Описание существующего на предприятии способа управления и системы управления технологическим процессом ( технологическим параметром процесса), включая технические средства

Изменение уровня в барабане котла в зависимости от расхода пара.

Аппроксимация экспериментальной кривой была проведена также методом моментов переходных функций, с использованием программы IDEN. В таблице № 5.   представлены значения, вводимые в программу.

Таблица № 5.  Значения экспериментальной аппроксимируемой кривой.

Время, с	Уровень, мм
0	2
2	2,8
4	3
6	28
8	1,5
10	0
12	-1
14	-2,1
16	-3,3
18	-4,5
20	-6
22	-6,1
24	-7
26	-7,5
28	-8,1
30	-8,6
32	-9,7
34	-10,5
36	-11,3
38	-12
40	-12,7
42	-13
44	-13,4

На рисунке 8 представлены графики нормированных переходных функций объекта и аппроксимирующей модели, а их значения сведены в таблицу №  6

Рис.8. Нормированные переходные функции объекта и модели.

Таблица.6.

Значения нормированных переходных функций объекта и модели.

Время	Объект	Модель
0	0	0
2	4	0
4	4,286	0
6	4	0
8	2,143	0
10	0	0
12	-3	0
14	-4,714	0
16	-6,429	0
18	-8,571	0
20	-8,714	0
22	-10	0
24	-10,714	0
26	-11,571	0
28	-12,286	0
30	-13,857	0
32	-15	0
34	-16,143	0
36	-17,143	0
38	-18,143	0
40	-19,143	0
42	-20,143	0
44	-21,143	0

Модель объекта управления (барабан котла) была получена в виде апериодического звена с запаздыванием.

Передаточная функция аппроксимирующей модели:

K * е ^-t*P

W(P) =    -----------------  .

P

Параметры модели объекта:

коэффициент передачи   K =    0.25 [ мм/ т/с]

запаздывание                  t =    80 с.

Анализ возмущающих воздействий.

Уровень в барабане изменяется из-за увеличения или уменьшения расхода пара или поступления воды в котел, изменения тепловой нагрузки топки и давления в барабане.

Влияние тепловой нагрузки топки и давления в барабане на уровень.

С колебаниями тепловой нагрузки котла изменяется и тепловая нагрузка топки, что оказывает влияние на уровень воды в барабане. Уменьшение тепловой нагрузки топки приводит к понижению уровня, а при увеличении нагрузки уровень повышается. Такое поведение уровня объясняется изменением  объема пароводяной смеси, заполняющей часть барабана (ниже зеркала испарения) и трубы топочного экрана котла. Например, при уменьшении тепловой нагрузки топки количества тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева, уменьшается, следовательно, снижается интенсивность парообразования. При этом уменьшается объем пароводяной смеси. В результате уровень в барабане снижается при сокращении равенства  подачи воды в котел и расхода пара из него. При повышении тепловой нагрузки топки объем пароводяной смеси увеличивается, что приводит к повышению уровня.

Отклонение уровня зависит от глубины и скорости, изменения нагрузки. Чем глубже и быстрее изменяется нагрузка котла, тем больше отклонение уровня от заданного объема.

На объем пароводяной смеси, а следовательно, и на уровень воды в барабане влияют также колебания давления в барабане, которые возникают при изменениях нагрузки котла. При понижении давления часть воды, составляющая пароводяную смесь, испаряется, поэтому уровень повышается. При повышении давления часть пузырьков пара, находящихся в пароводяной смеси, конденсируется, что приводит к снижению уровня. Кроме того, при повышении давления пара, уменьшается удельный объем пара, что также вызывает понижение уровня в барабане. Следует отметить, что влияние давления на поведение уровня воды в барабане оказывается меньше, чем изменение тепловой нагрузки.

Влияние расхода пара и подачи воды на уровень.

Изменение уровня воды в барабане практически не оказывает влияние ни на поступление вод в котел, ни на расход пара из него. Поэтому котел как объект регулирования уровня не обладает свойством самовыравнивания. Разность между поступлением воды и расходом пара из котла (небаланс расхода пара и воды) приводит к изменению уровня, определяемому уравнением:

F*(g^|-g^||)*dL/dt=W-G                            ( 1 )

Где    L- уровень в барабане котла,  мм

F- площадь зеркала испарения, м²

W-поступление воды в котел, кг/ч

G-расход пара из котла, кг/ч

g^|- плотность воды в циркуляционном контуре котла, кг/м³

g^||-плотность пара, кг/м³

При исследованиях систем автоматического регулирования, уравнения обычно представляются в безразмерных величинах, относя отклонения уровня, изменения подачи воды и расхода пара к наибольшему допустимому отклонению уровня ∆Lнаиб, наибольшему поступлению воды Wнаиб и наибольшему расхода пара Gнаиб, т.е. j₁=∆L/∆Lнаиб относительное изменение уровня в барабане в следствии небаланса между поступлением воды и расходом пара; m₁=∆W/∆Wнаиб  - относительное изменение подачи воды; l=∆G/∆Gнаиб - относительное изменение расхода пара из котла.

Уравнение (1) в относительных величинах имеет вид:

T₁*dj₁/dt =m₁-l                                 ( 2 )

или после интегрирования

j₁=(m₁-l)*t/T₁                                  ( 3 )

T₁ - время разгона котла по уровню, т.е. время, в течение которого уровень изменяется от высшего до низшего допустимых пределов при наибольшем расходе пара и отсутствии подачи воды в котел.

Величина T₁ может быть найдена из уравнения

T1=F*(g^|-g^||)*∆L_наиб/G_наиб                     ( 4 )

Резкое увеличение потребления пара при неизменной подаче топлива сопровождается снижением давления воды в барабане. Из-за этого возрастает объем пароводяной смеси, что приводит к повышению уровня. Это явление называют набуханием уровня.

4. Преимущества и недостатки существующего способа управления.

Существующая система автоматизации выполнена на локальных средствах