивных регуляторов и нейронных сетей.

На Пензенской ТЭЦ-1 внедрен программно-технический комплекс контроля, регулирования и настройки функциональных подсистем теплоэнергетических АСУТП, используемый в составе SCADA-системы «КРУГ-2000», установленной на двух турбогенераторах.
В ООО «Автоматика плюс» при проектировании и эксплуатации микропроцессорных систем управления технологическими установками используются математические модели систем управления, алгоритмы и программы настройки промышленных регуляторов и методика проектирования и настройки адаптивных пропорциональных интегральных дифференциальных регуляторов (ПИД-регуляторов).

8 4. Результаты диссертационной работы в виде методик, алгоритмов и

программ используются в учебном процессе на кафедре «Автоматика и

телемеханика» ГОУВПО "Пензенский государственный университет".

На защиту выносятся:

Математические модели теплоэнергетических объектов, базирующиеся на общей теории систем и методе пространства состояний, удовлетворяющие условиям управляемости, наблюдаемости, устойчивости и минимальной реализации закономерностей, связывающих входные воздействия с выходными величинами.
Результаты параметрической идентификации управляемых процессов, протекающих в подсистемах паровой турбины, позволившие выявить неблагоприятные режимы работы системы управления.
Методика оценки технического состояния функциональных подсистем, базирующаяся на теории оценок и проверке статистических гипотез с использованием различных методов идентификации.
Методика прогноза возникновения аварийных и неблагоприятных режимов работы, основанная на рекуррентной процедуре оценки параметров логистического уравнения.
Алгоритм настройки промышленных регуляторов с использованием оптимизационных методов синтеза и методов адаптивного управления в системах с настраиваемой и эталонной моделью

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Проблемы технического управления в энергетике» (Пенза, 2003); Международном симпозиуме «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2003); VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Сочи, 2003); Международной научно-технической конференции «Проблемы

автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2004);

Международной научно-технической конференции «Методы и средства и технологии получения и обработки измерительной информации (Измерения-2004)» (Пенза, 2004); XI научно-практической конференции "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2006); Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2007).

Научные исследования, выполняемые по тематике диссертационной работы, были поддержаны грантом Федерального агентства по образованию для аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования (2004 г.). Работа была также номинирована Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» за систему прогноза аварийных ситуаций, позволяющую предотвращать аварии на объектах теплоэнергетики на ранних стадиях их развития (апрель 2007 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК России. Без соавторов опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 142 наименований, 3 приложений, содержит 182 страницы основного текста, 103 рисунка и 2 таблицы.

1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АСУТП,

МЕТОДЫ ИХ КОНТРОЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И НАСТРОЙКИ

1.1 Интегрированные системы управления производством

Интенсивное развитие средств вычислительной техники привело к широкому распространению микропроцессорных систем управления и созданию на их основе интегрированных SCADA - систем, АСУ ТП и АСУП.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что широкое внедрение систем управления на базе микропроцессорной техники может быть достигнуто только в результате применения универсальных систем автоматизации, не ориентированных на конкретный технологический процесс. Вместе с тем чрезмерная универсализация систем автоматизации может привести к неоправданно усложненным техническим решениям. Компромиссным вариантом между универсализацией и специализацией систем управления является иерархический принцип их построения с одновременной децентрализацией функций управления.

Современные системы управления строятся по иерархическому принципу и охватывают весь цикл работы предприятия от систем управления нижнего уровня до систем управления предприятия в целом (рисунок 1.1).

ERP

SCADA PLC

Рисунок 1.1 -Иерархия современных систем управления производством

10 Современная АСУ ТП обязательно должна предусматривать связь с корпоративными системами управления предприятием (АСУП), которые в современной терминологии называются ERP-системы (Enterprise Resource Planning -планирование ресурсов предприятия) или MRP-системы (Manufacturing Resource Planning - планирование ресурсов производства). Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, a MRP - на его технологические подразделения [49].

В современных интегрированных системах управления предприятием между SCADA и ERP присутствует промежуточная группа систем, называемая MES (Manufacturing Execution Systems). Она возникла вследствие обособления задач, не относящихся к ранее определенных группам: SCADA и ERP.

К системам MES принято относить приложения, отвечающие за:

управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса;

планирование и контроль последовательности операций технологического процесса;

управление качеством продукции;

- хранение исходных материалов и произведенной продукции по
технологическим подразделениям;

- техническое обслуживание производственного оборудования;
связь систем ERP и SCADA.

Одна из причин возникновения таких систем - попытка выделить задачи управления производством на уровне технологического подразделения. Но очень быстро выявились недостатки разделения задач планирования и управления производством на два уровня. Опыт показал, что информационная база этих задач должна быть единой. Клиент-сер верная технология позволяет разделить клиентские части задач управления и планирования производства на два уровня: предприятия и цеха. Теперь можно использовать общие серверы базы данных и приложений, а клиентские места распределить по цехам и заводоуправлению.

Второй путь возникновения систем MES - снизу, от АСУТП. Так произошло отделение тактических задач оперативного управления техно-

логическими процессами от стратегических задач ведения процесса в целом. В частности, в энергетической, химической, металлургической, пищевой и некоторых других отраслях промышленности можно выделить задачи управления технологическими последовательностями (batch control). Их суть - в обеспечении выпуска продукции в нужном объеме с заданными технологическими характеристиками при наличии возможности перехода на новый вид продукции. Отделились и задачи ведения архива значений технологических переменных с возможностью восстановления производственных ситуаций прошедших периодов и анализа нештатных ситуаций. Появились программы обучения технологического персонала и оптимизации ведения технологических процессов.

Основу третьего уровня составляет SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition - система сбора данных и оперативного диспетчерского управления), реализующая все основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, передачи данных и команд системе контроля и управления. Система SCADA состоит из инструментального и исполнительного комплекса. Инструментальный комплекс предназначен для разработки конкретного программного обеспечения (ПО) автоматизированных рабочих мест (АРМ) технолога, оператора, диспетчера и др. Исполнительный комплекс, реализует разработанное ПО в определенной операционной среде.

Отличительной особенностью SCADA - систем является системный подход их построения, обеспечивающий совместимость, способность функционировать в единой системе, стандартизацию интерфейсов, функциональную полноту и пр.

Архитектура SCADA-системы (рисунок 1.2) включает в себя четыре уровня иерархии [49].

Fcldbus

Датчики и исполнительные механизмы

Непрерывный технологический процесс

Рисунок 1.2 - Архитектура SCADA - системы На нулевом уровне аналоговый интерфейс заменяется коммуникационной технологией, объединяющей датчики, исполнительные механизмы и контроллеры в единую цифровую сеть - Fcldbus (полевая шина или промышленная сеть). Это позволяет значительно сократить большое количество проводных линий связи, идущих от датчиков и исполнительных механизмов к каналам ввода - вывода контроллеров. Кроме того, каждое устройство уровня 0 оснащено самостоятельным вычислительным ресурсом и может выполнять функции управления, самонастройки и самодиагностики, что упрощает обслуживание контрольно-измерительных приборов (КИП) и снижает нагрузку на управляющие

13 вычислительные устройства верхних уровней, делает систему более распределенной и надежной. В настоящее время отсутствует единый международный стандарт для сетей Feldbus. Наиболее популярными являются два протокола обмена: европейский - Profbus, разработанный фирмой Siemens, и американский Foundation Feldbus. В качестве протокола для сетей на основе простого последовательного порта общепризнан Modbus, разработанный американской фирмой MODICON.

На уровне 2 находятся программируемые логические контроллеры (PLC) и свободно программируемые контроллеры (SoftPLC). Для программирования которых Международный электротехнический комитет (МЭК) принял стандарт ШС 1131-3 включающий пять языков графического и текстового программирования. К графическим языкам относятся: язык релейных диаграмм (Ladder Diagram - LD), функциональных блоковых диаграмм (Function Block Diagram -FBD), последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart SPC). К текстовым языкам - список инструкций (Instruction List - IL), структурированный текст (Structured Text -ST). Связь между контроллерами и станциями управления верхнего уровня осуществляется по промышленному варианту сети (Industrial Ethernet).

На уровне 3 располагаются станции в виде IBM PC совместимых промышленных компьютеров, образующих систему сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-система), которая обеспечивает диспетчеризацию технологического процесса и реализуют принцип безщитовой автоматики.

