Развитие методов автоматизированной настройки систем регулирования теплоэнергетических объектов

Одной из важнейших задач интенсификации производства является ускорение разработки и внедрения автоматических систем уг: явления как составной части технологических процессов. Известно, что ввод в эксплуатацию систем управления современными сложными технологическими процессами, как правило, занимает относительно много времени, требуя для своего выполнения больших контингентов пусконаладочного персонала. И, несмотря на это, как свидетельствует опыт, в большинстве случаев принятые в эксплуатацию системы управления оказываются настроенными далеко не оптимальным образом, что приводит к существенным экономическим потерям.

В подавляющем числе р— от рассматриваются аналитические, графоаналитические и приближенные методы расчета по частотным характеристикам объекта управления. Разработанные к настоящему времени методы расчета параметров настройки систем регулирования по предварительно полученной модели [4, 20, 22, 37, 46, 47, 48, 49, 60, 61, 64], в том числе машинные методы расчета [17], могут быть использованы не только на стадии проектирования системы регулирования, но и на стадии ввода в действие, когда имеется возможность получения модели экспериментально. Однако, несмотря на известные достоинства аналитических методов определение параметров динамической настройки АСР по известной модели объекта, они не могут быть применены непосредственно для действующих систем регулирования.

Это вызвано прежде всего как организационными, так и принципиальными ограничениями, накладываемыми на возможность получения достоверной математической модели объекта [53], а также особенностями работ на стадии ввода АСР в действие.

Если при проектировании допускается получение численных значений параметров настройки с большей или меньшей погрешностью, то получаемый на стадии ввода АСР в действие результат должен быть окончательным, т. е. применяемые методы должны обеспечивать требуемую точность.

Процесс настройки не должен сопровождаться сильными нарушениями нормального режима работы объекта. Он должен допускать полную или частичную автоматизацию, поскольку число подлежащих настройке систем достигает порядка десятков и пусконаладочный персонал ке в состоянии квалифицировано выполнить необходимый объем работ традиционными методами [53].

Как видно из вышесказанного, требования, предъявляемые к качеству настройки систем на стадии ввода их в действие значительно более жесткие, чем на стадии проектирования, что требует использования оптимизационных или адаптивных методов настройки. Разработке адаптивных систем управления посвящено ряд работ зарубежных и советских авторов [2, 3, 5, 15, 31, 43, 45, 50, 52, 53, 56, 63, 65, 70, 71,73]. Кроме того, динамические свойства как объекта управления, так и управляющих элементов меняются во времени, что может потребовать соответствующей подстройки системы в процессе ее эксплуатации.

Развитие микроэлектроники и микропроцессорной техники в последнее время позволяет создавать локальные функциональные блоки, позволяющие внедрить усовершенствованные алгоритмы адаптивной настройки систем, а также автоматизировать все стадии итерационной процедуры «идентификация-оптимизация» .

Основное внимание в данной работе уделяется повышению эффективности алгоритмов автоматизированной настройки АНР, разработанных в МЭИ и использованных, в частности, в промышленных регулирующих контроллерах серии ПРОТАР, МИНИТЕРМ и Р-130 [23, 24, 26, 27, 28, 32, 33, 41, 42, 54, 55, 57, 59,66,67,69].

Эти алгоритмы используют косвенные показатели оптимальности, определяемые в реальной системе методом активной идентификации в сочетании с итерационной процедурой движения к оптимуму.

Для широкого внедрения методов автоматизированной настройки в практику автоматизации технологических процессов в теплоэнергетике требуется решить ряд вопросов как практического, так и методического характера.

В первую очередь, необходимо оценить применимость и эффективность алгоритмов АНР для всех разновидностей систем регулирования, используемых в АСУ ТП теплоэнергетических объектов с учетом их динамических характеристик.

В связи с тем, что алгоритмы АНР предусматривают выполнение активного эксперимента, связанного с некоторыми нарушениями режима эксплуатации объекта, необходимо свести к минимуму эти нарушения. Это можно сделать путем наиболее рациональной организации экспериментальных работ за счет предварительной настройки самого алгоритма АНР с учетом особенностей динамики конкретных участков регулирования и структуры системы.

Для достижения указанной цели требуется располагать информацией о динамических характеристиках основных участков теплоэнергетических установок. Получение такой информации для ряда промышленных объектов также входило в круг задач диссертационной работы.

Кроме того, необходимо дать методические рекомендации, каким образом следует настроить сам алгоритм АНР для наиболее эффективной работы на конкретной системе регулирования с учетом принадлежности ее к определенному типу.

Применение микропроцессорных контроллеров с их возможностью гибкого изменения алгоритма функционирования позволяет в ряде случаев видоизменить ставшие традиционными структуры систем регулирования с целью повышения эффективности их настройки и эксплуатации. Эти вопросы также рассматриваются в настоящей работе.

Следует заметить, что разработанные к настоящему времени алгоритмы автоматизированной настройки. систем регулирования обоснованы лишь для линейных систем, и остается неясным влияние нелинейностей, присущих реальным системам регулирования, на результат настройки и качество работы АСР после настройки.

Таким образом, данная работа посвящена анализу и дальнейшему развитию методов автоматизированной настройки систем регулирования технологических процессов для теплоэнергетических объектов.

5.4 Выводы по пятой главе.

1. На базе регуляторов серии Протар можно реализовывать сложные схемы регулирования с АНР, которые практически невозможно было создавать на аналоговых регуляторах.

