Введение к работе
Актуальность темы В диссертационной работе рассматривается проблема синтеза эффективной системы управления многомерными объектами на примере исследуемого вакуумного деаэратора Несмотря на большое количество работ, посвященных управлению многомерными объектами, в настоящее время не существует общей методики построения эффективных систем управления подобными объектами управления
Независимо от типа и производительности котла важную роль играет стадия подготовки питательной воды На этой стадии происходит деаэрация питательной воды и добавление различных присадок Низкое содержание кислорода в питательной воде гарантирует долгий срок службы котла и низкие расходы на проведение капитальных ремонтов Снижение концентрации растворенного в питательной воде кислорода производится с помощью деаэратора Важно не только уменьшить концентрацию растворенного кислорода, но и снизить расход греющей воды и пара, используемых в качестве теплоносителей при работе деаэратора
С точки зрения теории автоматического регулирования вакуумный деаэратор котла является многомерным объектом управления, т е для объекта характерна сложная структура внутренних прямых и перекрестных связей Существующие системы управления деаэратором не учитывают наличие перекрестных связей, значимость которых иногда сопоставима со значимостью прямых В настоящее время в системах управления деаэратором используются несвязанные замкнутые контуры регулирования и не оцениваются влияния возмущающих воздействий
Таким образом, актуальность работы состоит в разработке системы управления вакуумным деаэратором, позволяющей за счет улучшения качества регулирования, снизить содержание растворенного в питательной воде кислорода, уменьшить расход греющей воды и пара на работу деаэратора Это увеличит срок службы котла и улучшит технико-экономические показатели его работы
Также предполагается рассмотреть вопрос о возможности использования разработанной системы управления для других многомерных объектов в различных отраслях промышленности
Целью настоящей работы является снижение концентрации кислорода, растворенного в питательной воде энергетического котла, за счет создания и реализации на производстве комбинированной адаптивной системы автоматического управления
вакуумным деаэратором, позволяющей учесть особенности объекта управления и обеспечивающей эффективное функционирование в условиях влияния возмущающих воздействий и изменения статических и динамических параметров объекта
Для достижения поставленной цели в работе предстоит решить следующие научные задачи-
-
Теоретическое и экспериментальное изучение массо- и теплообменных процессов, происходящих в вакуумном деаэраторе котла Оценка соотношения теоретических и экспериментальных данных
-
Создание на базе полученных экспериментальных данных математической модели объекта управления Обоснование выбора типа уравнений, составляющих математическую модель и доказательство адекватности математической модели экспериментальным данным
-
Синтез структурной схемы системы автоматического управления обеспечивающей эффективное управление в условиях влияния контролируемых возмущающих воздействий
-
Сравнение посредством имитационного моделирования эффективности разработанной системы автоматического управления и типовых управляющих структур
-
Оценка устойчивости разработанной системы управления деаэратором
-
Разработка алгоритмов и соответствующих программ, реализующих предложенный алгоритм управления для применения в рамках конкретной АСУТП, подготовка к внедрению разработанной системы автоматического управления в действующее производство
Научная новизна:
-
Предложена структура комбинированной системы управления вакуумным деаэратором, которая обеспечивает более высокое качество переходных процессов по сравнению с используемыми в настоящее время типовыми решениями Улучшение показателей качества регулирования доказано практически, а также результатами имитационного моделирования
-
Для разомкнутого контура комбинированной системы управления рассматриваемого вакуумного деаэратора разработан алгоритм, позволяющий на основе математической модели многомерного объекта управления одновременно находить все регулирующие воздействия Согласованные значения регулирующих воздействий
обеспечивают повышение качества регулирования по сравнению с типовыми системами управления вакуумным деаэратором
-
Для идентификации параметров вакуумного деаэратора предложен алгоритм, позволяющий уточнять параметры каждого канала возмущения и регулирования в отдельности, что достигается благодаря использованию принципа активного эксперимента Доказано, что использование разработанного метода идентификации позволяет значительно сократить время расчета и существенно повысить точность полученных результатов Разработанный метод позволяет уточнять параметры математической модели, не допуская отклонения регулируемых переменных от их заданных значений в ходе идентификации
-
Было проведено исследование разработанной системы управления вакуумным деаэратором на устойчивость, в результате сделан вывод о ее устойчивости и возможности практического применения Устойчивость определялась по виду частотных характеристик системы управления, полученных посредством имитационного моделирования
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанный алгоритм расчета регулирующих воздействий в разомкнутом контуре комбинированной системы управления и алгоритм идентификации многомерного объекта управления могут в полном объеме или частично быть использованы в системах управления аналогичными вакуумными деаэраторами Разработки применимы к другим многомерным объектам энергетики, химической и пищевой промышленности и т д
Разработанный алгоритм управления вакуумным деаэратором реализован на базе программно-технического комплекса Teleperm в рамках АСУТП блока парогазовой установки на "Дзержинской ТЭЦ" Внедрение разработанной системы управления позволило снизить концентрацию растворенного в питательной воде кислорода с исходных 40мкг/л до 20мкг/л в стационарном режиме, а также исключить повышение концентрации кислорода при переходных процессах
Отдельные результаты и выводы, вошедшие в состав диссертационной работы, внедрены в учебный процесс по специальности 22 03 01 "Автоматизация технологических процессов и производств" на кафедре "Автоматизации и информационных систем" в "Дзержинском политехническом институте" (филиале) ГОУ ВПО "Нижегородского государственного технического университета им Р Е Алексеева"
Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на трех Всероссийских молодежных научно-технических конференциях "Будущее технической науки" (г Н Новгород, 2004, 2005, 2006 г), трех заочных электронных конференциях "Современные наукоемкие технологии" (г Москва, 2006 г), двух Нижегородских сессиях молодых ученых (г Н Новгород, 2006, 2007 г), Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (г Воронеж, 2006 г), двух Международных выставках и конференциях "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности" (г Москва, 2007,2008 г)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 статья в научно-техническом журнале "Промышленные АСУ и контроллеры" В качестве соавтора принял участие в получении патента на полезную модель №66521 по заявке 2007114334 "Система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом"
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Структура разработанной системы управления вакуумным деаэратором
-
Алгоритм работы разомкнутого контура управления, позволяющий определять согласованные значения регулирующих воздействий
-
Алгоритм идентификации объекта управления, основанный на использовании принципа активного эксперимента
-
Метод определения устойчивости по виду частотных характеристик системы управления, получаемых посредством имитационного моделирования
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений Работа содержит 139 страниц текста, 101 рисунок и 7 таблиц Список литературы включает 109 наименований
