Особенности тепловых агрегатов

Составители: доц. Михайловский Н.В., доц. Потап О.Е.

1 Тепловые агрегаты как объекты управления …..………………………
1.1 Особенности тепловых агрегатов..………......................................
1.2 Иерархия задач управления …...…………………………………..
1.3 Назначение АСУ ТА ……………………………………………....
2 Общие положения АСУ ТА …………………………………………….
2.1 Информационные и управляющие функции АСУ ТА ………….
2.2 Классификация АСУ ТА …………………………………………..
2.3 Состав АСУ ТА …………………………………………………….
2.4 Жизненный цикл АСУ ТА ………………………………………..
3 Функциональная и организационная структура АСУ ТА …………..
3.1 Схемы функциональной структуры АСУ ТА ……………………
3.2 Схемы организационной структуры АСУ ТА …………………..
4 Техническое задание на АСУ ТА ………………………………………
4.1 Назначение и цели создания АСУ ТА ……………………………
4.2 Показатели назначения …………………………………………….
4.3 Требования к надежности АСУ ТА …………..…………………..
4.4 Требования к защищенности технических средств ………………
4.5 Требования к функциям АСУ ТА …………………………………
5 Информационное обеспечение АСУ ТА ………………………………
5.1 Состав информационного обеспечения …………………………..
5.2 Классификация и описание сигналов в АСУ ……………………
5.3 Устройства ввода–вывода сигналов ………………………………
6 Математическое обеспечение АСУ ТА ………………………………..
6.1 Виды математических моделей ……………………………………
6.2 Особенности математических моделей …………………………..
7 Программное обеспечение АСУ ТА ……………………………………
7.1 Общее и специальное программное обеспечение ………………..
7.2 Особенности алгоритмов систем автоматизации ………………...
8 Требования к техническому обеспечению АСУ ТА …………………..
8.1 Требования к техническому обеспечению ………………………..
8.2 Условия размещения ТСА на тепловых агрегатах …………..…..
Рекомендуемая литература ………………………………………………...

Большинство тепловых объектов, таких как котлы, реакторы, турбины, парогенераторы и пр., являются сложными многоэлементными агрегатами.

Расчет статических и динамических характеристик при их конструировании осуществляется по приближенным физико-математическим моделям, не учитывающим всей совокупности влияющих величин, действующих в реальных условиях, и всех связей существующих внутри объекта.

В силу этих причин вводую в эксплуатацию таких устройств предшествуют стендовые или промышленные испытания, ставящие своей целью определение оптимальных режимов работы оборудования с учетом действующих ограничений со стороны условий и режимов работы их элементов, продиктованных надежностью и безопасностью функционирования.

Учитывая значительное число влияющих факторов и ограничений, при разработке автоматизированных систем управления тепловыми агрегатами (АСУ ТА) возникает необходимость решать задачу оптимального управления.

Процесс работы теплового объекта можно представить в виде структурной схемы, изображенной на рисунке 1. На вход технологического объекта поступают регулируемые X1, Х2 и нерегулируемые величины Х₃, X ₄. Так, расход воды, воздуха, газообразного и жидкого топлива на котлах является измеряемой и регулируемой величиной, тогда как качество топлива (его влажность, теплотворная способность) подлежит только периодическому лабораторному контролю.

Совокупность Yi образует множество выходных величин, характеризующих качество и количество произведенной объектом продукции. Такими величинами у котлов являются расход пара и его параметры: температура, давление, солесодержание и пр.

Величины Z_U представляют собой контролируемые в промежуточных или конечных точках объекта параметры, влияющие на экономичность технологического процесса или надежность работы элементов. К числу таких параметров у котлов относятся содержание кислорода в уходящих газах и их температура, температура пара в промежуточной точке пароперегревателя и т.п.