2. Гибкость структуры систем регулирования на базе приборов ПРОТАР позволяет модифицировать традиционные схемы в более рациональном виде, удобном для настройки и эксплуатации. В частности, для двухконтурных систем регулирования целесообразно ввести отдельный сумматор для формирования сигнала рассогласования внешнего контура и звено масштабирования, что обеспечивает независимость установки коэффициента пропорциональности внешнего контура, а также удобство перевода этого контура в режим автоматизированной настройки.

3. Существенное повышение эффективности систем регулирования при использовании приборов ПРОТАР обеспечивает возможность компенсации люфта исполнительного механизма и регулирующего органа, а также учет режимных статических зависимостей.

4. В рамках главы данной работы проведены следующие эксперименты:

— эксперимент на паровом котле БКЗ-75/39 по настройке регулятора уровня в барабане котла с использованием уточненных косвенных показателей оптимальности;

— эксперимент на паровом котле БКЗ-75/39 по настройке регулятора температуры перегретого пара с использованием уточненных косвенных показателей оптимальности;

— серия экспериментов на водогрейном котле КВТК-100−150 по настройке контура тепловой нагрузки с использованием усредненных и уточненных показателей оптимальности.

Показано преимущество настроек, полученных с помощью уточненных показателей оптимальности.

5. Проведенные эксперименты на вышеприведенных объектах показали, что если параметр т/Т от 0.22 до 0.27, то работа АНР может проходить по усредненным косвенным показателям, если же этот параметр выходит за указанные пределы, то для получения более высокого качества регулирования необходимо использовать уточненные показатели.

6. На основе рекомендаций изложенных в данной главе для регулятора уровня котла БКЗ-75/39 рекомендуется принимать (А/ё) = 0.36.

7. Для системы регулирования температуры перегретого пара с поверхностным пароохладителем достаточно высокое качество регулирования обеспечивается при введении компенсации по расходу питательной воды.

8. Опыт эксплуатации предложенных схем систем регулирования на котлах БКЗ 75/39, КВТК-100−150 предприятия «Северные тепловые сети» в течение длительного времени (более четерех лет) показал их достаточно высокую эффективность: существенно снизились отклонения регулируемых величин в нормальных и переходных режимах работы котла и значительно повысился коэффициент использования автоматики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В предлагаемой диссертации был сделан общий анализ развития адаптивных систем и показано, что самонастраивающиеся регуляторы являются одним из направлений развития адаптивного управления.

2. Проанализированы несколько типов промышленных контроллеров с точки зрения заложенных в них принципов адаптации, и показано преимущество алгоритмов заложенных в отечественных контроллерах Протар производства МЗТА, и Ремиконт производства ПО «Промприбор» .

3. С помощью экспериментов, проведенных на теплоэнергетических объектах, котлоагрегатах КВТС-20−150, КВТК-100−150, БКЗ-75/39, топочно-сушильного отделения ДСП, получено большое количество динамических характеристик, исходя из которых для целей настройки, были выделены три класса объектов, по параметру х/Т.

4. Предложена методика уточнения косвенных показателей с учетом динамических характеристик объекта. Разработаны рекомендации по настройке различных вариантов АСР теплоэнергетических объектов с различной структурой с использованием уточненных косвенных показателей.

Произведена оценка эффективности настроек основных АСР теплоэнергетических объектов. Показано, что для большинства систем целесообразно использовать уточненные косвенные показатели вместо усредненных.

5. Проанализированы особенности автоматизированной настройки систем регулирования с учетом наличия люфта в сочленении исполнительного механизма и регулирующего органа. Показано, что при работе алгоритма автоматизированной настройки люфт воспринимается как составляющая объекта, и алгоритм учитывает наличие люфта.

Проведены эксперименты по влиянию косвенного показателя оптимальности ЬЗ (Т/Ти) на качество системы регулирования с люфтом. Показано, что для улучшения качества рекомендуется несколько снизить ЬЗ.

6. Показана эффективность использования подпрограммы компенсации люфта исполнительного реализованной на базе стандартной библиотеки регулятора Протар.

7. По результатам стендовых испытаний регулятора тепловой нагрузки и результатов экспериментов на водогрейном котле КВТК-100−150 по определению оптимальных настроек с помощью усредненных и уточненных показателей оптимальности сделан вывод о предпочтительности настроек полученных исходя из уточненных показателей оптимальности.

8. Даны методики по настройке типовой трехимпульсной схемы регулирования уровня в барабане котлоагрегата и по настройке двухконтурной схемы регулятора температуры перегретого пара с поверхностным пароохладителем котлоагрегата БКЗ-75/39 с помощью АНР с использованием уточненных показателей оптимальности, и проведены эксперименты на действующих объектах.

9. Исходя из результатов проделанной работы можно сделать вывод, что для объектов у которых параметр 0.15 < т/Т < 0.28, т. е. для объектов «среднего класса», косвенные показатели оптимальности можно и не уточнять. Выигрыш от их уточнения не велик. Для объектов же с небольшим, т/Т < 0.15, и высоким, т/Т > 0.28, показатели оптимальности уточнять желательно. Примеры объектов указанных классов даны в приложении.

10. В течение последних нескольких лет достаточно эффективно работали вышеуказанные системы управления теплотехническими объектами на базе регуляторов Протар. Все вышеперечисленные выводы и заключения были использованы при работе этих систем. Экспериментальные работы выполняемые на других объектах, в частности на котлоагрегате БКЗ-75/39 (контур регулирования давления пара в паросборной камере, контур регулирования температуры аэросмеси), также показали эффективность настройки с использованием разработанных рекомендаций.

11. Приведенные в диссертации результаты рачсетов, а также вид полученных динамических характеристик дает возможность и целесообразность использования полученных технических решений на других пылеугольных котлах аналогичного типа.