Спосіб регулювання теплофікаційних турбін. Регулювання відпустки теплоти споживачам Системи пов'язаного та незв'язаного автоматичного регулювання

Приєднання установок за схемою незв'язаного регулювання забезпечує незалежність роботи обох установок, тобто зміна витрати води на гаряче водопостачання в широких межах від нуля (уночі) до максимального, практично не впливає на роботу системи опалення.

Для цього витрата води в лінії подачі повинна дорівнювати сумарному витраті води на опалення - вентиляцію і гаряче водопостачання. Причому витрата води на ГВП повинна прийматися за максимальним навантаженням гарячого водопостачання і мінімальною температурою води в лінії подачі, тобто в режимі, коли навантаження ГВП повністю покривається з лінії подачі (якщо у споживача не встановлені баки-акумулятори).

Витрати води на опалення, вентиляцію, гаряче водопостачання та сумарні витрати води кожним абонентом мережі не залежать від конфігурації мережі. Розраховану витрату абонентом встановлюють за допомогою дросельної діафрагми, діаметр отвору якої визначають за формулою (п.4.17 СП 41-101-95)

де G - розрахункова витрата води в трубопроводі, що дорівнює Gзаг т/год

ДН - натиск, що гаситься діафрагмою, м

Мінімальний розмір отвору діафрагми – 3 мм

Автоматизація системи підживлення

Автоматизовані підживлювальні пристрої підтримують постійний тиск, що змінюється за певним законом, води в точці підживлення мережі.

Для теплових мереж із відносно невеликими втратами напору в магістралях та сприятливим профілем місцевості тиск у точці підживлення при всіх режимах (включаючи режим при зупинених насосах) підтримується постійним. Передбачається підтримка постійного тиску у зворотному колекторі перед мережевими насосами за допомогою регулятора тиску після себе (регулятора підживлення), встановленого на трубопроводі підживлювальної води.

У разі коли статичний тиск теплової мережі перевищує тиск у зворотному колекторі котельні при роботі мережевих насосів, перебудова на статичний тиск здійснюється вручну. Тиск води вимірюють в напірних патрубках підживлювальних насосів місцевими манометрами, що показують і сигналізують, що дають імпульс на включення резервного насоса, а в зворотному колекторі - показують, самопишучими і сигналізуючим манометрами на місцевому щиті. На місцевому щиті передбачають також установку вторинного приладу показує, самопишучого та сигналізуючого витратоміра для вимірювання витрати підживлювальної води та вторинного приладу самопишучого та сигналізуючого кисню для вимірювання вмісту кисню в підживлювальної воді. Термометр опору підживлювальної лінії підключають до загального самопишучого приладу, що реєструє одночасно температуру мережної води.

У відкритих теплових мережах при встановленні центральних баків-акумуляторів тиск у зворотному трубопроводі регулюють автоматично двома регулюючими клапанами, з яких перший встановлений на перепускному трубопроводі надлишкової мережевої води до баків-акумуляторів, а другий - на трубопроводі від баків-акумуляторів після насосів, що перекачують. У години, коли навантаження гарячого водопостачання нижче середньодобової, насоси, що перекачують, відключені, і тиск у зворотному трубопроводі регулюється першим клапаном. У години, коли навантаження гарячого водопостачання вище середньодобової, автоматично включаються насоси, що перекачують, закривається перший регулюючий клапан, і регулятор тиску перемикається на регулюючий клапан, встановлений після перекачувальних насосів.

Для забезпечення постійної витрати підживлювальної води у відкритій тепловій мережі на напірному трубопроводі підживлювальних насосів встановлюється регулятор витрати.

Рівень води в деаераторному баку підживлення підтримується регулюючим клапаном лінії хімічно очищеної води. Якщо замість вакуумного деаератора, що працює на ковзному тиску, буде застосований атмосферний, додатково встановлюють регулятор, що підтримує постійний тиск в колонці деаератора. Схема передбачає аварійну зупинку робітників: підживлювального та перекачувального насосів та автоматичне включення резервних, а також сигналізацію тиску у зворотному трубопроводі рівня в баку деаератора підживлення та баках-акумуляторах мережної води та вмісту кисню у підживлювальній воді.

