На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Оценка динамических свойств автоматизированной системы управления технологическими действиями центральных тепловых пт на базе микропроцессорного устройства «ТРАНСФОРМЕР»
Д .
т .
н .
В .
А .
Рыженков ,
доктор ,
М .
В .
Фролов ,
аспирант ,
МЭИ ( ТУ ); А .
С .
Дискуссий ,
директор ,
В .
М .
Кокорев ,
ведущий инженер ,
«Электротехническая компания» ,
г .
Москва Увеличение эффективности использования электроэнергии в теплоэнергетике
требует комплексного решения экономических, организационных и технических задач и
неразрывно соединено с увеличением общей эффективности функционирования и развития отрасли. Основой энергосбережения является минимизация дела издержек на реализацию
мероприятий к размерам экономии горючего и
энергии. Этот принцип реализуется методом отбора более действенных мероприятий и первоочередной реализации мер с минимальными
затратами и наибольшим эффектом. Главным документом для внедрения энергосбережения в теплоэнергетику является Федеральная
целевая программа энергосбережения в отрасли «Электроэнергетика» на 1999-2000 гг. и на
перспективу от 2005 до 2010 гг. [1].
-      
автоматизированных систем управления(АСУ) в теплоэнергетике в целом и центральных
тепловых пт (ЦТП) а именно.
Для решения поставленных задач энергосбережения в городском теплоснабжении, за счет
внедрения и совершенствования АСКУЭ, АСКУТ
и АСУ к ним предъявляются последующие требования [2]:
-      
работа с объектами городского теплоснабжения различных поколений: современными
отопительными системами (пластинчатыми теплообменниками) и устаревшим котельным
оборудованием, у каких сильно различаются динамические характеристики свойства (быстродействие и точность регулирования);
- работа с объектами управления разной
степени трудности: от сложных насосных систем до обычных теплообменников.
Для решения действенного управления технологическим действиями на объектах городского теплоснабжения, в том числе на ЦТП, и
для ублажения вышеприведенным требованиям, был разработан и сделан функциональный микропроцессорный «Транс-формер» [3], программируемый регулятор, управляющий сразу значимым числом технологических действий с индикацией
результатов управления на мониторе в мнемонической, текстовой и цифровой форме. Установка в устройство соответственного модуля модема
для проводной, телефонной либо радиосвязи с
соответствующим программным обеспечением дозволяет выполнить диспетчеризацию работы автоматики и характеристик объекта управления на компьютерный диспетчерский пункт. Регулятор является самонастраивающимся, что
является его несомненным преимуществом по
сравнению с регуляторами остальных видов и модификаций.
Данный устройство должен удовлетворять современным требованиям по стойкости, точности
и быстродействию выработки и реализации управляющих сигналов на объекты управления системой теплоснабжения на ЦТП, т.е. иметь определенные динамические свойства, предъявляемые к АСУ технологических действий (ТП) на
ЦТП. Разумеется, что приведенные выше динамические свойства АСУ следует знать на стадии ее конструкторской разработки, т.к. это значительно понижает все издержки на внедрение ее
в систему теплоснабжения на ЦТП.
Для оценки динамических свойств АСУ ТП
ЦТП на базе микропроцессорного устройства «Трансформер» приведено решение задачки параметрического анализа. В работе приведено
решение прямой задачки по определению динамических черт АСУ ТП на ЦТП.
Решение поставленной задачки осуществляется с внедрением математической модели
АСУ ТП ЦТП. Математическая модель АСУ ТП с
регулирующей аппаратурой типа «Трансформер» представлена в линейном и нелинейном виде. С
помощью программного комплекса «Проектирование динамических систем» построены динамические свойства (временные и частотные) для системы контроля и управления технологическим действием на функциональном ЦТП. Дана оценка динамических свойств АСУ ТП ЦТП.
АСУ ТП на ЦТП представляет собой функциональную информационно-измерительную систему, в которую входят:
-      
исполнительная аппаратура (ИспА).Структурная схема АСУ ТП ЦТП показана на рис.1.
Дальше рассмотрена работа АСУ ТП ЦТП на
примере регулирования температуры в прямом
трубопроводе системы горячего водоснабжения (ГВС). На рис. 1 показаны составные части
АСУ ТП: объект регулирования (трубопровод ГВС); регулирующее устройство (микропроцессорный устройство Трансформер); регулирующий
орган (клапан); измерительный устройство. Элемент сопоставления сигналов, преобразование сигналов и их нормирование делается в регулирующем устройстве.
На рис. 1 приведены последующие сигналы управления:
x(t) - электрический сигнал, работающий на
входе регулирующего органа (РО);
y(t) - выходной сигнал, снимаемый с объекта
регулирования (ОР);
(t) - сигнал, относительно которого происходит регулирование;
u(t) - электрический сигнал, поступающий с
выхода регулирующего устройства;
Ax(t) - сигнал рассогласования, работающий на ОР;
Ay(t) - электрический сигнал, поступающий на вход регулирующего устройства.
Динамические характеристики АСУ
системы ГВС можно оценить, анализируя ее математическую
модель в замкнутом состоянии, состоящую из узнаваемых дифференциальных уравнений [4, 5]: уравнение регулирующего устройства; уравнение регулирующего органа (клапана); нелинейное уравнение ограничения расхода клапана; нелинейное уравнение квантования расхода
клапана по уровню; уравнение объекта регулирования и уравнение обратной связи.
