You are currently viewing Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла

Водогрейные котлы являются важнейшими элементами в системах отопления и горячего водоснабжения. Эти котлы могут работать на различных видах топлива — газе, мазуте, угольной пыли, кусковом угле. В связи с постоянно растущими ценами на газ и мазут актуальна замена этих дорогих энергоносителей более дешевым угольным топливом, особенно для Кузбасса, являющегося крупнейшим производителем угля в России.

Для повышения эффективности функционирования водогрейных котлов, работающих на кусковом угле, в работе [1] предлагается современная система автоматического регулирования режима работы котла, содержащая подсистемы регулирования подачи воздуха в топку, температуры горячей воды на выходе котла, разряжения в топке котла и скорости движения колосниковой решетки.

Возможны различные способы автоматического управления подачей угля в топку, выполненные на принципе стабилизации на заданном уровне параметров:

а) Расхода угля

б) Температуры в топке

в) Температуры горячей воды на выходе котла

г) Тепловой нагрузки котла.

Практический интерес представляет САУ подачей угля в топку (рисунок 1), в которой объединены варианты б) и г) в каскадную систему автоматического регулирования температуры горячей воды на выходе котла с автоматической коррекцией уставки по температуре наружного воздуха (окружающей среды).

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла 1
Рисунок 1 – САУ подачей угля в топку котла

где

  • ПК — персональный компьютер оператора котельной
  • ПЛК -программируемый логический контроллер
  • Σ1, Σ2 — сумматоры сигналов
  • ДНВ, ДТ, ДГВ — датчики температуры, соответственно, наружного воздуха, в топке котла, горячей воды
  • РГВ, РТ — автоматические регуляторы температуры, соответственно, горячей воды и в топке
  • ПУ — питатель угля
  • ВПК-ТГВ — водонагревательная поверхность котла — трубопровод горячей воды на выходе котла
  • ТГВ, ТТ, ТНВ — температура, соответственно, горячей воды, в топке котла, наружного воздуха
  • ТГВИ, ТТИ, ТНВИ — измеренные значения температуры, соответственно, горячей воды, в топке котла, наружного воздуха
  • ТНЗ, ТНФ — заданная и фактическая температура нагрева воды в котле
  • ТТЗ — заданная температура в топке котла
  • U — сигнал управления питателем угля
  • FY —расход (подача) угля в топку
  • f1 — эквивалентное возмущающее воздействие, включающее в себя показатели качества угля (крупность, влажность, зольность)
  • f2 — эквивалентное возмущающее воздействие, определяемое расходом горячей воды, состоянием трубопровода.

Управляющая часть системы — сумматоры Σ1 и Σ2, автоматические регуляторы РГВ и РТ выполнены программным способом на базе программируемого логического контроллера ПЛК. Уставка УСТ температуры горячей воды на выходе котла формируется персональным компьютером ПК оператора котельной установки.

Температуры нагрева воды в котле заданная и фактическая вычисляются сумматорами в зависимости от температуры наружного воздуха по выражениям:

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла 2

(1)

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла 3

(2)

В процессе моделирования каскадной САР температуры горячей воды [2] установлено, что автоматические регуляторы РГВ и РТ должны реализовать, соответственно, ПИД и ПИ законы регулирования.

Выходной сигнал ПИД-регулятора рассчитывается по формуле:

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла 4

(3)

где

  • xр — полоса пропорциональности регулятора (xр=1/kр)
  • Ei – рассогласование
  • τД, τИ — постоянные времени дифференцирования и интегрирования
  • ΔEi — разность между соседними измерениями Ei и Ei-1
  • — накопленная в i-ый момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма)
  • ΔtИЗМ — время между двумя соседними измерениями регулируемого параметра.

Как видно из (3) сигнал управления является суммой трех составляющих: пропорциональной (1-е слагаемое), дифференциальной (2-е слагаемое) и интегральной (3-е слагаемое). Полагая в выражении τД = 0, получим ПИ-закон регулирования.

Для реализации САУ режимом работы водогрейного котла, включающей и систему управления подачей угля в топку, принимается отечественный контроллер ОВЕН ПЛК 150. К его достоинствам следует отнести надежную среду программирования CoDeSys, поставляемую бесплатно, работу в сети с использованием 3-х встроенных интерфейсов RS485/RS232/Ethernet, наличие аналоговых и дискретных входов/выходов, возможность их расширения путем подключения удаленных модулей ввода/вывода, высокую производительность и относительно низкую стоимость.

Система программирования CoDeSys сегодня является самым распространенным в Европе инструментом создания управляющих программ. Система включает 5 специализированных редакторов для каждого из стандартных языков программирования: список инструкций (IL), функциональные блоковые диаграммы (FBD), релейноконтактные схемы (LD), структурированный текст (ST), последовательные функциональные схемы (SFC). Помимо средств подготовки программ CoDeSys включает встроенный отладчик, эмулятор, инструменты визуализации и управления проектом, конфигураторы контроллера и сети, библиотеки наиболее популярных функций, например таких, как регуляторы, сумматоры и др. CoDeSys компилирует прикладные программы в машинный код, поэтому создаваемые пользователем Программы имеют наивысшее быстродействие.

Управляющая программа для САУ подачей угля в топку котла, реализующая логику управления температурой горячей воды по каскадной схеме с учетом температуры наружного воздуха (смотри рисунок 1), представлена на рисунке 2. Программа написана на языке FBD с использованием стандартных функциональных боков библиотеки CoDeSys — блоков вычитания и ПИД- регулирования.

Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла 5
Рисунок 2 – Программа управления подачей угля в топку

Входы/выходы функционального блока ПИД- регулирования:

  • PV: REAL — значение регулируемой величины (сигнал обратной связи, приходящей с датчика)
  • PV TIME: WORD — время получения значений регулируемой величины (циклическое время), используется для вычисления интегральной и дифференциальной составляющих
  • SP: REAL — уставка регулятора
  • РВ: REAL — полоса пропорциональности (в единицах регулируемой величины) — величина, обратная коэффициенту пропорциональности регулятора
  • TI: DINT — постоянная интегрирования (4- байтовое целое число со знаком, в секундах)
  • TD: REAL — постоянная дифференцирования
  • IMIN: REAL — минимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до +100%
  • IMAX: REAL — максимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до +100%
  • OUT: REAL — выходной сигнал регулятора, от -100 до +100% относительной мощности.

Блоки вычитания SUB вычисляют по выражениям (1,2) температуры нагревания воды в котле заданную и фактическую. Входы/выходы этих блоков представлены данными типа REAL.

Блоки МАХ предназначены для выделения только положительных значений выходных сигналов регуляторов, так как последние функционируют с исполнительным механизмом (питатель угля) типа «Нагреватель».

Список литературы

  1. Медведев А.Е., Волыков К.П. Автоматическое регулирование режима работы водогрейного котла со слоевой угольной топкой // // Вести. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. — №3. С. 65-68.
  2. Медведев А.Е., Волыков К.П. Исследование САР температуры горячей воды на выходе водогрейного котла // Вести. Кузбасского гос. тех. унив., 2009. №4. С.38-41.

Источник: Автоматическое управление подачей угля в топку водогрейного котла / А.Е. Медведев, К.П. Волыков // Вестник КузГТУ. — 2010. — №1. — C. 123-125

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org