Пов'язані системи регулювання включають, крім основних регуляторів, додаткові динамічні компенсатори. Розрахунок та налагодження таких систем набагато складніше, ніж одноконтурних АСР, що перешкоджає їх широкому застосуванню в промислових системахавтоматизації.

Розглянемо методи розрахунку багатозв'язкових систем регулювання на прикладі об'єкта з двома входами та двома виходами.

3.1.1.Синтез незв'язаного регулювання

Структурна схема системи представлена ​​малюнку 3.1 Перетворення системи регулювання двох координат до еквівалентним одноконтурним АСР дано малюнку 3.2

Малюнок 3.1 - Структурна схема незв'язного регулювання із взаємозалежними координатами

Малюнок 3.2 - Перетворення системи регулювання двох координат до еквівалентних одноконтурних АСР

а – еквівалентний об'єкт для першого регулятора; б – еквівалентний об'єкт для другого регулятора.

Виведемо передатну функцію еквівалентного об'єкта одноконтурної АСР з регулятором R1. Як видно, такий об'єкт складається з основного каналу регулювання та пов'язаної з ним паралельно складної системи, що включає другий замкнутий контур регулювання та два перехресні канали об'єкта. Передатна функція еквівалентного об'єкта має вигляд:

Другий доданок у правій частині рівняння (7) відображає вплив другого контуру регулювання на розглянуту і по суті є коригувальною поправкою до передавальної функції прямого каналу.

Аналогічно для другого еквівалентного об'єкта отримаємо передатну функцію у вигляді:

На основі формул можна припустити, що якщо на якійсь частоті модуль коригуючої поправки буде зневажливо малий порівняно з амплітудно-частотною характеристикою прямого каналу, поведінка еквівалентного об'єкта на цій частоті буде визначатися прямим каналом.

Найбільш важливим є значення поправки на робочій частоті кожного контуру. Зокрема, якщо робочі частоти двох контурів регулювання co p i та оз р2 суттєво різні, то очікується, що взаємний вплив їх буде незначним за умови:

|W п2 (iω pl)|<< |W 11 (iω pl)| ; (9)

Де | W п2 (i pl) | =

Найбільшу небезпеку є випадок, коли інерційність прямих і перехресних каналів приблизно однакова. Нехай, наприклад, Wn(p)=W12(p)=W21(p)=W22(p)=W(p). Тоді для еквівалентних об'єктів за умови, що R1(p)=R2(p)=R(p) отримаємо передатні функції:

частотні характеристики

(11)

На межі стійкості, згідно з критерієм Найквіста, отримаємо:

або ; (12)

Звідки =l або |R(iω)|=0.5/|W(iω)|

Так, налаштування П - регулятора, при якій система знаходиться на межі стійкості, вдвічі менше, ніж одноконтурної АСР.

Для якісної оцінки взаємного впливу контурів регулювання використовують комплексний коефіцієнт пов'язаності:

;(13)

який зазвичай обчислюють при нульовій частоті (тобто в режимах) і на робочих частотах регуляторів co p i і з Р 2. Зокрема, при ш=0 значення кс визначається відношенням коефіцієнтів посилення по перехресних і основних каналах:

ксв (0) = Ri2 R21 / (R11 R22); (14) Якщо цих частотах кс В =0, то об'єкт можна як однозв'язковий, при кс В >1 доцільно поміняти місцями прямі і перехресні канали; 0<кс В <1 расчет одноконтурных АСР необходимо вести по передаточным функциям эквивалентных объектов (7) и (8).