Основными функциями SCADA-системы являются:

- сбор текущей информации от контроллеров и других приборов, связанных
непосредственно или через сеть с пультом оператора;

первичная (вычислительная и логическая) обработка измерительной информации;

архивирование и хранение текущей информации и ее необходимая дальнейшая обработка;

представление текущей и исторической информации на дисплее (динамические мнемосхемы, гистограммы, анимационные изображения, таблиц, графиков, трендов, выделение аварийных ситуаций и т.п.);

печать отчетов и протоколов произвольной формы в заданные моменты времени, показ и запись аварийных ситуаций в моменты их возникновения;

ввод и передача команд и сообщений оператора в контроллеры и другие устройства системы;

решение прикладных программ пользователя и организацию их взаимосвязи с текущей измеряемой информацией и управленческими решениями;

информационные связи с серверами и другими рабочими станциями через разные сетевые структуры.

Диспетчерское управление и сбор данных SCADA является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. На принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике, космической и военной областях, на транспорте, в различных государственных структурах [120].

Примерно за последние 10-15 лет резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства производственных аварий, показало, что доля «человеческого фактора» в возникновении аварийных ситуаций неуклонно возрастает. Если в 60-х гг. доля «человеческого фактора» составляла лишь 20 % аварий (80 %, соответственно, за

15 технологическими неисправностями и отказами), то в 90-х гг. эта доля возросла до 80 %, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, эта доля может еще возрасти.

Основной причиной такой тенденции является традиционный подход к построению сложных автоматизированных систем управления, заключающийся в применении новейших технических (технологических) достижений и стремлении повысить степень автоматизации и функциональные возможности системы при недооценке необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI - Human-Machine Interface). Изучение материалов по проблемам построения эффективных и надежных систем диспетчерского управления показывает необходимость переноса внимания при создании таких систем на человека-оператора (диспетчера) и его задачи, вместо традиционного технократического подхода, при котором основное внимание уделялось выбору и разработке технических средств (оборудования и программного обеспечения).

Система SCADA обеспечивает процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера).

Выделены пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления как набор вложенных циклов, в которых оператор:

планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;

обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия;

отслеживает результаты полуавтоматической и автоматической работы системы;

вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не может справиться, либо при необходимости подстройки (регулировки) параметров процесса;

- обучается в процессе работы (получает опыт).

Основными особенностями процесса управления в современных диспетчерских системах являются следующие:

процесс SCADA применяется в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;

активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Основные функции SCADA-программ в части разработки дисплейного пульта (инструментальный комплекс SCADA) и в части работы пульта в реальном масштабе времени (исполнительный комплекс SCADA) следующие:

сбор текущей информации от контроллеров или других приборов и устройств, связанных непосредственно или через сеть с пультом оператора;

первичная (вычислительная и логическая) обработка измерительной информации;

архивирование и хранение текущей информации и ее дальнейшая необходимая обработка;

представление текущей и исторической информации на дисплее (реализация динамизированных мнемосхем, гистограмм, анимационных изображений, таблиц, графиков, трендов, выделение аварийных ситуаций и т.д.);

ввод и передача команд и сообщений оператора в контроллеры и другие устройства системы;

решение прикладных программ пользователя и их взаимосвязь с текущей измеряемой информацией и управленческими решениями;

информационные связи с серверами и другими рабочими станциями через разные сетевые структуры.

К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования:

надежность системы (технологическая и функциональная);

безопасность управления;

точность обработки и представления данных;

простота расширения системы.

Основными областями применения систем диспетчерского управления (SCADA- систем) являются:

управление передачей и распределением электроэнергии;

промышленное производство;

производство электроэнергии;

водозабор, водоочистка и водораспределение;

добыча, транспортировка и распределение нефти и газа;

управление космическими объектами;

управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро, железнодорожный, автомобильный, водный);

телекоммуникации;

военная область.

В настоящее время в развитых зарубежных странах наблюдается настоящий подъем по внедрению новых и модернизации существующих автоматизированных систем управления в различных отраслях экономики; в подавляющем большинстве случаев эти системы строятся по принципу диспетчерского управления и сбора данных [93].

18 1.2 Функциональные подсистемы теплоэнергетических АСУТП

Автоматизация управления является наиболее эффективным средством повышения надежности и экономичности теплоэнергетических АСУТП. Постоянное повышение цен на энергоносители значительный срок службы энергетического оборудования предъявляют повышенные требования к системам автоматизации. Современные программно - технические средства автоматизации позволяют успешно решать задачи контроля регулирования и настройки. При этом возникает ряд задач требующих первоочередного решения [68];

Автоматическое регулирование основных параметров теплоэнергетической установки, таких как давление пара и воды в определенных участках, температура пара, уровень воды в котлах и баках, избыток воздуха в топке, расход топлива. Автоматическое регулирование позволяет повысить к.п.д., увеличить надежность работы, облегчить условия труда и сократить количество обслуживающего персонала.
Автоматическое управление рабочими процессами, протекающими в теплоэнергетических установках, в первую очередь динамическими процессами перехода из одного рабочего состояния в другое и аварийными режимами. Примером такой автоматизации является автоматизация пуска турбонасоса при падении давления в питательной магистрали и аварийном выключении другого насоса.
Автоматическая тепловая защита, преследующая цель предохранения теплоэнергетических агрегатов от аварий.
Автоматизация дистанционного управления, позволяющая осуществлять дистанционное управление исполнительных органов и вспомогательных механизмов со щита управления.
Автоматическая блокировка, обеспечивающая автоматическое включение и выключение группы вспомогательных механизмов и органов управления в определенной последовательности, в соответствии с требованиями

19 технологии. Так, в аварийных режимах автоматическая аварийная блокировка устраняет неправильные действия обслуживающего персонала.

Помимо основных задач автоматизации значительный эффект в упрощении обсаживания и облегчения работы может обслуживающего персонала может быть достигнут и при автоматизации вспомогательных операций, которыми являются:

оперативный и учетный контроль показывающими и регистрирующими приборами, особенно на тепловых щитах;

различные виды сигнализации (предупредительной, аварийной, контрольной и командной);

различные виды связи, обеспечивающие переговоры персонала, находящегося на различных рабочих местах.

Успешное решение вышеперечисленных задач достигается введением различных устройств автоматизации, роль и функции которых весьма многообразны, а некоторые из них обязательно имеются во всех современных теплоэнергетических установках средней и большой мощности. Автоматическому регулированию в первую очередь подвергаются процессы питания парогенератора водой и горения [112].

Функциональная схема системы автоматизации теплоэнергетической установки показана на рисунке 1.3, Она включает в себя четыре автоматических импульсных регулятора:

регулятор разряжения горючей смеси в топке котла;

регулятор подачи воздуха в топку;

регулятор подачи топлива;

регулятор уровня воды в барабане котла;

На функциональной схеме можно выделить две основные подсистемы:

подсистема регулирования процесса горения;

подсистема питания котла водой.

Димосос

СЛС

Рисунок 1.3 - Функцкошшьїіая сх.ема системы автоматизации теплошергеги'чееко'й установки

Автоматическое регулирование процессов горения топлива дает возможность более точного поддержания оптимального соотношения между расходом топлива, воздуха и отсосом продуктов горения. Чем точнее работает комплекс регуляторов процесса горения топлива, тем лучше будут поддерживаться оптимальные соотношения процесса горения, тем выше будет к.п.д. агрегата. Особенно значительный выигрыш от автоматического регулирования процессов горения достигается при нестабильных режимах работы котельных агрегатов. В обычных эксплутационных условиях отклонение от оптимальных режимов тем больше, чем меньше квалификация, количество и внимательность обслуживающего персонала. Особенно эти различия заметны при одновременном обслуживании нескольких котлов.

Даже при равномерной нагрузке, при автоматическом регулировании горения, повышение к.п.д. составляет 2-3 % для мощных агрегатов и до 10 % для средних и мелких котлов. При пиковых режимах эти цифры удваиваются.

Несмотря большое разнообразие способов и схем регулирования процессов горения можно наметить общую структурную схему системы регулирования процесса горения (рисунок 1.4).

Главным импульсом для всей системы регуляторов обычно принимают давление пара, измеряемое и преобразуемое в вспомогательную величину главным регулятором, который может быть единым для всех автоматизированных котлов данной котельной. Вспомогательная величина, получаемая с главного регулятора, (называемая командным импульсом), воздействует одновременно на регуляторы топлива и воздуха.

Для обеспечения устойчивой работы каждый из этих двух регуляторов охвачен обратной связью по расходу топлива и воздуха соответственно. Тип применяемых регуляторов зависит от рода и способа сжигания топлива.

Регулятор топлива, получая командный импульс от главного регулятора и импульс обратной связи, характеризующий количество топлива, подаваемого в топку в данный момент времени, сравнивает их, усиливает и воздействует на исполнительный орган, изменяющий подачу топлива в требуемую сторону.