Рисунок 1.1 – Структурная схема теплового агрегата

Полученная в результате обработки данных целевая функция F (Xi, Zi, yi) представляет собой записанные в аналитической или графической форме соотношения между заданными нерегулируемыми Х₃, Х₄ и регулируемыми Х₁, Х₂ входными и выходными У₁, У₂, У₃, У₄ величинами и связанными с ними Z₁, Z₂, Z₃.

В процессе управления могут определяться целевые функции отдельных элементов f (Xi, Z_u, Yi), которые зависят от перечисленных выше величин. Целевые функции объекта и его элементов служат основой для разработки алгоритмов управления объектом и диагностики состояния его элементов.

Разработке АСУ ТА предшествует изучение объекта и его математической модели, основанной на физико-химических соотношениях, лежащих в основе протекающих в нем технологических процессов. Это изучение завершается определением круга измеряемых параметров, точек их наиболее представительного контроля, выбором средств измерения с учетом необходимой точности измерения конкретной величины.

При промышленных исследованиях теловых агрегатов в основном используются эксплуатационные приборы, и только для измерения основных параметров применяются специальные приборы, имеющие повышенную точность и индивидуальную градуировку. В ряде случаев организуется дополнительный контроль параметров, которые в эксплуатационных условиях не измеряются.

Например, при проведении балансовых испытаний котла с целью определения КПД брутто по прямому балансу для измерения разности давлений на сужающих устройствах используются переносные дифференциальные манометры, специальными термоэлектрическими термометрами производится измерение температуры перегретого и вторичного пара. При исследовании режимов топочного процесса с помощью оптических пирометров или специальных термоэлектрических термометров измеряются температуры в топке, которые в эксплуатационных условиях не контролируются.

Для большинства тепловых объектов характерны низкие скорости протекания технологических процессов, поэтому при определении статических характеристик объектов инерционность средств измерения не оказывает влияния на результаты измерения. При управлении работой газовых турбин, двигателей вопросы согласования динамических характеристик средств измерения и синхронизации многопараметрической регистрации являются одними из основных. В значительной мере это распространяется также на испытания технологических объектов, ставящих своей целью определение динамических характеристик, необходимых для разработки алгоритмов автоматического регулирования.

Одним из существенных моментов функционирования теплоэнергетических объектов является наличие высокого уровня помех, обусловленных пульсацией контролируемых и неконтролируемых величин. Для снижения влияния этих помех в теплоэнергетике широко и эффективно используются методы статистической обработки теплотехнических парамеров.

Для большинства теплоэнергетических объектов известны математические соотношения, вытекающие из физической сущности процесса и связывающие зависимые и независимые переменные. При этом задача получения эмпирических моделей тепловых процессов сводится к нахождению оценок коэффициентов преобразования, зависящих от конкретных режимов работы оборудования, вида топлива, сырья, т.е. факторов, которые трудно учесть при проектировании оборудования.

В ряде случаев из-за большого числа влияющих величин, многообразия и сложности протекающих процессов априорная математическая модель, связывающая зависимые и независимые величины, отсутствует. В результате экспериментального исследования определяются простейшие эмпирические соотношения между величинами (уравнения регрессии), отражающие количественную сторону процесса, но не вскрывающие их физической сущности. Так, если на целевую функцию оказывают влияние n изменяемых величин X_i, то простейшее уравнение регрессии имеет вид –

При обработке полученных данных рассчитываются оценки коэффициентов уравнения регрессии Bij проверяется уровень их значимости и производится проверка адекватности эмпирической модели полученным результатам исследования.

Эффективность работы систем управления технологическими процессами в значительной мере зависит от полноты и достоверности первичной информации. Применение средств измерения с унифицированным выходным сигналом позволяет осуществить наиболее рациональное построение измерительных информационных систем.

Значение таких систем особенно возрастает при многократном использовании унифицированного сигнала первичных преобразователей в различных подсистемах АСУ ТА, что ведет к сокращению числа используемых приборов и снижению эксплуатационных расходов. Естественно, что при этом резко повышаются требования к надежности и метрологическим характеристикам приборов, а также к условиям их эксплуатации.