Розрахуємо кс для нашого варіанту:

kcв = (ki2 * k2i) / (k11 * k22) = (0.47 * 0.0085) / (0.015 * 3.25) ~ 0.11

3.1.2 Системи пов'язаного регулювання

На малюнку 8 представлені структурні схеми автономних АСР

Малюнок 3.3 – структурні схеми автономних АСР

а - компенсація дій від другого регулятора у першому контурі регулювання;

б - компенсація дій від першого регулятора у другому контурі регулювання;

в – автономна система регулювання двох координат. Малюнок 8 - Структурні схеми автономних АСР

Каскадне регулювання - це регулювання, у якому два або більше контурів регулювання з'єднані так, щоб вихід одного регулятора коригував вставку іншого регулятора.

На малюнку вище наведено блок-схему, яка ілюструє поняття каскадного регулювання. Блоки на діаграмі фактично представляють компоненти двох контурів регулювання: провідний контур, який складається з елементів системи регулювання A, E, F, G і ведений контур, який складений з елементів системи регулювання A, B C, і D. Вихід регулятора провідного контуру є завданням (Уставкою) для регулятора веденого контуру регулювання. Регулятор веденого контуру виробляє керуючий сигнал виконавчого механізму.

Для процесів, які мають значні характеристики запізнення (ємність або опір, які уповільнюють зміни змінної), ведений контур регулювання каскадної системи може виявити неузгодженість у процесі раніше і зменшити тим самим час, потрібний для усунення неузгодженості. Можна сміливо сказати, що ведений контур регулювання «ділить» запізнення і зменшує вплив обурення процес.

У системі каскадного регулювання використовується більше ніж один первинний чутливий елемент, і регулятор (у веденому контурі регулювання) отримує більше ніж один вхідний сигнал. Отже, система каскадного регулювання – це багатоконтурна система регулювання.

Приклад системи каскадного регулювання

У прикладі вище контур регулювання буде у результаті провідним контуром під час побудови системи каскадного регулирования. Ведений контур буде додано пізніше. Мета цього процесу полягає в тому, щоб нагріти воду, що проходить через внутрішній простір теплообмінника, обтікаючи труби, якими пропускається пара. Одна з особливостей процесу – те, що корпус теплообмінника має великий обсяг і містить багато води. Велика кількість води має ємність, що дозволяє зберігати велику кількість теплоти. Це означає, що якщо температура води на вході в теплообмінник зміниться, ці зміни виявляться на виході теплообмінника з великим запізненням. Причиною запізнення є велика ємність. Іншою особливістю цього процесу є те, що парові труби чинять опір передачі теплоти від пари всередині труб до води зовні труб. Це означає, що буде запізнюватися між змінами в паровому потоці і відповідними змінами температури води. Причиною цього запізнення є опір.

Первинний елемент у цьому контурі регулювання контролює температуру води на виході із теплообмінника. Якщо температура води на виході змінилася, відповідні фізичні зміни первинного елемента вимірюються вимірювальним перетворювачем, який перетворює значення температури сигнал, що посилається регулятору. Регулятор вимірює сигнал, порівнює його зі уставкою, обчислює різницю і потім виробляє вихідний сигнал, який керує регулюючим клапаном на паровій лінії, що є кінцевим елементом контуру регулювання (регулюючим органом). Паровий регулюючий клапан або збільшує або зменшує потік пари, забезпечуючи повернення температури води до уставки. Однак, через характеристики запізнення процесу, зміна температури води буде повільною, і буде потрібно тривалий час, перш ніж контур регулювання зможе зчитувати на скільки температура води змінилася. На той час можуть відбутися дуже великі зміни температури води. В результаті, контур регулювання виробить надмірно сильний керуючий вплив, що може призвести до відхилення в протилежний бік (перерегулювання), і знову "чекатиме" результат. У зв'язку з повільною реакцією подібно до цієї, температура води може циклічно коливатися вгору і вниз протягом тривалого часу перш, ніж прийде до стійкого стану, повернувшись на значення уставки.

Перехідний процес системи регулювання покращується, коли система доповнюється другим контуром каскадного регулювання, як показано на малюнку вище. Доданий контур – це ведений контур каскадного регулювання.