Дымовые газы

Подача воздуха

лавньш регулятор

К остальным автогидои'знровздшым котлам.

Подача штатедьной йоды

Регулятор топлива

Подача топлива

Регулятор жхїдуха

Рисунок- ! .4 - Функциональная схема подсистемы регулирования процесса горения

Одновременно, регулятор воздуха аналогичным образом воздействует на исполнительный орган, изменяющий подачу воздуха. Таким образом, осуществляется поддержание оптимального соотношения «топливо-воздух».

Вследствие изменения подачи воздуха произойдет изменение разрежения в верхней части топки (где обычно поддерживается минимальное разрежение), что будет воспринято регулятором тяги (рисунок 1.5). Последний воздействует на исполнительный орган, изменяющий отсос дымовых газов (тягу). В регуляторе тяги чаще всего реализуется регулирование по возмущению, поэтому обратная связь отсутствует. При правильной настройке регуляторов каждому давлению пара, в переделах возможного колебания давления, будет соответствовать определенное количество топлива, воздуха и отсасываемых газов, а следовательно, и определенная нагрузка котла.

і ИМ

Котел

Топка

Подача воздуха

Подача газа

ААААА

_L^i

Рисунок 1.5 - Функциональная схема регулирования тяги. Не менее важной частью системы автоматизации теплоэнергетических объектов является подсистема питания котла водой. Она включает в себя подсистему регулирования уровня в барабане и подсистему конденсации, подогрева и подачи питательной воды. Структурная схема комбинированной системы регулирования уровня показана на рисунке 1.6.

срмометр

Регулятор уровня

Ох питательных насосов

^..4:,:=,-^-

(їсунок Кб - Структурная схема комбинированной системы регулирования уровня

Такая схема состоит из следующих основных элементов: уровнемера, измеряющего уровень воды в барабане; паромера, измеряющего расход пара по перепаду давлений в пароперегревателе; расходомера питательной воды (водомера), дающего расход воды по перепаду давлений в измерительной шайбе; регулятора; исполнительного органа управления питательным клапаном.

При изменении нагрузки котла изменяется и уровень воды в его барабане. Это изменение воспринимается уровнемером, импульс с которого воздействует на регулятор питания, который, воздействуя на исполнительный орган, изменяет подачу воды в котел, компенсируя первоначальное изменение уровня.

Дополнительный контур регулирования по расходу пара компенсирует возмущения, вызванные изменением расхода пара, непосредственно воздействуя на подачу питательной воды в барабан котла, и реализует принцип регулирования по возмущению. Второй дополнительный контур регулирования подачи воды образует каскадную схему регулирования подачи с введением дополнительного регулятора расхода воды. Дополнительные контуры регулирования добавляют при необходимости улучшения качества регулирования при сложных эксплуатационных условиях и чаще всего не используются.

Подсистема подачи питательной воды включает в себя ряд теплообменных аппаратов: конденсационное устройство, деаэратор, подогреватели низкого и высокого давления.

В рассматриваемой подсистеме регулируемыми параметрами являются уровни конденсата в соответствующих теплообменных аппаратах. Применение автоматического регулирования производительности теплообменных аппаратов качественно изменяет условия их эксплуатации и требует при проектировании и наладке отдельных элементов системы автоматического регулирования более широких критериев при оценке устанавливаемой мощности, выборе характера их работы и способа регулирования. Проектирование, выбор технических характеристик и способа регулирования теплообменных установок (в частности регенеративных подогревателей высокого и низкого давления) нельзя вести отдельно от выбора основных решений автоматического регулирования. Выбор

26 основных параметров теплообменных аппаратов и оптимальных способов регулирования производительности должен осуществляться в увязке и одновременно с выбором закона регулирования и технических средств автоматизации. Это позволит осуществить проектирование технологической части с учетом характеристик и возможностей автоматических регуляторов, исполнительных механизмов (ИМ) и регулирующих органов (РО).

Автоматическое регулирование уровня конденсата в теплообменных аппаратах позволяет обеспечить наилучшие условия теплообмена и повысить тем самым их к.п.д. Повышение уровня конденсата уменьшает поверхность теплообмена, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия энергоблока, а его чрезмерное увеличение может привести к попаданию воды в систему отсоса паровоздушной смеси или даже к ее вскипанию и, как следствие, вызвать аварию.

Рассмотрим основные агрегаты подсистемы подачи питательной воды. Конденсационное устройство состоит из конденсатора, конденсатных насосов, двух основных эжекторов типа ЭП-3-750, пускового эжектора типа ЭП-1-1100, водяных фильтров. Основным назначением конденсационного устройства является конденсация отработанного пара турбины [56].

Конденсационное устройство должно обеспечивать:

расчетное давление отработанного пара при номинальных условиях работы;

сохранение качества конденсата отработанного пара, соответствующего ПТЭ;

отсутствие переохлаждения конденсата по отношению к температуре насыщения.

Технические характеристики конденсатора:

тип 25-КЦС-6

поверхность охлаждения, м² 2000

количество охлаждающих труб, шт 4420

наружный диаметр и толщина стенки труб, мм 24х 1

длина труб, мм 6050

номинальный расход охлаждающей воды, м³/ч 5000

Конденсатор рассчитан для работы на пресной циркуляционной воде с температурой на входе до 45 С.

Циркуляционная вода двумя потоками поступает в передние водяные камеры конденсатора, проходит по трубам в поворотную камеру, оттуда по трубам обратно и в сливной трубопровод. Такая система дает возможность отключить и чистить любую половину конденсатора при работающей турбине. При этом нагрузка турбины определяется допустимой температурой выхлопной части и составляет ориентировочно 18 МВт при температуре охлаждающей воды 33С.

Конденсатор содержит основной пароструйный эжектор типа ЭП-3-750, предназначенный для удаления неконденсирующихся газов из конденсатора и имеет три ступени сжатия с промежуточным охлаждением паровоздушной смеси в поверхностных охладителях из вертикальных V-образных труб. Расход пара на один эжектор составляет 750 кг/ч. Пусковой эжектор типа ЭП-1-1100 применяется для ускоренного набора вакуума в конденсаторе при пуске турбины, а также используется как резервный в случае необходимости отключения основного эжектора. Расход пара на пусковой эжектор составляет 1100 кг/ч.. Пар для работы эжекторов берется от пароуравнительного коллектора деаэраторов 6 ата и коллекторов № 1,2 отбора 8-13 ата.Избыточное давление пара перед эжекторами должно быть не менее 3,5 кгс/см² _f температура в пределах 150-250С.

Слив конденсата отработанного пара эжекторов производится через гидрозатвор в конденсатор. Оба эжектора по пару воздуху и конденсату включены параллельно. Нормально в работе находится один эжектор, второй является резервным.

Для подачи конденсата из конденсатосборника конденсатора через ПНД в деаэратор установлены 3 конденсатных насоса типа АЦНС-М60-132-1 производительностью 60 м³/ч.

Технологическая схема конденсационной установки показана на рисунке 1. 7.

Пар и'ї

ТУрбиНЫ

Вода м« градирни

Эжжгор пусковой Bo:s;svx сухой

Дренажные

ПЙСООЬЇ

Острый пар

і ііїр H.s

ПИЛ \

ЇСошсеисат к

деаэраторам & конденсационный

Воздух сухой

Конденсатор

Рисунок 1,7 Технологическая схема кондєіїс&циот-шой установки

Работа системы регулирования уровня конденсата происходит следующим образом. Уровень конденсата измеряется датчиком уровня типа "Сапфир". Измерение осуществляется гидростатическим методом. Сигнал датчика поступает в контроллер TREI (на схеме не показан), где он сравнивается с уставкой, равной 0,34 м. Сигнал рассогласования обрабатывается по алгоритму импульсного ПИД-регулятора и поступает на исполнительный механизм М типа МЭО. Исполнительный механизм приводит во вращение задвижку, которая в зависимости от величины рассогласования увеличивает или уменьшает отбор конденсата из конденсатора, стабилизируя тем самым его уровень.

Система регенерации предназначена для подогрева основного конденсата и питательной воды отборным паром турбины. Подогрев основного конденсата производится последовательно в двух основных эжекторах, вакуумном охладителе, ПНД-2, ПНД-3, деаэраторе. Из деаэратора питательная вода посредством ПЭН направляется в ПВД-4 и ПВД-5.

Вакуумный охладитель (подогреватель сальниковый ПС-50) предназначен для конденсации пара, отсасываемого из концевых уплотнений турбины.

