Исследование и настройка АСУ давления пара во вспомогательном паровом котле

Исходные данные

По последним трем цифрам шифра из приложения «Таблица 5» выбираем данные для расчета.

Задание

Объект регулирования — паровой вспомогательный котел с мазутным отоплением и номинальным давлением пара 0,7 МПа (7 кгс/см²)

Регулятор — гидравлический, непрямого действия, пропорциональный.

Измерительное устройство с сильфонным чувствительным элементом в динамическом отношении является безынерционным звеном с коэффициентом усиления К_и=50.

Усилительное устройство струйного типа, рабочая жидкость — вода давлением 0,8 МПа. В динамическом отношении является безынерционным звеном с коэффициентом усиления .

Сервомотор — поршневой, прямодействующий, в динамическом отношении является одноемкостным интегрирующим (нейтральным) звеном с минимальным временем сервомотора с.

Жесткая обратная связь кинематического типа. Нечувствительность регулятора .

АСР настроить путем изменения коэффициента усиления регулятора и времени сервомотора .

1. Котел как объект регулирования давления пара

Паровой котел как объект управления давления пара является одноемкостным устойчивым объектом, уравнение динамики которого записывается:

где

Несмотря на то, что котел как объект регулирования давления пара является одноемкостным устойчивым объектом, вследствие малого значения коэффициента самовыравнивания для создания устойчивой АСУ необходимо применение регулятора со стабилизирующим элементом.

2. Синтез, исследование и настройка АСУ

2.1 Описание принципа действия регулятора

В качестве регулятора давления пара применяем гидравлический пропорциональный регулятор непрямого действия.

Рис. 1. Принципиальная схема АСУ давления пара в котле.

Принципиальная схема регулятора давления пара представлена на рисунке 1. Увеличение давления пара в котле по импульсному трубопроводу воспринимается сильфоном 1 и через иглу увеличенное усилие передается к крестоподобному весовому рычагу 9, который начнет поворачиваться по часовой стрелке. Вследствие этого нижний конец струйной трубки усилительного реле 2 повернется из среднего положения в сторону левой приемной шайбы, что приведет к повышению давления рабочей воды в нижней полости сервомотора 3 и его поршень начнет перемещаться вверх, прикрывая топливорегулирующий клапан 8, что уменьшит подачу топлива к форсункам. Одновременно через рычаги и лекало 10 поворачивается воздушная заслонка 11, уменьшая подачу воздуха к котлу. При движении левого конца рычага жесткой обратной святи (ЖОС) вверх его правый конец будет опускаться вниз, уменьшая натяжение пружины 7 ЖОС, в результате чего весовой рычаг 9 начнет поворачиваться против часовой стрелки. В момент, когда струйная трубка займет среднее положение между шайбами, давление воды в обеих полостях сервомотора станет одинаковым (равным давлению слива 0,15−0,20 МПа) и поршень остановится в новом положении.

2.2 Уравнение динамики регулятора

Регулятор давления пара — одноимпульсный, гидравлический, пропорциональный, уравнение динамики котрого записывается в виде:

(p +) = ;

где

2.3 Вывод уравнения АСУ

Совместным решением системы уравнений объекта и регулятора получаем уравнение динамики АСУ:

(p+1) =(-)

(p+)= ;

(p+1) =(--)

pp+p+p+=--p-

+p(+)+(+)=-p-

(+p (+)++)=-(p+)

(+p+)=-(p)

Полученное уравнение приводим к виду:

(+p+)=-(p+),

где =; =; =; =- коэффициенты, значения которых подсчитываются по величинам, .