Тепер, коли змінюється витрата пари, ці зміни зчитуватимуться чутливим елементом витрати (B) і вимірюватися вимірювальним перетворювачем (C), який надсилає сигнал веденому регулятору (D). У той самий час, чутливий температурний елемент (E) у провідному контурі регулювання сприймає будь-яку зміну температури води на виході теплообмінника. Ці зміни вимірюються вимірювальним перетворювачем (F), який посилає сигнал провідному регулятору (G). Цей регулятор виконує функції вимірювання, порівняння, обчислення та здійснює вихідний сигнал, який надсилається веденому регулятору (D). Цей сигнал коригує уставку керованого регулятора. Потім ведений регулятор порівнює сигнал, який він отримує від датчика витрати (C), з новою уставкою, обчислює різницю і виробляє коригуючий сигнал, який посилається на регулюючий клапан (A), щоб коригувати витрату пари.

У системі регулювання з додаванням до основного контуру веденого контуру регулювання будь-яка зміна витрати пари негайно зчитується додатковим контуром. Необхідне коригування виконується майже відразу, перш ніж обурення від парового потоку впливає на температуру води. Якщо зміни температури води на виході з теплообмінника відбулися, чутливий елемент сприймає ці зміни і провідний контур регулювання коригує вставку регулятора у веденому контурі регулювання. Іншими словами, він встановлює контрольну точку або "зміщує" регулятор у веденому контурі регулювання так, щоб скоригувати витрату пари, з метою забезпечення заданої температури води. Однак, це реакція регулятора веденого контуру регулювання зміни витрати пари зменшує час, необхідний для компенсації впливу обурення з боку парового потоку.

Запитання, що розглядаються в лекції:

1. До яких наслідків призводить рівність динаміки прямих та перехресних зв'язків в АСР незв'язаного регулювання.

2. Які робочі частоти бажано мати у контурах незв'язаного регулювання.

3. Що таке комплексний коефіцієнт пов'язаності.

4. Принцип автономності.

5. Умова наближеної автономності.

Об'єкти з кількома входами та виходами, взаємно пов'язані між собою, називають багатозв'язаними об'єктами.

Динаміка багатозв'язаних об'єктів описується системою диференціальних рівнянь, а перетвореному за Лапласом вигляді матриці передавальних функцій.

Існує два різні підходи до автоматизації багатозв'язаних об'єктів: незв'язане регулювання окремих координат за допомогою одноконтурних АСР; пов'язане регулювання із застосуванням багатоконтурних систем, у яких внутрішні перехресні зв'язки об'єкта компенсуються зовнішніми динамічними зв'язками між окремими контурами регулювання.

Малюнок 1 - Структурна схема незв'язаного регулювання

При слабких перехресних зв'язках розрахунок незв'язаних регуляторів ведуть як для звичайних одноконтурних САР з урахуванням основних каналів регулювання.

Якщо перехресні зв'язки досить сильні, то запас стійкості системи може бути нижчим від розрахункового, що призводить до зниження якості регулювання або навіть до втрати стійкості.

Для обліку всіх зв'язків об'єкта та регулятора можна знайти вираз для еквівалентного об'єкта, який має вигляд:

W 1 е (p) = W 11 (p) + W 12 (p) * R 2 (p) * W 21 (p) / . (1)

Це вираз для регулятора R 1 (p), аналогічний вираз і для регулятора R 2 (p).

Якщо робочі частоти двох контурів сильно відрізняються один від одного, то їх взаємний вплив буде незначним.

Найбільшу небезпеку є випадок, коли всі передавальні функції рівні між собою.

W 11 (p) = W 22 (p) = W 12 (p) = W 21 (p). (2)

У цьому випадку налаштування П - регулятора буде вдвічі менше, ніж одноконтурної АСР.

Для якісної оцінки взаємного впливу контурів регулювання використовують комплексний коефіцієнт зв'язності.

K св (???) = W 12 (?) * W 21 (?) / W 11 (?) * W 22 (?). (3)

Його зазвичай обчислюють його на нульовій частоті та робочих частотах обох регуляторів.