Вакуумный охладитель представляет собой теплообменный аппарат поверхностного типа. Корпус разделён перегородкой на два отсека. Паровоздушная смесь омывает часть трубного пучка, расположенного в одном из отсеков, несконденсировавшаяся часть смеси отсасывается пароструйным эжектором и подаётся в другой отсек, где происходит конденсация рабочего пара эжектора и удаление неконденсирующихся газов

Охлаждающая среда - основной конденсат турбоустановки, подаётся в водяную камеру, проходит два хода по трубкам и возвращается в трубопровод основного конденсата.

Технологическая схема регенеративных подогревателей низкого давления приведена на рисунке 1.8.

Пар из отбора турбины

PD 5S049B01

5S046B01

PD 5S043B01

_У

_г^ги

\ J 5S349S01

5S029B01

в деаэратор

TD 5S016T06

_I-

5S350S01

LDS 5S504B01

СХЗ-

LDS 5S504B01

CXI-

{Х-

D 5S348S01

TD 5S016S01

отОПУ

ХХХХ поз. по спец

Условные обозначения

D- механизмы; F-засходЛ-положение;Ь-уровень;Р- давлен ие;Т-температура.
L-no месту; 1-на БЩУ; D-наИВС; С- автоматическое регулирование.
S-зашиты и блокировки.
А-сигнализация.

в конденсатор

НІС 5S503H01

5S504B01

Рисунок 1.8 — Технологическая схема регенеративных подогревателей низкого давления.

31 Подогреватель низкого давления представляет собой поверхностный теплообменник, основными узлами которого являются: корпус, трубная система и съемная водяная камера [56].

Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, к нижней части которой приварено штампованное эллиптическое днище, а к верхней части - фланец для соединения с трубной системой и водяной камерой. В верхней части корпуса расположен патрубок подвода пара, а ниже располагаются: патрубок подвода конденсата греющего пара из ПНД с более высоким давлением, патрубок подвода паровоздушной смеси, патрубок отвода паровоздушной смеси, штуцера присоединения водоуказательного стекла, штуцера для подсоединения датчиков регуляторов уровня конденсата в корпусе., В эллиптическом днище расположен патрубок слива дренажа из подогревателя.

Трубная система состоит из трубной доски, каркаса, теплообменных трубок U-образной формы, завальцованных в трубную доску. Каркас трубной системы имеет поперечные сегментные перегородки, которые направляют поток пара в корпусе и одновременно служат промежуточными опорами теплообменных трубок от разрушительного действия струи пара, против пароподводящего патрубка установлен отбойный щит.

Водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, к верхней части которой приварено штампованное эллиптическое днище, а в нижней части приварен фланец для соединения с трубной системой и корпусом. Водяная камера снабжена патрубками подвода и отвода основного конденсата. Внутренний объем камеры разделен перегородками на отсеки, благодаря которым вода совершает необходимое количество ходов.

В ПНД основной конденсат движется по трубкам, а греющий пар через патрубок поступает в межтрубное пространство, в котором установлены сегментные перегородки, направляющие движение парового потока. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя через регулирующий клапан.

32 Аппаратура автоматического регулирования поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток конденсата и препятствует выходу пара из корпуса.

Накапливающиеся в ГТНД неконденсирующиеся газы (воздух) отводятся через штуцер.

Наиболее ответственными операциями в процессе эксплуатации подогревателей является их включение и отключение, т.к. при этом конструкции аппаратов испытывают наибольшие термические напряжения.

Перед пуском ПНД в работу следует убедиться в том, что:

все контрольно-измерительные приборы установлены, подключены и находятся в исправном состоянии;

система электронного регулирования уровня конденсата и сигнализация предельного уровня находятся в исправном состоянии;

все задвижки кроме обводной находятся в закрытом положении;

регулирующий клапан закрыт, и в паровом пространстве отсутствует вода.

Убедившись в исправности трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, подогреватель включается в работу, для чего необходимо:

открыть задвижки входа и выхода конденсата и заполнить трубную систему (контроль за заполнением и освобождением от воздуха производится через воздушный кран в верхней точке водяной камеры);

закрыть задвижку на обводе ПНД;

проверить плотность трубной системы по водоуказателыюму стеклу;

сдренировать паропровод к ПНД;

открыть задвижку на конденсате греющего пара;

постепенно открыть задвижку на подводе пара;

регулирующий клапан включается в работу автоматически при достижении номинального уровня.

33
Отключение подогревателей производится в следующей

последовательности:

постепенно закрывать паровую задвижку, снижая давление пара в подогревателе, при этом допустимая скорость охлаждения должна быть не выше 5 С/мин;

после прекращения подачи пара закрыть задвижку на отсосе воздуха, открыть задвижку па обводе конденсата, закрыть задвижку на входе и выходе конденсата, закрыть задвижку на конденсате греющего пара;

при отключении ПНД вентили защитного устройства трубной системы должны быть открыты.

По дренажу греющего пара подогреватели низкого давления включены каскадно, т.е. из ПНД с большим давлением пара дренаж поступает в ПНД с меньшим. Кроме того, существует отвод дренажа греющего пара из каждого ПНД в конденсатор.

Подогреватели высокого давления представляют собой аппарат сварной конструкции вертикального типа.

Технологическая схема регенеративных подогревателей высокого давления приведена на рисунке 1.9.

Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Каждый подогреватель высокого давления имеет три встроенные зоны:

зону охлаждения конденсата (ОК) греющего пара, расположенную в нижней части подогревателя. Охлаждающей средой служит питательная вода, проходящая по внутритрубному пространству трубной системы ПВД, а охлаждаемая среда (конденсат греющего пара) по межтрубному пространству и ограничена кожухами;

зона конденсации пара (КП), расположена над зоной ОК, в данной зоне осуществляется подогрев питательной воды за счет конденсации греющего пара на поверхности плоско-спиральных трубных элементов (ПСТЭ), расположенных в данной зоне;

- зона охлаждения пара (ОП) расположена над зоной КП, в этой зоне происходит охлаждение пара питательной водой. Межтрубное пространство ОП ограничено кожухами.

Пар из отбора турбин поступает в кожух ОП, охлаждается и направляется в зону КП.

D SS3S3S01

Контролер TREI

КРУГ- 2000

Рисунок 1.9 -Технологическая схема регенеративных подогревателей

высокого давления

Корпус подогревателя состоит из верхней съемной части (цилиндрическая обечайка, штампованное эллиптическое днище и фланец) и нижней -неподвижной части (днище эллиптическое, фланец и опора). На съемной части корпуса расположены штуцеры и отверстия различного назначения. На верхнем днище штуцера для подвода греющего пара и штуцер для присоединения вентиля для выпуска воздуха из корпуса.

Для регулирования расхода питательной воды по зонам поверхности теплообмена в распределительных коллекторах и в центральной трубе

35 установлены дроссельные шайбы, в собирающих коллекторах и в верхней части распределительных коллекторов установлены диафрагмы. Распределительные и собирающие коллекторы в зоне (Ж, а также собирающие коллекторы и центральная труба в зоне ОП соединены перепускными трубами.

Питательная вода поступает в подводящий патрубок и по трем отводам направляется в раздающие коллекторы. Установленная в раздающем коллекторе дроссельная шайба разделяет поток воды на два. Один поток проходит через дроссельную шайбу и идет в зону КП, другой поток через перепускную трубу направляется в собирающий коллектор и, пройдя через ПСТЭ, возвращается в раздающий коллектор и смешивается с первым потоком.

Из раздающего коллектора через ПСТЭ вода поступает в коллектор. В собирающем коллекторе вода разделяется на два потока. Один поток воды из собирающего коллектора через перепускную трубу поступает в центральную трубу до дроссельной шайбы. Второй поток из собирающего коллектора через ПСТЭ поступает в раздающий коллектор (выше диафрагм) и оттуда через перепускную трубу поступает в центральную трубу за дроссельной шайбой, поток смешивается и по центральной трубе направляется в трубопровод отвода питательной воды из подогревателя.

Греющий пар по пароподводящей трубе подводится в кожух охладителя пара. В охладителе пара пар последовательно проходит по кожухам и перепускным коробам, омывая ПСТЭ в поперечном направлении, охлаждается до температуры, близкой к температуре насыщения и выходит в зону конденсации подогревателя. В зоне конденсации подогревателя пар движется сверху вниз, проходя через отверстия в перегородках и в кольцевом зазоре между корпусом и трубной системой. На поверхности ПСТЭ пар конденсируется, конденсат сливается на перегородки и с перегородок через отверстия в центральном кожухе стекает в нижнюю часть подогревателя. В охладителе конденсата через патрубок в нижней перегородке конденсат подводится в кожух, последовательно проходит по ходам кожуха и перепускным коробам, омывая ПСТЭ в поперечном

36 направлении и через отверстие в нижней перегородке отводится в трубу отвода дренажа из подогревателя.

