Расчета системы регулирования технологическими процессами в котельном агрегате

Цель работы:

Теоретическая часть

Примеры расчета системы автоматического регулирования уровня котельного агрегата.Выполним расчет САР (системы автоматизированного регулирования) уровня для котельного агрегата БКЗ-320-140. Для расчета системы экспериментально были получены временные характеристики объекта, изображенные на рис. 29.

Рис. 29. Временная характеристика по уровню котельного агрегата БКЗ-320-140 при возмущении расходом питательной воды

Из временной характеристики (рис. 29) находим постоянную времени объекта:

,

. (112)

И время запаздывания сек.

Коэффициент усиления объекта:

,

. (113)

Временные характеристики определялись по выходу измерительного прибора регулятора при максимальном положении потенциометра «чувствительность» датчика уровня и нулевом положении движка потенциометра «демпфер». Следовательно, величины являются параметрами некоторого условного объекта, в который, кроме собственного объекта, вошел датчика уровня и измерительный объект регулятора.

Учитывая, что коэффициент усиления измерительного блока равен 66, то коэффициент усиления приведенного объекта инерционного внешнего контура будет равен:

,

. (114)

Постоянная времени приведенного объекта:

,

. (115)

Так как измерительный блок в динамическом отношении является усилительным звеном, то с.

Находим отношение времени запаздывания объекта к его постоянной времени

. (116)

Для системы автоматического регулирования уровня оптимальным переходным процессом является апериодический. С учетом этого при известном отношении находим оптимальный коэффициент усиления приведенного П-регулятора инерционного внешнего контура:

.

Находим значение коэффициента усиления датчика расхода воды, обеспечивающее оптимальное значение коэффициента усиления приведенного регулятора:

,

. (117)

Таким образом, при максимальной крутизне характеристики датчика расхода уровня расчетная крутизна характеристики датчика расхода воды будет равна:

,

.

Котельный агрегат БКЗ-320-140 имеет двухпоточную схему паропровода, поэтому расход пара измеряется двумя датчиками.

На рис. 30 представлены характеристики датчиков расхода воды и пара в случае установки электрических нулей датчиков при среднем значении нагрузки, равном 87,5 % от номинальной.

Рис. 30. Характеристики датчиков уровня (а), расхода воды (б), расхода пара (в, г)

По рис. 30, б находим действительную крутизну характеристики датчика расхода воды при средней расчетной нагрузке котлоагрегата W=0.875 Wн=0,875·320=280 т/ч в рабочем диапазоне его нагрузок от 75 до 100 % от номинальной:

,

(118)

По рис. 30, в и гсоответственно находим крутизну характеристик датчиков расхода пара:

,

,

. (119)

Находим коэффициент передачи потенциометра «чувствительность» датчика расхода воды

,

. (120)

При равномерной шкале потенциометров «чувствительность» и максимальном числе его делений находим положение движка потенциометра датчика расхода воды:

,

(121)

Значение коэффициента усиления датчиков расхода пара, обеспечивающее корректирующее воздействие по возмущению, можно записать:

,

. (122)

Находим коэффициенты передачи потенциометров «чувствительность» датчиков расхода пара:

,

(123)

,

(124)

Определяем положение движков потенциометров «чувствительность» датчиков расхода пара:

,

(125)

,

(126)

Оптимальные параметры настройки собственно регулирующего прибора определяем на основании расчета внутреннего малоинерционного контура (рис. 31, г). Приведенным объектом регулирования для этого контура является участок трубопровода от места отбора импульса по расходу воды до регулирующего клапана.

Прежде чем производить расчет малоинерционного контура, необходимо произвести расчет демпфирующего устройства, так как постоянная времени демпфирующего устройства будет в значительной степени определять динамические свойства малоинерционного контура.

В результате наблюдения за работой котельного агрегата в стационарном режиме было выявлено, что уровень воды в барабане имеет пульсацию с максимальным периодом колебаний = 5 с и максимальной амплитудой = 20 мВ на выходе датчика уровня. Для ликвидации колебаний в системе по этой причине выполним расчет демпфирующего устройства регулятора. Задаемся положением движка потенциометра «нечувствительность» дел., находим фактическую зону нечувствительности регулятора = 6,4 мВ.