= ;

2.4 Исследование влияния параметров настройки регулятора на показатели качества процессов регулирования

Рассмотрим методику исследования влияния значений параметров настройки регулятора на показатели качества процессов регулирования и настройки регулятора на заданное качество регулирования. Показатели качества процессов регулирования определяются по характеристике переходного процесса и статической характеристике АСУ. Для этого необходимо выполнить следующее:

1. По имеющимся значениям величин, , подсчитать значения постоянных коэффициентов (,) уравнения динамики АСУ и заполнить таблицу 1;

2. Решая дифференциальное уравнение динамики АСУ при возмущении и нулевых начальных условиях, получить характеристику изменения по времени (переходный процесс);

3. По полученной характеристике переходного процесса определить показатели его качества и заполнить таблицу 2:

— динамическую ошибку ;

— колебательность ;

Время переходного процесса (или время регулирования), т. е. время от момента нанесения возмущения до момента, когда значения в переходном процессе не будет выходить за пределы зоны нечувствительности =0,002.

4. Изменяя значения коэффициента регулятора и время сервомотора при выполнении пунктов 13, получить такое количество переходных процессов, которое необходимо для установления зависимостей изменения показателей качества переходного процесса (,, t_p) от значений и;

5. Изменяя при =10 с, построить пять переходных процессов и найти при котором будет минимальное значение, но при этом не должна превышать значения = 0,04 (4%);

6. Приравняв все производные уравнения динамики АСУ к нулю, получить уравнение статической характеристики АСУ при выбранном значении и построить статическую характеристику.

Программа для решения дифференциального уравнения динамики АСР на персональных ЭВМ приведена в методическом пособии по выполнению расчетно-графической работы.

Таблица 1. Расчет коэффициентов уравнения Подставив полученные коэффициенты из таблицы 1 в программу, приведенную в представленную ниже построим переходные процессы при различных параметрах настройки регулятора.

Исходный текст программы расчета для АСР давления

Option Base 1 ' индексирование массива начинать с 1

Private Const T0 = 0 'время начала расчета

Private Const TK = 100 'время конца расчета

Private Const H = 0.01 'шаг расчета

Private Const N = 3 'количество уравнений 1-го порядка

Dim InAr (N) As Single 'значение предыдущих значение

Dim OutAr (N) As Single 'массив значений приращений

Dim b0, b0l, b1, b2, a0, a1, a2 As Single ' постоянные коэффициенты

Dim l As Single 'нагрузка л

Dim t As Single 'текущее время расчета

Private Sub Form_Load ()

Form1.Visible = False 'спрятать окно

Open «Fi.txt» For Output As #1

Open «t.txt» For Output As #2

CalcPressure

Close #1

Close #2

Unload Me ' завершение программы

MsgBox «Расчет окончен!», vbOKOnly, «Результат»

End Sub

Private Sub Pressure ()

OutAr (1) = InAr (2)

OutAr (2) = b0l — a1 * InAr (2) — a0 * InAr (1)

End Sub

Private Sub CalcPressure ()

l = 0.2 'нагрузка л

b0 = 0.0075

b1 = 0.0185

b0l = b0 * l 'b0* л

a1 = 0.412

a0 = 0.192

InAr (1) = 0

InAr (2) = b1 * l 'b1* л

OutAr (1) = InAr (1)

OutAr (2) = InAr (2)

For t = T0 To TK Step H

Write #1, OutAr (1) ` вывод в файл значения давления ц

Write #2, t ` вывод в файл времени расчета t, c

Pressure

OutAr (1) = InAr (1) + OutAr (1) * H

OutAr (2) = InAr (2) + OutAr (2) * H

InAr (1) = OutAr (1)

InAr (2) = OutAr (2)

Next t

End Sub

котел регулятор пар давление Рис. 2. Влияние на качество переходного процесса По представленным на рис. 2 и 3 характеристикам переходных процессов определяются значения, и составляется таблица показателей качества переходных процессов (таблица 2), строятся характеристики зависимостей, , от изменения () и и определяются оптимальные значения () и

По выбранному значению () строятся статические характеристики АСУ.

Таблица 2. Расчет показателей качества переходного процесса

Список используемой литературы

Горбунов В.Ф., Войтецкий И. Е. «Исследование и настройка АСУ вспомогательного котла»: Методические указания для выполнения расчетно-графической работы. — Одесса: ОНМА, 2010. — 40с., илл. 35.