Неконденсирующиеся газы отводятся специальным устройством установленным над охладителем конденсата и представляет собой кольцевую трубу с отверстиями, установленную вокруг центрального кожуха. От кольцевой трубы трубопровод отвода неконденсирующихся газов входит через нижнее днище в ПВД-4 (ПВ-180-180-20-30) и ПВД-5 (ПВ-180-180-33-1). Труба отвода неконденсирующихся газов заведена в трубу отвода конденсата греющего пара.

Для выхода воздуха из корпуса при заполнении его водой или для впуска воздуха при опорожнении на верхнем днище предусмотрен штуцер с вентилем. Выход воздуха при заполнении или впуск воздуха при опорожнении трубной системы осуществляется по трубе отсоса питательной воды из подогревателя.

Одним из видов топлива, используемых для горелок парогенератора, является природный газ. Для очистки, редуцирования давления и учёта расхода газа на ТЭЦ предусмотрен газорегуляторный пункт (ГРП). Максимальная пропускная способность ГРП- 150000 мЗ/ч.

Схема функционирования ГРП показана на рисунке 1.10.

Проектом предусматривается газорегуляторный пункт с одним регуляторным залом, помещением КИП АСУ ТП, тепловым пунктом и с одним входом газопровода высокого давления и одним выходом среднего давления.

Оборудование ГРП рассчитано на максимальный расход газа.

Технологическое оборудование ГРП состоит из следующих узлов:

узел очистки газа от механических примесей;

узел замера расхода газа;

узел редуцирования давления газа;

клапаны предохранительных сбросных и задвижек.

Узел очистки газа от механических примесей состоит из четырёх газовых фильтров диаметром 300 мм конструкции «МосгазНИИпроект» (один из которых резервный).

Рисунок 1.10 - Функциональная схема ГРП

Пропускная способность каждого фильтра рассчитана на 100000 м /ч. Перепад давления газа на кассете фильтра измеряется при помощи дифманометра и не должен превышать 0,1 кгс/см . При перепаде давления на одном из фильтров более 0,1 кгс/см² необходимо отключить этот фильтр. Также возможно отключение любого из фильтров для ремонта или технического обслуживания, для этого, каждый из них оснащён отключающими устройствами и фланцами для установки листовых заглушек.

Узел замера расхода газа состоит из двух ниток основного расхода (одна резервная) и пусковой нитки.

Замер расхода газа на основной и пусковой нитках осуществляется расходомерными узлами на основе метода переменного перепада давления,,

В узле редуцирования давления газа предусмотрены четыре нитки: три нитки редуцирования основного расхода (в т.ч. одна резервная) и нитки малого расхода. Каждая нитка основного расхода рассчитана на пропускную способность 150000 м /ч; нитки малого расхода на 50000 м7ч. Каждая нитка состоит из:

двух отключающих устройств с электроприводом в взрывозащищённом исполнении (на входе и выходе);

регулирующей заслонки;

глушителя шума;

фланцев для установки листовых заглушек (на входе и выходе);

штуцера для подвода сжатого воздуха;

продувочной свечи.

Редуцирование давления газа на каждой нитке одноступенчатое, осуществляется регулирующими заслонками. Давление газа после регулирующих заслонок становится равным 0,09 МПа.

На выходе из ГРП устанавливаются три сбросных предохранительных клапана СППК 4Р-16 (один из них резервный). Сбросные предохранительные клапаны настраиваются на срабатывание при повышении давления газа до 0,1035МПа.

39 Задвижки предназначены для выполнения операций по отключению и подаче

газа в газопровод к котельной.

Для поглощения шума, возникающего при редуцировании давления газа на каждой нитке предусмотрены к установке шумоглушители, изоляция газопроводов после глушителей до выходного коллектора и коллектор (после ГРП) иа протяжении 20 м шумопоглащающей изоляцией.

В ГРП газ редуцируется до давления 0,07—0,09 МПа с помощью регулирующих клапанов, управляемых автоматическими регуляторами давления. С выхода ГРП газ поступает в общий газопровод ТЭЦ, снабжающий парогенераторы газовым топливом. В ГРП имеются рабочие нитки газопровода, нитки малого расхода и резервная с ручным управлением арматурой. На рабочих нитках и нитках малого расхода устанавливаются автоматические регуляторы давления, действующие по принципу «после себя», и защитные регуляторы, действующие по тому же принципу. Защитные регуляторы настраиваются на поддержание повышенного давления по сравнению с рабочим и при работе в расчетном диапазоне полностью открыты.

Автоматическое регулирование подачи газового топлива при его расходах в расчетном диапазоне осуществляется обычно одним из рабочих регуляторов, установленных, на рабочей нитке. Другой настраивается на несколько меньшее давление и, как правило, полностью закрыт или частично открыт и выполняет роль автоматического резерва снабжения топливом при его нехватке или недостаточном напоре со стороны источника (от ГРС).

При ограниченном снабжении ТЭЦ газовым топливом включаются нитки и регуляторы малого расхода. В качестве автоматических и защитных регуляторов, как правило, используются ПИ-регуляторы давления прямого действия с мембранным исполнительным механизмом.

40 1.3 Автоматические регуляторы объектов теплоэнергетики

Несмотря на существенные различия энергоблоков и используемого в них энергетического оборудования, большинство автоматических регуляторов имеют одинаковые структурные и функциональные схемы.

Среди регуляторов тепловой автоматики можно выделить две группы: регуляторы уровня (АРУ) жидких сред и регуляторы давления (АРД) пара, которые существенно влияют на режим работы энергетического блока [112].

Регуляторы уровня предназначены для поддержания заданного уровня теплоносителя в компенсаторах давления (КД) и барабанах-сепараторах (БС), питательной воды и конденсата пара в парогенераторах (ПГ) и регенеративных подогревателях. Заданный уровень в АРУ поддерживается за счет обеспечения материального баланса между притоком и оттоком вещества в регулируемом сосуде. Часто приток и отток представляют разные фазы одного вещества. Например, приток - вода, отток - пар. Для управления потоками жидких сред в реакторах нашли применение двухимпульсные и трехимпульсные АРУ, структурные схемы которых представлены на рисунках 1.11 и 1.12.

Рисунок 1.11 - Двух импульсная АРУ с местной обратной связью по расходу питательной воды

На рисунке приняты следующие обозначения: Gn,G_n - расходы воды и пара соответственно; h₃ - уровень воды (уставки); h - уровень воды на выходе системы; К_п - коэффициент пропорциональности П-регулятора; К - коэффициент передачи, определяемый как:

K=l/(p_n-p_B)/F,

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

где (р_п - р_в)- разность плотности пара и воды; F - поперечное сечение OP; S -переменная преобразования Лапласа; Т_им - постоянная времени исполнительного механизма.

Для обеспечения устойчивости АСР с астатизмом второго порядка, применяется охват ИМ жесткой ООС по положению регулирующего клапана, но данный двухимпульсный АРУ с местной обратной связью по положению G_Bимеет статическую ошибку, вызванную возмущением. Такой АРУ применяют для регулирования объектов, не требующих высокой точности поддержания заданного уровня, например регенеративных подогревателей.

В случае необходимости обеспечения высокой точности поддержания заданного уровня применяют трехимпульсные АРУ. В таких регуляторах в качестве местной ООС используется сигнал материального баланса е = G_B - G_n. в этом случае реализовывается принцип комбинированного управления по отклонению и возмущению.

Рисунок 1.12 - Трехимпульсная АРУ.

Здесь Крб (s) - передаточная функция регулятора.

Трехимпульсный АРУ не имеет статической ошибки относительно установившихся возмущений расхода пара, т. е. h=h₃ при любом расходе пара.

Данный вывод справедлив только в том случае, если для формирования сигнала материального баланса измеряются все имеющие место расходы воды и пара. В противном случае неконтролируемые расходы, например во время продувки парогенератора, вызовут отклонение от заданного уровня. Для улучшения переходных процессов АРУ вместо П-закона в некоторых случаях, реализовывают ПИ-закон.

Автоматические регуляторы давления (АРД) предназначены для поддержания заданного давления пара в ППУ (паропроизводящие установки). При этом АРД должен обеспечить баланс между генерацией пара и его расходом. Так как большинство энергоблоков работают в базовом режиме, т.е. мощность блока задает печь независимо от нагрузки электрической сети, АРД поддерживают заданное давление, подстраивая расход пара турбиной в соответствии с его генерацией. Для этого в зависимости от сигнала рассогласования АРД осуществляет воздействие на механизм управления турбиной (МУТ) и посредством гидравлического регулятора скорости (PC) вращения турбины меняет расход пара. Возмущением для АРД является изменение мощности и изменение расхода пара вследствие реакции PC на изменение частоты в электрической сети.

