Содержание
Отопление домов является важной составляющей нашего быта и неотъемлемой частью работы производств страны.
В рамках проведенного исследования рассмотрен способ управления парового котла на основании эмпирических данных Новокемеровской ТЭЦ.
Система автоматического управления работой котла в основном режиме должна обеспечивать:
- Минимизацию тепловых потерь.
- Минимизацию потребления электроэнергии.
- Экономичность сжигания угольной пыли, а именно полное ее сгорание.
Формирование схемы управления парового котла
Функциональная схема парового котла в рамках исследований приведена на рисунке 1:
Система содержит следующие функциональные узлы:
- Барабан котла.
- Систему подачи воды.
- Систему подачи воздуха.
- Систему подачи угольной пыли.
- Систему удаления дымовых газов.
- Топку с горелочными устройствами.
Заданные значения регулируемых параметров формируются компьютером АРМ оператора.
Регулирование подачи воздуха, угольной пыли и удаления дымовых газов осуществляются изменением частоты вращения дутьевого вентилятора, пылепитателя и дымососа соответствующими регуляторами, воздействующими на их частотные электроприводы.
Применение частотных преобразователей позволяет существенно снизить потребление электроэнергии и создать условия для экономии расхода топлива при работе котла с различными тепловыми нагрузками.
Система автоматического управления режимными параметрами парового пылеугольного котла представлена на рисунке 2:
На схеме приняты следующие обозначения элементов и переменных:
- ПП — пылепитатель.
- 2 — датчик уровня воды L.
- FД — расход дымовых газов.
- 1 — датчик давления пара РП.
- 4 — датчик расхода воздуха FB.
- 3 — датчик расхода топлива FT.
- В — вентилятор подачи воздуха.
- 5 — датчик разряжения в топке РТ.
- РДП — автоматический регулятор давления пара.
- РПВ — автоматический регулятор подачи воздуха.
- РРТ — автоматический регулятор разряжения в топке.
- РУВ — — автоматический регулятор уровня воды в барабане.
- Индекс «з» — заданные значения регулируемого параметра.
- РПЗ — заданное (базовое) значение регулируемого давления пара.
- FB3 — заданное (базовое) значение регулируемого расхода воздуха.
- 6 — датчик содержания кислорода 02 в отходящих (дымовых) газах.
- Д — дымосос с регулируемыми электроприводами по системе ПЧ-АД.
- РТЗ — заданное (базовое) значение регулируемого разряжения в топке.
- L3 — заданное (базовое) значение регулируемого уровня воды в барабане.
В создаваемой системе предлагается использовать корректирующий фаззи-регулятор КФР, формирующий сигнал коррекции заданного расхода воздуха по правилам нечеткой логики.
Система автоматического управления подачей воздуха в топку котла представлена на рисунке 3:
где
- ВВ – воздуховод.
- РПВ — ПИ-регулятор подачи воздуха.
- КФР — корректирующий фаззи-регулятор.
- ЧЭВ — частотный электропривод дутьевого вентилятора.
- БТ — блок измерения расхода топлива ΔFT от заданных (базовых) значение F.
- Б02 — блоки измерения отклонений содержания кислорода Δ02 в отходящих газах, значение О20.
Оформление расчетных алгоритмов и функций методики управления
Нечеткие логические регуляторы позволяют на основании лингвистической информации, полученной от опытного оператора, эффективно управлять сложными, недостаточно формализованными процессами.
В данном случае происходит управление процессом горения в топке котла, обеспечивая его высокую экономичность и качество регулирования.
Заданное значение расхода воздуха в данной системе определяется выражением:
(1)
где
- FВ0 — базовое задание расхода воздуха, определяемое выбранным режимом работы котла.
- ΔFВ — поправка расхода воздуха, формируемая фаззи-регулятором по результатам измерения отклонений содержания кислорода и расхода топлива.
Отклонения содержания кислорода в отходящих газах и расхода топлива, подаваемого в топку, определяются в блоках БО2 и БТ из выражений:
(2)
(3)
Для лингвистических переменных фаззи-регулятора используем следующие термы:
- Н – норма.
- В – увеличить.
- М – уменьшить.
- СВ — сильно увеличить.
- СМ — сильно уменьшить.
- НВ — немного увеличить.
- НМ — немного уменьшить.
Базы нечетких правил для определения отдельно поправок расхода воздуха по содержанию кислорода и по расходу топлива, составленные с учетом экспертных оценок оперативного персонала котельного цеха Новокемеровской ТЭЦ и с использованием вышеназванных термов.
Базы поправок по режимам работы приведены в таблицах 1 и 2:
Для определения итоговой поправки расхода воздуха ΔFВ с одновременным учетом отклонений по кислороду и топливу используется база данных, представленная в таблице 3:
Функции принадлежности значений координат фаззи-регулятора соответствующим термам для заданных диапазонов их изменения представлены на рисунках с 4 по 6:
где
- а — функция принадлежности отклонения ΔО2.
- б — функция принадлежности по скорости.
- в — функция поправки расхода воздуха по кислороду ΔFВ.
где
- а — функция принадлежности отклонения ΔFT.
- б — функция принадлежности скорости ΔFT.
- в — функция поправки расхода воздуха по кислороду ΔFB.
где
- а — функция поправки расхода воздуха по кислороду.
- б — функция поправки расхода воздуха по топливу.
- в — функция поправки расхода воздуха по с учетом всех факторов воздействия.
Для устранения нечеткости окончательного результата (дефаззификации) существует большое количество методов перехода от нечетких выводов к точным значениям управляющего сигнала, согласно работы [1].
Одним из них является метод полной интерпретации, по которому точное значение выводимой переменной определяется как значение «центра тяжести» функции принадлежности для нечеткого значения.
При этом учитываются все возможные комбинации и вычисляется принимаемое средневзвешенное значение выходной координаты регулятора КФР:
(4)
где
- μ1 — степень принадлежности выхода i-му набору.
- ΔFBi — значение поправки расхода воздуха в i-ом наборе исходов.
В другом методе дефаззификации — методе Максимума, в качестве точного значения выводимой переменной принимается комбинация, имеющая максимальную степень принадлежности.
Для реализации фаззи-регулятора могут быть использованы:
- Микроконтроллеры MCS-96 производителя Intel.
- Микроконтроллеры 68НС11 или 68НС12 фирмы Motorola.
- Другие микроконтроллеры поддерживающие нечеткую логику.
Процесс проектирования фаззи-регулятора существенно облегчается и ускоряется применением пакетов прикладных программ, в частности программного комплекса для проектирования в среде Matlab нечеткого логического регулятора, согласно работы [2].
Список литературы
- Гостев В.И., Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления — Киев: Радиоаматор, 2008 год, страница 972.
- Грунина Г.С., Деменков Н.П., Программный комплекс для проектирования нечеткого логического регулятора // Приборы и системы управления, 1997 год, №8, страницы 19-21.
- Компьютерная система управления конвейерной линией.
Источник: Автоматическое управление подачей воздуха в топку парового пылеугольного котла с использованием фаззи-регулирования / А.Е. Медведев, К.П. Волыков // Вестник КузГТУ, 2010 год, №4, страницы 69-72.