Рис. 31. Преобразование многоконтурной структурной схемы к эквивалентным одноконтурным схемам

Допустимая величина амплитуды пульсаций измеряемого параметра на входе регулятора

А_доп=0,5·∆_ф,

Необходимое уменьшение амплитуды пульсаций:

,

раза (127)

Определяем положение движка потенциометра «демпфер» регулятора:

,

. 128)

где

,

(129)

Находим постоянную времени демпфирующего устройства:

,

(130)

Так как сек, то демпфирующее устройство будет незначительно искажать динамические свойства внешнего инерционного контура системы, в связи с чем перерасчет полученных ранее значений оптимальных параметров настройки делать не следует. Экспериментально снятая временная характеристика условного объекта представлена на рис.2 – 20. Она определялась по выходному напряжению измерительного блока регулирующего устройства при расчетном положении движка потенциометра «чувствительность» датчика расхода воды и потенциометра «демпфер». Возмущение наносилось регулирующим клапаном. Величина возмущающего воздействия определялось по указателю положения (УП) в процентах хода клапана.

Рис. 32. Временная характеристика котла по расходу воды при возмущении регулирующим клапаном

Из временной характеристики рис. 32 находим:

Находим коэффициент усиления приведенного объекта

,

.

Находим отношение

,

.

Для граничного апериодического переходного процесса по номограммам находим:

С учетом этого находим оптимальные параметры настройки регулятора

,

. (131)

,

(132)

Скорость исполнительного механизма (рис. 32) будет равна:

.

Расчетные значения скорости обратной связи:

.

Постоянная времени изодрома регулятора устанавливается путем соответствующего выбора сменного сопротивления R₉ цепи обратной связи:

,

Расчетная величина сопротивления R₉ округляется до ближайшего стандартного значения R₉=0,2 Мом. Уточненное фактическое значение постоянной времени изодрома будет равно:

.

При лабораторной проверке регулирующего устройства найдено максимальное значение произведения скорости обратной связи на постоянную времени изодрома:

.

С учетом этого находим:

.

При максимальном числе делений потенциометра «скорость связи» α_макс=10 получаем:

.

Коэффициент передачи приведенного объекта мв/% включает в себя так же коэффициенты усиления измерительного устройства и регулирующего органа. С учетом этого величина зоны нечувствительности регулятора запишется:

, 132)

где U₀=24000 мВ – напряжение на входе цепи обратной связи при включении нелинейного элемента;

∆_в=0,3∆ – зона возврата нелинейного элемента, приведенная ко входу регулятора;

K_и=66 – коэффициент усиления измерительного блока регулятора.

Находим величину:

,

, (133)

тогда n₀=1.

Задавшись ориентировочно минимальной величиной зоны нечувствительности ∆_мин=2,5 мВ и соответственно ∆_в=0,75 мВ, производим проверочный расчет на отсутствие автоколебаний внутреннего малоинерционного контура при выбранном значении ∆_мин:

.

Так как условие соблюдается, то положение движка потенциометра «нечувствительность» принимается равным α_неч=6 делений. Если при минимальной величине зоны нечувствительности условие не соблюдается, следует выбрать большее значение ∆_мин и произвести повторный проверочный расчет на отсутствие автоколебаний.

Задание

На основе изложенной методики и в соответствии с приведенным примером расчета произвести расчет системы регулирования технологическими процессами в котельном агрегате; исходные данные взять из Табл. 11 в соответствии с номером варианта.

Таблица 11. Исходные данные для расчета системы регулирования технологическими процессами в котельном агрегате

№ варианта	, мв
		0,08∆
		0,07∆
		0,06∆
		0,09∆
		0,1∆
		0,11∆
		0,12∆
		0,05∆
		0,13∆
		0,14∆
		0,15∆
		0,16∆
		0,17∆
		0,18∆
		0,19∆
		0,2∆
		0,21∆
		0,22∆
		0,23∆
		0,24∆

Контрольные вопросы

1. Что является объектом регулирования для котельного агрегата?

2. Что представляет собой временная характеристика котельного агрегата?

Рекомендуемая литература

1. Тер-Басегов О.Н., С.М. Кочергин. Системы управления химико-технологическими процессами. – Сыктывкар: СЛИ, 2013.