АРД могут выполнять свои функции, если турбогенератор работает на энергосистему в синхронном режиме. В противном случае, например во время пуска энергоблока или в аварийных режимах, связанных с остановом ТГ, используются так называемые стерегущие регуляторы - быстрые редукционные установки, сбрасывающие пар в конденсатор, деаэратор или барометр. Функциональные схемы этих регуляторов аналогичны АРД за исключением управляющих воздействий, которые через ИМ воздействуют на соответствующие клапаны.

При регулировании давления ОР не обладает астатизмом, что позволяет строить АРД по одной м пульс ной схеме. Данная схема представлена на рисунке 1.13.

_{-Ц%Н Ms)}

Рисунок 1.13 - Структурная схема одноимпульсного регулятора давления в

Здесь AQ, AGb, AGh - приращение подводимого тепла и изменения расходов питательной воды и пара соответственно; АР - изменение давление; AZ -изменение положения РК турбины;

Регулирующее устройство с ПФ Крб (S) совместно с исполнительным механизмом 1/(Т_ич S), как правило, реализовывают ПИ-закон регулирования.

Возмущениями для АРД являются тепловая мощность реактора и расход питательной воды. Так как на расход пара АРД оказывает действие через гидравлический регулятор турбины, электрическая сеть также оказывает влияние на давление пара.

Практика, эксплуатации АРД показала, что одноимпульсные регуляторы удовлетворительно работают в условиях нормальной эксплуатации. Однако в нештатных ситуациях имели место случаи, когда возникающие при этом перерегулирования давления приводили к останову энергоблока.

Наряду с АРУ и АРД существуют АР питания парогенератора (ПГ) предназначены для поддержания материального баланса между расходом пара и подачей питательной воды при заданном ее уровне. Регулируемым параметром здесь является уровень питательной воды в ПГ, управляющим воздействием ее -расход, а возмущением - изменение расхода пара турбиной при изменении ее

44 мощности. Также применяются регуляторы уровня регенеративных подогревателей, регуляторы питания и давления пара барабана - сепаратора

[112].

Наиболее широко распространенным типом регулятора

теплоэнергетических объектов является ПИД-регулятор, реализующий закон регулирования в функции от ошибки е.

u = ke+±ledt + T_d^, (1.1)

или в операторной форме

u{p) = W_p{p)e(p), (1.2)

где W_p (р) передаточная функция регулятора равная

w_p(p) = k₊-L₊T_dp = ^T«^T«^p+~~^kT~~»~~^+]~~. (1.3)

LP ?иР

Иногда используют модифицированный закон регулирования, которому соответствует следующее выражение передаточной функции

1+^- + ^

. ^ТиР

W(p) = k

кТ_ИТ_аР + кТ_н+_к_^ _(L4)

Для фильтрации высокочастотных помех возникающих в цепях управления в ПИД-регулятор дополнительно включается низкочастотный фильтр. В этом случае передаточная функция регулятора будет выглядеть

_W = A₊-L₊-^-. (1.5)

ПИД-регулятор позволяет реализовать более простые законы регулирования путем исключения той или иной составляющей из закона регулирования. Дополнительно кроме ПИД-регулятора используются П-регулятор, И-регулятор, ПИ-регулятор.

Для сложных объектов, таких как парогенератор и турбогенератор, имеющих взаимное влияние каналов регулирования друг на друга, используют каскадные схемы включения регуляторов [35].

Широкое распространение таких регуляторов обусловлено простой схемной или программной реализацией закона регулирования, невысокой чувствии-

45 тельностью параметров настройки регулятора к изменению параметров объекта (грубостью или робастностыо), сравнительно простой настройкой регулятора под конкретный объект. Недостатком этих регуляторов является не очень высокое качество регулирования особенно для сложных объектов, имеющих в своем составе нелинейные элементы и звенья запаздывания [19].

Более высокое качество регулирования обеспечивают регуляторы состояния, у которых закон управления представляет собой линейную функцию от переменных состояния объекта

U_x =1_иХ_] +/,₂*2 ⁺- ⁺ чАі'"

(1.6)

^Um ~'ml^X\ ⁺'m2^X2 ⁺ — ⁺'яіЛі»

В матричном виде эти уравнения запишутся

u = -L(x). (1.7)

В том случае если не все компоненты вектора состояния х доступны измерению, используют специальные устройства (наблюдатели состояния), позволяющие восстановить вектор состояния х по измеренному вектору регулируемых величин у.

Если замыкать обратную связь по регулируемым величинам, то закон управления (1.5) преобразуется к виду аналогичному (1.2):

u(p) = W_p(p)y(p) = |M_y(p). _(U)

S(p)

где W_p(p) - матричная передаточная функция регулятора состояния отличная от

передаточной функции ТТИД-регулятора.

В отличие от ПИД-регулятора, регулятор состояния применим для многомерных объектов и обеспечивает лучшее качество регулирования. Однако он сложен в настройке и не обладает свойством грубости (робастности).

Регуляторы состояния иногда используются в качестве главных регуляторов парогенератора.

Для объектов, не требующих высокой точности регулирования, можно использовать регуляторы по возмущению [1]. Структурная схема подключения такого регулятора к объекту приведена на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Структурная схема системы с регулятором по возмущению.

Если известны передаточные функции объекта по правлению W_u{p) и возмущению Wj(p), то передаточная функция регулятора W_p{p) находится из условия полной компенсации возмущения.

Откуда

(1.10)

W_f(p)

К(р)

WAp) = -

Недостатком регуляторов по возмущению является низкая точность регулирования, так как такой регулятор компенсирует действие на объект только контролируемых возмущений.

Такие регуляторы иногда используются в качестве регуляторов тяги, обеспечивающих заданное разряжение в топке парогенератора.

Достоинства обеих принципов регулирования по отклонению (ошибке) и возмущению совмещаются в комбинированных регуляторах [20].

Рассмотрим структурную схему системы с комбинированным регулятором, компенсирующим динамическую ошибку системы, возникающую от изменения задания (рисунок 1.15).

+ и

_ХЯ_И^ро_Ш_М

Рисунок 1.15 - Структурная схема системы с комбинированным регулятором.

Найдем передаточную функцию W_g{p) регулятора по возмущению РВ, обеспечивающую компенсацию задания g в системе условия. Для этого запишем передаточную функцию замкнутой системы по ошибке

(2.11)

х{р) l + lV_g(pWo(p)

W„{p) =

g(p) \ + W_u{p)W₀(p)

Откуда следует, что ошибка будет равна нулю, если W_e(p)=0, тогда

(1.12)

WAp) = ~

К(Р)

Позиционные регуляторы, реализующие нелинейные законы регулирования имеют статическую характеристику релейного элемента (рисунок 1,16).

+Ur,

+Ле

-Um

Рисунок 1.16 - Статическая характеристика позиционного регулятора. Изменяя настройки позиционного регулятора можно получать различные законы регулирования:

двухпозиционный закон регулирования, имеющий статическую характеристику идеального реле:

двухпозиционный закон регулирования, имеющий статическую характеристику идеального реле с гистерезисом;

трехпозиционный закон регулирования, имеющий статическую характеристику идеального реле: с зоной нечувствительности;

трехпозиционный закон регулирования, имеющий статическую характеристику идеального реле: с зоной нечувствительности и гистерезисом;

Достоинством позиционных регуляторов является простота конструкции и настройки, высокое быстродействие. К недостаткам относятся невысокая точность регулирования и возможность возникновения в системе режима автоколебаний.

Позиционные регуляторы в теплоэнергетике используются для регулирования положения исполнительных механизмов, предназначенных для управления запорной арматурой.

1,4 Задачи контроля, регулирования и настройки функциональных подсистем

Анализ литературы по методам управления объектами теплоэнергетики проведенный в пп. 1.1-1.3 позволяет установить следующие тенденции при управлении такими объектами.

Сложность технологического процесса и недостаточная его изученность, что не позволяет ограничиться линейным управлением по состоянию.
Высокая экологическая опасность, необходимость обеспечения высокой пожаро-, взрыво-, электробезопасности и, как следствие, высокой надежности контроля и регулирования.
Иерархический принцип построения систем управления.
Широкое распространению микропроцессорных систем управления и создание на их основе интегрированных SCADA-систем.
Необходимость более полного учета «человеческого фактора» и переноса внимания при создании таких систем на человека-оператора (диспетчера) и его задачи.
Использование методов адаптивного и интеллектуального управления.