Структурная схема нелинейной модели АСУ системы ГВС
показана на рис. 2.
Для упрощения анализа АСУ ГВС математическая модель была линеаризована, т.е. нелинейные зависимости были приведены к линейному виду. Нелинейные свойства клапана: ограничение расхода (рис. 2) и его квантование по уровню входного сигнала (рис. 3) были
заменены линейной зависимостью Q
l, где k- коэффициент линеаризации расходной свойства клапана.
Таковым образом, составлена математическая
модель АСУ ГВС на ЦТП в линейном (непрерывном) и нелинейном виде. В дискретной модели
учтены более значительные нелинейности
(рис. 2 и 3).
Дальше проведем оценку динамических свойств данной АСУ ГВС, используя математическую модель, и построим ее динамические свойства, к которым относят временные
(переходные процессы либо кривые разгона) и
частотные (логарифмические амплитудные и
фазовые) свойства. Методика построения этих черт тщательно представлена
в работах [4, 5].
При помощи программного комплекса «Проектирование динамических систем» были построены и проанализированы динамические свойства (временные и частотные) для системы контроля и управления технологическим
процессом на ЦТП. В качестве примера было рассмотрено регулирование температуры теплоносителя в системе ГВС на ЦТП.
Используя комп, были получены частотные логарифмические амплитудные (ЛАЧХ) и
фазовые (ЛФЧХ) свойства и переходные
процессы.
Работоспособность математической модели
АСУ в линейном (непрерывном) виде и ее компьютерной реализации доказана совпадением значений ЛАЧХ и ЛФЧХ моделей в разомкнутом и замкнутом состояниях при со -»
∞ и различием со -» 0.
На рис. 3 представлена кривая переходного
процесса сигнала на выходе объекта регулирования (температуры на выходе теплообменника) для линейной (непрерывной) математической модели АСУ ГВС. Временные кривые были
получены при подаче на вход регулирующего органа ступенчатого сигнала в 1 градус угла по
ворота запорного устройства.
Быстродействие АСУ, которое может быть
оценено по переходному процессу [4, 5], характеризуется временем переходного процесса
t
, когда кривая не превосходит допустимой
погрешности, в данном случае А= 10% от установившегося значения T
.
(см. рис. 3). Для кривой, представленной на рис. 3, t'
. =63 сек.
ако. - Т
.|Ю0% / T
. , где T
. - наибольшее значение температуры теплоносителя. В данном случае а' = 25%. Приобретенные значения
t'
. и а' соответствуют требованиям, которые
предъявляются к АСУ в системе ГВС на ЦТП [4].
Динамическая черта для нелинейной (дискретной) модели приведена на рис. 3, б. Эта кривая переходного процесса получена для
выходного сигнала объекта регулирования (температуры на выходе теплообменника) для нелинейной (дискретной) математической модели
АСУ ГВС при подаче на вход в систему единичного ступенчатого сигнала в виде угла поворота на 1 градус запорного устройства РО. Время данного переходного процесса составило t'
. =24 сек., что существенно меньше t"
=63 сек., приобретенного при расчете с внедрением линейной
математической модели.
Анализируя кривую переходного процесса на
рис. 3, б, можно сделать вывод о качественном
совпадении результатов расчета с внедрением линейной и нелинейной моделей АСУ ГВС. Разумеется, что количественно кривые, приведенные на рис. 3, отличаются
( о "< о ').
Это показывает учет нелинейных зависимостей в
математической модели и влияние этого учета на вид динамических черт АСУ ГВС.
Таковым образом, можно отметить:
-      
возможность оценить динамические свойства (точность, быстродействие, устойчивость)работы АСУ ТП на ЦТП на стадии ее конструкторской разработки и внедрения в систему городского теплоснабжения;
-      
правильность составленной математической модели, правильность учета в ней нелинейных зависимостей и приведение ее к линейному
виду, также работоспособность программного комплекса «Проектирование динамических систем» и безошибочное его внедрение при
расчете динамических черт АСУ;
-      
возможность использования в предстоящем математическую модель для реализации
интегро-дифференциальной передаточной функции в обобщенном регулирующем приборе
«Трансформере», которая в конечно-разностном
виде реализует ПИД - закон регулирования;
-      
возможность использования приобретенных в итоге расчета временных черт(переходных действий либо кривых разгона)объекта регулирования, которым в данной работе является температура теплоносителя в ГВС на ЦТП, для определения программных
функций опции регулирующего прибора«Трансформер».
Литература 1.  
Программа энергосбережения в отрасли «Электроэнергетика» на 1999-2000 и на перспективу до 2005 и 2010 гг .,
Москва , 1999
г .
2.  
Соколов Е .
Я .
Теплофикация и термо сети .
Учебникдля вузов . 7-
ое изд .
М .:
Издательство МЭИ , 2001.
3.  
Рыженков В .
А .,
Дискуссий А .
С .,
Фролов М .
В .,
Кокорев В .
М .
Автоматизированная система управления технологическими действиями центральных тепловыхпунктов на базе микропроцессорного устройства «ТРАНСФОРМЕР» .
Труды конференции «Современные научно - технические трудности теплоэнергетики и пути их решения» .
Саратов , 2004
г .
4.  
Сафонов А .
П .
Автоматизация систем централизованного теплоснабжения .
М .:
Энергия , 1974.
5.  
Бесекерский В .
А .,
Попов Е .
П .
Теория систем автоматического регулирования .
М .:
Наука , 1975.