Основою побудови систем пов'язаного регулювання принцип автономності. Що стосується об'єкта з двома входами і виходами поняття автономності означає взаємну незалежність вихідних координат У 1 і У 2 під час роботи двох замкнутих систем регулювання.

По суті, умова автономності складається з двох умов інваріантності: інваріантності першого виходу 1 по відношенню до сигналу другого регулятора Х P 2 і інваріантності другого виходу У 2 по відношенню до сигналу першого регулятора Х P 1:

y 1 (t, x P2) = 0; y 2 (t, x P1) = 0; "t, x P1, x P2. (4)

При цьому сигнал Х P 1 можна розглядати як обурення для 2 , а сигнал Х P 2 - як обурення для 1 . Тоді перехресні канали грають роль каналів обурення (рисунок 1.11.1 та рисунок 1.11.2). Для компенсації цих збурень в систему регулювання вводять Динамічні пристрої з передатними функціями R 12 (p) і R 21 (p), сигнали яких надходять на відповідні канали регулювання або на входи регуляторів.

За аналогією з інваріантними АСР передавальні функції компенсаторів R 12 (p) і R 21 (p), що визначаються з умови автономності, залежатимуть від передавальних функцій прямих і перехресних каналів об'єкта і дорівнюватимуть:

; , (5)

; . (6)

Так само, як в інваріантних АСР, для побудови автономних систем регулювання важливу роль відіграє фізична реалізація та технічна реалізація наближеної автономності.

Умова наближеної автономності записується для реальних компенсаторів з урахуванням робочих частот відповідних регуляторів:

при w=0; w=w Р2 , (7)

при w=0; w = w Р1. (8)

(а) – компенсація впливу від другого регулятора у першому контурі регулювання

(б) – компенсація впливу від першого регулятора у другому контурі регулювання

Малюнок 2 - Структурні схеми автономних АСР

Малюнок 3 – Структурна схема автономної системи регулювання двох координат

У хімічній технології одним із найскладніших багатозв'язкових об'єктів є процес ректифікації. Навіть у найпростіших випадках – при поділі бінарних сумішей – у колоні ректифікації можна виділити кілька взаємопов'язаних координат. Наприклад, для регулювання процесу в нижній частині колони необхідна стабілізація мінімум двох технологічних параметрів, що характеризують матеріальний баланс рідкої фази і по одному з компонентів.

Запитання для самоконтролю:

1. Визначення та завдання автоматизації.

2. Сучасна АСУТП та етапи її розвитку.

3. Завдання управління та регулювання.

4. Основні технічні засоби автоматики.

5. Технологічний процес, як об'єкт управління, основні групи змінних.

6. Аналіз технологічного процесу як об'єкта керування.

7. Класифікація технологічних процесів.

8. Класифікація систем автоматичного регулирования.

9. Функції керування автоматичними системами.

10. Вибір регульованих величин та регулюючого впливу.

11. Аналіз статики та динаміки каналів управління.

12. Аналіз вхідних впливів, вибір контрольованих величин.

13. Визначення рівня автоматизації ТОВ.

14. Об'єкти управління та його основні властивості.

15. Розімкнуті системи регулювання. Переваги, недоліки, сфера застосування, структурна схема.

16. Замкнуті системи регулювання. Переваги, недоліки, сфера застосування, структурна схема та приклад використання.

17. Комбіновані системи регулювання. Переваги, недоліки, сфера застосування, структурна схема та приклад використання.

18. Теорія інваріантності автоматичних систем керування.

19. Комбіновані АСР.

20. Типові компенсатори.

21. Розрахунок компенсатора.

22. Що таке умова наближеної інваріантності.

23. На яких частотах проводять розрахунок компенсатора за умови часткової інваріантності.

24. Умова фізичної реалізованості інваріантних САР.

25. Системи каскадного регулирования.

26. Що таке еквівалентний об'єкт у каскадній САР.

27. Чим пояснюється ефективність каскадних АСР?

28. Методи розрахунку каскадних АСР.

29. АСР з додатковим імпульсом похідної з проміжної точки.