При разработке стратегии управления сложными системами, в том числе и теплоэнергетическими объектами, возникают большие трудности, связанные с нелинейностью, нестационарностью, многомерностью, многосвязностыо объектов управления, в которых протекают различные физические и технологические процессы.

В нормативной документации для оценки качества технологического процесса используют термины: стабильность, устойчивость и воспроизводимость.

Стабильностью технологического процесса называют свойство процесса сохранять во времени параметры и закон распределения погрешностей параметров качества изделия.

Устойчивостью технологического процесса называют свойство процесса сохранять во времени точность параметров качества изделия.

Воспроизводимостью технологического процесса называют свойство процесса, характеризуемое близостью параметров качества изделий при повторениях процесса [43].

Так как обеспечение качества и надежности управления является основной задачей систем управления теплоэнергетическими объектами (ТЭО), то постановку задач управления следует производить в терминах теорий управления, которые отличаются от принятых в технологии [41,112].

Стабильность технологического процесса должна трактоваться как требование стационарности параметров этого процесса, а воспроизводимость надо рассматривать как требование соблюдения эргодической гипотезы. Понятия устойчивости в технологическом смысле и в смысле теории управления совпадают.

Следовательно, задача управления ТЭО должна рассматриваться как задача поддержания случайной функции показателей технологического процесса, протекающего в системе, или параметров этой случайной функции в пределах, гарантирующих требуемое качество продукции.

Таким образом, задача управления имеет своей целью обеспечение качества изделий путем целенаправленного изменения режимов работы ТЭО и согласованного действия всех подсистем, входящих в ее состав.

Реализация данной структуры в рамках системного подхода предполагает решение следующих подзадач:

- структурную организацию ТЭО;

получение математических моделей объекта управления и модели внешних возмущений;

выбор целевой функции;

оптимизацию режимов работы объекта;

синтез законов управления и его программная или аппаратная реализацию;

выбор алгоритмов оценивания и идентификации параметров объекта и внешних возмущений.

разработка алгоритмов контроля регулирования и настройки.

Решение этих подзадач составляет сущность основной задачи - задачи оптимально-адаптивного программного управления [1, 18, 27, 41, 42, 51, 55, 68, 73, 84, 86-88, 97, 98, 107] или, в более узком смысле, задачи разработки адаптивных систем программного управления [44, 62,103,109,127,128,136].

Для строгого решения задачи управления таким объектом требуется большой объем информации, как о самом объекте, так и о его входных и выходных переменных. Непрерывное совершенствование средств вычислительной техники сделало возможным реализацию довольно сложных управляющих алгоритмов, базирующихся на методах оптимального и адаптивного управления. Использование этих методов в рамках современной теории управления предполагает рассмотрение движения системы в пространстве состояний [42, 57, 123] и базируется на теории множеств [33, 82], линейной алгебры [69], конечномерных векторных пространствах [53], векторно-матричных дифференциальных уравнениях [116], теории матриц и квадратичных форм [39], теории движения в обобщенных координатах [94-96]. Причем задача управления

51 решается с помощью методов оптимального, адаптивного и интеллектуального управления.

Основным принципом управления подобными системами является принцип дуальности, сформулированный А.А. Фельдбаумом применительно к задачам синтеза оптимальных систем управления, заключающийся в том, что оптимальный алгоритм управления должен одновременно выполнять функции изучения и управления им. Устройство управления, работающее по этому принципу, постоянно должно находить компромисс между "риском изучения" и "риском управления".

Задачи контроля, регулирования и управления могут быть сильно упрощены, если воспользоваться принципом дуальности и разделить процессы контроля, регулирования и настройки [81, 83] . Процесс контроля при таком подходе осуществляется в два этапа. На первом этапе, вне контура управления, решаются задачи оценки структуры и параметров модели объекта, степени стационарности и возможности представления конкретного объекта стационарной моделью, степени нелинейности и возможности использования линейной модели, выбор информативных выходных переменных управлений, проверка адекватности модели.

На втором этапе в контуре управления выполняется текущий оперативный контроль. Здесь решается задача определения параметров модели на основе данных измерений и применения рекуррентных алгоритмов обработки информации с последующей передачей уточненных значений в управляющее устройство для корректировки закона управления на следующем шаге и выдачи предупредительных или аварийных сигналов в том случае, если параметры процессов или моделей выходят за допустимые границы.

Интегрированные системы управления производством

Современная АСУ ТП обязательно должна предусматривать связь с корпоративными системами управления предприятием (АСУП), которые в современной терминологии называются ERP-системы (Enterprise Resource Planning -планирование ресурсов предприятия) или MRP-системы (Manufacturing Resource Planning - планирование ресурсов производства). Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, a MRP - на его технологические подразделения [49].

К системам MES принято относить приложения, отвечающие за: управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса; планирование и контроль последовательности операций технологического процесса; управление качеством продукции; - хранение исходных материалов и произведенной продукции по технологическим подразделениям; - техническое обслуживание производственного оборудования; связь систем ERP и SCADA.

Второй путь возникновения систем MES - снизу, от АСУТП. Так произошло отделение тактических задач оперативного управления техно логическими процессами от стратегических задач ведения процесса в целом. В частности, в энергетической, химической, металлургической, пищевой и некоторых других отраслях промышленности можно выделить задачи управления технологическими последовательностями (batch control). Их суть - в обеспечении выпуска продукции в нужном объеме с заданными технологическими характеристиками при наличии возможности перехода на новый вид продукции. Отделились и задачи ведения архива значений технологических переменных с возможностью восстановления производственных ситуаций прошедших периодов и анализа нештатных ситуаций. Появились программы обучения технологического персонала и оптимизации ведения технологических процессов.

Функциональные подсистемы теплоэнергетических АСУ ТП

Под термином математическое обеспечение понимают совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, используемых для решения задач обработки информации в системе [1]. При решении задач автоматического контроля, регулирования и управления математическое моделирование - пока единственный практически доступный метод создания новых управляющих алгоритмов и структурных схем управления. Учитывая высокую экологическую и техногенную опасность теплоэнергетических систем, настройку и регулирование их функциональных автоматизированных систем целесообразно осуществлять методами математического моделирования.

Моделирование сложных систем осуществляется на основе концептуального, математического и программного подходов [37, 77, 84].

Построение концептуальной модели объекта управления включает в себя следующие этапы.

Рисунок 2.1 - Выделение объекта из окружающей среды. Для технических систем такое выделение не представляет собой особых затруднений, так как объект управления представляет собой законченный агрегат, установку, или машину. Гораздо сложнее такое выделение провести для экономических, экологических или социальных систем. Можно утверждать, что чем ни сложнее объект моделирования, тем сложнее его выделить из окружающей среды. Выделение объекта считается законченным, когда для каждого его элемента будут определены входные и выходные параметры.

2) Установление существенных взаимосвязей между объектом и окружающей средой.

Этот этап создания математической модели являете» весьма ответственным. Неточное установление существенных взаимосвязей между объектам и окружающей средой может привести к тому, что неучтенные взаимосвязи могут значительно повлиять на точность моделирования вплоть до несоответствия модели реальной системе. Как правило, предполагается, что объект управления оказывает незначительное влияние на окружающую среду, считается, что результаты функ ционировзния объекта внешняя среда потребляет полностью и без задержек. Это отмечается пунктирной стрелкой яа рисунке 2.2, По отношению к моделируемому объекту влияние отсружающей среды на объект учитывается введением входных (независимых) переменных, а влияние объекта на окружающую среду осуществляется с помощью выходных (зависимых) переменных,

3} Выделение среди введенных входных переменных, управляющих U и возмущающих f воздействий, а среди выходных переменных управляемых у и не управляемых или скрытых параметров х, не поддающихся непосредственному измерению как управляемые параметры.

Неправильный выбор управляющих и управляемых параметров объекта может привести к неполной управляемости или наблюдаемости математической модели.

4) Установление отношений эквивалентности между входными и выходными переменными объекта. Отношения эквивалентности позволяют отобразить множество входных переменных на множество выходных переменных.

Взаимодействие между переменными моделируемого объекта можно представить в виде следующих отображений: моделируемый процесс:Р: u х f - х; х х; х — у, где х - множество состояний объекта, f - множество возмущений, и - множество управляющих величин, у - множество регулируемых (наблюдаемых) величин.

Концептуальная модель и содержащиеся в ней количественные исходные данные служат основой для выбора математической модели. Создание математической модели преследует две основные цели: - дать формализованное описание структуры и процесса функционирования системы или объекта; представить процесс функционирования в виде, допускающем аналитическое исследование системы.

Отображение переменных концептуальной модели на протекающий в объекте управления управляемый процесс, задаваемое на некотором формальном ма тематическом языке и является математической моделью выделенного объекта или системы [81, 96].

Основные подходы к созданию математических моделей

Для построении математических моделей используют аналитический, экспериментальный и экспериментально-аналитический подходы [77, 89, 124]. При получении математических моделей на основе аналитического подхода широко используется теоретический аппарат математической физики. Получение математической модели на основе аналитического подхода включает следующие этапы:

1) Изучают физические явления лежащие в основе моделируемого процесса и вводят упрощающие допущения о ходе протекания процесса.

2) На основе физических законов, описывающих протекание моделируемого процесса, с использованием теоретического аппарата математической физики составляют уравнения моделируемого процесса, отображающие входные переменные в выходные.

3) Аналитическим или численным методом проводят решение полученных уравнений при соответствующих начальных и граничных условиях.

4) Результаты решения сравнивают с экспериментальными данными.

5) При хорошем совпадении результатов эксперимента и расчета разработанную модель принимают. В противном случае процесс создания модели начинается снова.

Очевидно, что для получения аналитической модели необходимо глубоко изучить физические основы моделируемого процесса или объекта, чтобы правильно ввести упрощающие допущения и хорошо знать уравнения математической физики.

В связи с этим при моделировании систем управления, у которых управляемые объекты имеют самую различную физическую природу, более широко используется экспериментальный подход [77, 122]. В отличие от аналитического подхода математическая модель получается на основе экспериментальных данных. Экспериментальный подход состоит из следующих основных этапов:

1) На основе теории планирования экспериментов разрабатывают план проведения эксперимента на реальном объекте или его физической модели.

2) В соответствии с разработанным планом проводят эксперимент, заключающийся в подаче на вход объекта специально организованных возмущений с последующей регистрацией изменения выходных величин объекта.

3) Результаты эксперимента подвергаются математической обработке, в результате которой получаются уравнения, связывающие входные и выходные переменные объекта, статистически не противоречащие экспериментальным данным.

4) На вход полученной имитационной подаются экспериментальные входные переменные и рассчитывается отклик модели.

5) Производится сравнение реакций объекта и модели, и при их хорошем совпадении модель принимается

Достоинством имитационного моделирования является то, что для получения имитационной модели не требуется знания физических законов, по которым протекают процессы в моделируемом объекте. Однако имитационная модель может не отражать физику процессов, происходящих в моделируемом объекте.

Для устранения этого недостатка используют экспериментально-аналитический подход, при котором одновременно получают аналитическую и имитационную модели. Создание математической модели считается законченным, если аналитическая и имитационная модели будут подобными.

Современное состояние методов моделирования дает возможность большинство задач моделирования формализовать путем программного подхода к моделированию с использования различных профаммных сред, предназначенных для решения таких задач [78, 125]. К таким средствам относятся процедурно-ориентированные алгоритмические языки, проблемно-ориентированные или ав томатизированные системы моделирования. Желание ускорения и упрощения создания машинных моделей привело к реализации идей по автоматизации программирования имитационных моделей. Программа создается автоматически по формализованной схеме на основании задаваемых параметров системы, внешних воздействий и особенностей функционирования. По результатам машинного эксперимента выходные данные вычисляются и выводятся автоматически. Такие системы называют еще универсальными автоматизированными имитационными моделями или генераторами имитационных программ. Программный подход к моделированию предусматривает следующие основные этапы: 1) Выбор среды программирования, в которой будет создаваться компьютерная модель. 2) Выбор метода численного решения уравнений математической модели. 3) Разработка алгоритма численного решения. 4) Разработка и отладка моделирующей программы. 5) Создание человеко-машинного интерфейса для пользователя. Создание математической модели завершается проверкой ее адекватности.

В общем случае под адекватностью понимают степень соответствия модели тому реальному процессу, системе или объекту, для описания которого она строится. Проверку адекватности проводят путем сравнения экспериментальных данных, поученных на реальном объекте с результатами моделирования на моделях. Для этих целей используют методы математической статистики и в частности теорию оценок и проверку статистических гипотез с использованием критериев Стьюден-та, Фишера, Пирсона, Уилкоксона, Колмогорова - Смирнова. Следует иметь в виду, что проверка статистических гипотез об адекватности модели дают только достаточные условия адекватности, но не доказывают самой гипотезы.

Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП

Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП определяются требованиями нормативно-технической документации [56] и включают в себя: оперативный контроль, регистрацию, сигнализацию технологических параметров и состояний органов управления, регистрацию аварийных ситуаций, автоматического расчета технико-экономических показателей, автоматического регулирования в нормальных и пусковых режимах, определения энергетических характеристик оборудования, оптимизацию режимов работы агрегатов, защиту основного и вспомогательного оборудования энергоблоков, обмена информацией с вышестоящими АСУ.

Современные теплоэнергетические АСУТП, построенные на основе программно-технических комплексов (интегрированных SCADA-систем) в целом успешно выполняют функции контроля и регулирования технологических параметров. Однако специфика технологических процессов производства электроэнергии на ТЭЦ и большой объем контролируемых и регулируемых параметров не гарантируют полной защиты технологического оборудования от возникновения аварийных и неблагоприятных режимов работы. Под неблагоприятными режимами понимаются такие режимы работы, при которых технологические параметры процесса не выходят за допустимые пределы, обнаруживаемые системой контроля, вместе с тем при таких режимах значительно снижаются показатели качества регулируемого технологического процесса. Возникновение неблагоприятных режимов работы обусловлено нестационарностью технологического процесса производства электроэнергии и является основной причиной возникновение аварийных ситуаций.

В связи с этим представляется целесообразным дополнять существующие системы контроля и регулирования теплоэнергетических АСУТП функциональными блоками которые позволят: 1. Обнаруживать возникновение неблагоприятных режимов работы. 2. Выдавать оперативному персоналу информацию о возникновении таких режимов. 3. Давать рекомендации по изменению параметров настройки автоматических регуляторов для их устранения. 4. Прогнозировать возникновение аварийных ситуаций.

Необходимость использования таких функциональных блоков подтверждается практикой эксплуатации АСУТП. В приложении А приведены оперативные тренды регулирования различных технологических параметров на Пензенской ТЭЦ-1, снятые в режиме нормальной эксплуатации 28.04.04 г. Верхний график представляет регулирующую величину, нижний - регулируемую.

Анализ временных трендов позволяет сделать вывод, что не все режимы работы систем регулирования являются удовлетворительными. Так, подсистемы регулирования уровня конденсата в подогревателях водяного тракта находятся в автоколебательном режиме, что свидетельствует о неточной настройке автоматических регуляторов.

Подсистемы регулирования давления в горячем коллекторе, разряжения в топке и уровня воды в барабане котла работают с частыми переключениями исполнительных механизмов (несколько сот переключений в час), что приводит к преждевременному изнашиванию задвижек запорной арматуры.

Подсистема регулирования давления на выходе ГРП, также работает с частыми переключениями в режиме парирования внешнего давления на входе.

Это свидетельствует о необходимости периодической подстройки регуляторов функциональных подсистем АСУТП.

Для выявления неблагоприятных режимов работы функциональных подсистем АСУТП и устранения таких режимов предлагается дополнительно ввести в состав АСУТП программно-технический комплекс, включающий в себя следующие блоки: 1. Блок сбора и первичной обработки информации со станций системы «КРУГ» в виде временных трендов; 2. Блок расчета и контроля технических характеристик функциональных подсистем теплоэнергетических АСУ ТП; 3. Блок регулирования режимов работы функциональных подсистем на математических моделях; 4. Блок настройки автоматических регуляторов и средств управления. 5. Сервисный блок, осуществляющий сопровождение ПТК, отладку прикладных программ и программирование;

Техническая и алгоритмическая структуры ПТК показаны на рисунках 3.1 и Основные параметры комплекса: 1. Число регистрируемых параметров 2. Период опроса контролируемых каналов задается оператором задается оператором 3. Время опроса контролируемых каналов задается оператором 4. Дискретность опроса контролируемых каналов задается оператором 5. Время расчета технических характеристик 5 мин 6. Время моделирования режимов работы 5-60 мин 7. Время расчета параметров регуляторов 15 мин

Прогнозирующий контроль и адаптивное управление в функциональных подсистемах теплоэнергетических АСУТП Акчурин Дамир Хусяинович

Интегрированные системы управления производством

Функциональные подсистемы теплоэнергетических АСУ ТП

Основные подходы к созданию математических моделей

Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП

Похожие диссертации на Прогнозирующий контроль и адаптивное управление в функциональных подсистемах теплоэнергетических АСУТП