30. Область застосування АСР з додатковим імпульсом похідної.

31. Розрахунок АСР із додатковим імпульсом по похідної.

32. Взаємопов'язані системи регулювання. Системи незв'язаного регулювання.

33. До яких наслідків призводить рівність динаміки прямих та перехресних зв'язків в АСР незв'язаного регулювання.

34. Які робочі частоти бажано мати у контурах незв'язаного регулювання.

35. Що таке комплексний коефіцієнт пов'язаності.

36. Системи пов'язаного регулювання. Автономні АСР.

37. Принцип автономності.

38. Умова наближеної автономності.

Регулювання – це штучна зміна параметрів та витрати теплоносія відповідно до фактичної потреби абонентів. Регулювання підвищує якість теплопостачання, скорочує перевитрату палива та тепла.

Залежно від пункту здійснення розрізняють:

1. центральне регулювання - здійснюється на джерелі тепла (ТЕЦ, котельні);

2. групове – на ЦТП чи КРП,

3. місцеве – на ІТП,

4. індивідуальне - безпосередньо на теплоспоживаючих приладах.

Коли навантаження однорідне, можна обмежитися одним центральним регулюванням. Центральне регулювання ведеться за типовим тепловим навантаженням, характерним для більшості абонентів району. Таким навантаженням може бути як один вид навантаження, наприклад опалення, так і два різних види при певному кількісному співвідношенні, наприклад опалення і гаряче водопостачання при заданому відношенні розрахункових значень цих навантажень.

Розрізняють приєднання систем опалення та установок гарячого водопостачання за принципом пов'язаного та незв'язаного регулювання.

При незв'язаному регулюванні режим роботи системи опалення залежить від відбору води на гаряче водопостачання, що досягається установкою регулятора перед системою опалення. У цьому випадку сумарна витрата води на абонентську установку дорівнює сумі витрат води на опалення та гаряче водопостачання. Завищена витрата води в магістралі теплової мережі, що подає, призводить до збільшення капітальних та експлуатаційних витрат у теплові мережі, збільшення капітальних та експлуатаційних витрат у теплові мережі, збільшення витрати електроенергії на транспорт теплоносія.

Пов'язане регулювання дозволяє знизити сумарну витрату води в теплових мережах, що досягається встановленням регулятора витрати на введення абонентської установки та підтримкою витрати мережної води на введенні постійним. У цьому випадку зі збільшенням відбору води на гаряче водопостачання буде знижуватися витрата мережної води на систему опалення. Недотоп у період максимального водорозбору компенсується збільшенням витрати мережної води на систему опалення в години мінімального водорозбору.

Приєднання абонентських установок за принципом незв'язаного регулювання застосовується при центральному якісному регулюванні опалювального навантаження, за принципом пов'язаного регулювання – центральному регулюванні по суміщеному навантаженню.

Для закритих систем теплопостачання при переважному (більше 65%) житлово-комунальному навантаженні та при співвідношенні (15) застосовується центральне якісне регулювання закритих систем зі спільного навантаження опалення та гарячого водопостачання. При цьому приєднання підігрівачів гарячого водопостачання не менше ніж у 75% абонентів має бути виконане за двоступінчастою послідовною схемою.

Температурний графік центрального якісного регулювання за спільним навантаженням опалення та гарячого водопостачання (рисунок 4) будується на основі опалювально-побутового температурного графіка (Додаток).

Мережа вода перед надходженням в систему опалення проходить через підігрівач верхнього ступеня, де температура її знижується від до . Витрата води на гаряче водопостачання змінюється регулятором температури РТ. Зворотна вода після системи опалення надходить у підігрівач нижнього ступеня, де остигає від до . У години максимального водоспоживання знижується температура води, що надходить у систему опалення, що призводить до зменшення віддачі тепла. Цей небаланс компенсується в години мінімального водоспоживання, коли в систему опалення надходить вода з температурою вищою, ніж потрібно за опалювальним графіком.

Визначаємо балансове навантаження гарячого водопостачання, Q г б, МВт за формулою.