Программный регулятор температуры перегретого пара судового котла с принудительной циркуляцией

Патент 641223

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

и 641223 (6l) Дополнительное к авт. свид-ау

{ ) заявлено 01.10.75(Я) 2178594/24 с присоединением заявки № (23) Пдибритет (51) М. Кл.

Г22 g 5ЮО

6 05 З2Э, 19

Гкударатнннньй номнтнт

СЫР нн днннн нз06рнтнннй н ютнньлнй

Опубликовано 05.01.79.бюллетень № 1

Дата опубликования описания 07.01,7 (53) УДК бь2 1 г гг .6 (088,8) И. H. Глазов, В. И, Зубина, И. A. Иль

I0. П. Круглов н В. П. Федоров (72) Авторы изобретения (54} ПРОГРАИМНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРИ ПЕРЕГРЕТОГО

ПАРА СУДСИОГО КОТЛА С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ПИРКУЛЖ1ИЕЙ

Предлагаемый регулятор от«осится к области автоматизации судовых котлов с принудительной циркуляцией и предназначен для регулирования температуры перегретого пара по программе, формируемой в соответствии с нагрузкой котла.

Известны устройства для регулирования температуры пара, содержащие датчики температуры, усилители рассогласования, дифференцнаторы и исполнительные устройства с датчиками положения (1j

Известны также регуляторы температуры различных объектов, в которых наряду с перечисленными узлами используются блоки программы, генераторы импульсов, реверсивиые счетчики импульсов и дискретные накопи тел и (2) .

Недостатками известных устройств является то, что они не могут обеспечить необходимые качество и надежность регулирования. температуры перегретого пара судового котла с принудительной циркуляцией, который должен устойчиво работать в диапазоне нагрузок от единиц процентов до номинального значения, причем при маневрировании сброс и набор нагрузки в указанном диапазоне должен щюисх< дить в течение коротких промежутков времени. Эти недостатки обусловлены тем, что известные регуляторы не позволяют учитывать особенности судового котла с принудительной циркуляцией как объекта регулирования, динамические xapaктеристики которого (постоянная

S времени,H запаздывание) существенно зависят от нагрузки. Регуляторы с жесткой структурой не могут обеспечить требуемые точность и устойчивость регулирования при необходимом качестве переходных процес в- сов как на стационарных режимах работы котла, так и при маневрировании.

В результате возникают значительные

«забросы> температуры, в особенности при маневрировании, которые вызывают темпе" ратуриый перегрев змеевиков испарнтеля, что в конечном счете снижает ресурс поверхностей нагрева котла. Между тем такие режимы весьма характерны для судовых энергетических установок.

Кроме того, при использовании в регул ляторе дискретных устройств, например реверсивного счетчика импульсов, необходимых для формнроьания требуемых законов регулирования, возникает опасность сбоев, вызванных, например, кратковременными пеp(.pbjB3мн в пала (е !(и Г(!(п!я или дРйствием случайных помех, что так)ке характерно лля сgäot (Jх услОвий Зксплу(lтаци1!. Зто пji!180д!Гг к п()явле!(Ию возмущеш й, в результате

K0To(2blx могут ВОЗни)(ать недоиустимыс (io величине отклонения регулируемой температуры от заданпогo 3!!ачен)!я. Гакие отклонения Morys быть >lJtttTeJtbffbMII, в особеннос-. ти (13 малых нагрузках, когда ecTecTBelaloe восстановление ии!1)()рмацин В счет;ике иод действиеM Îclfoa!ioH обратной связи ppl улятОр3 происхОдит весьма медленна, В резулb

Т3те Ki!BTKOBpPMPI! Hb(P ItepepHBjbt В ПОДЗЧР питания ft.akt cJlу)B)table ffoi"Ij хи могjT НрНВодитьк значительнь(м ОтклОне!Иям ре(ули руемай температуры и даже к срабатыванию защиты и ВыВОлу котла из действия, что

ВО многих случаях недопустимо.

1-(аиболее близким техническим решением К kt306peTeH)tto HBJlfICTCEI П()аграмми(1Й рРгулятор температуры перегретого пара судаБОГО кОтла с принудити!ьнаи цирк) ляциЙ, 0"

1(едостатк(!мн этого регулятора также являются низкие надежность и точность работы.

Целью изабрете)(ия яВляется повышение

it 3 Jte)((HocTkt H точности работы Hp01 pa Mì ного регулятора температуры:

3Т3 цель достигается 33 CHCT TOBO, RYO предложенный регулятор содержит дополнительный усилит(ль, усилитель-ОГраничитель, д(.лители напряжения, трехпозициаиный переключатель, фуги(циональный преобразователь и детектор знака. Один вход усилителя-ограничителя подкл!Очен к выходу дифференциального усилителя, другой вЂ” к выходу ЦАП. Выход усилителя-огра!и!чителя подключен ко входам делителей напряжения, выходы которых соединены с перВым и BTopbfM Входами преабразОВатРГ(Я н3пряженив-частота, третий Вход которога соеДИНЕН С ВЫХОДОМ ТРЕХПОЗИЦИОННОГО ПЕРЕКЛЮчателя, подключенного к выходу ЦАП .и латчика положения сераоМОТОра, подклlочеиным ко входу функционального нреобразователя.

Выходы последнего соединены с другими входами делителей напряжения, подключенными к выходу детектора знака, вход котороГО СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ ДОПОЛНИТЕЛЬИОГО УСИлителя, подключенным к программному залатчику температуры. ВыхОд Задатчи)(3 Tetjtпературы соединен с одним HÇ входов дополи(гтельноГО усилителя, к друГОму Bxo1) которого подключен источник опорного напряжения, Иа чертеже дана фу!(кцноиа:!ы!ая схема и (гедлаГаемОГО пРОГР3 м м НОГО РВГQJf)ITGPB.

Otf садер)кит программный задатчик 1, фоРмиРУ!0)ций сиГнал Задании Ъз иа РеГУлЯтор в соответствии с напряжением на выходе датчика 2 нагрузки котла, дифференциаль)Q jjbfkf у(. Нли ель 3 на входе Koтора(О сравиивгиотся сигналы Чз и V, пропорциональные заданной и фактической (измеряемой датчиком температуры) температурам перегретого пара, усилитель-ограничитель 4, делители напряжения 5, 6.выполнепные на транзисторах !

lpoTkfB0I10Jlo)KHoH fIp0BogIftMocти 7, З,pe3Hcторах 9 вЂ” 11 и 12 вЂ” 14, подключенные через диоды 15 вЂ” 1 8 к ВыхОду уctfJfHTeJtA-ОГ()аничители 4. Уиравля!Ощие входы 19, 20 делителей (Напряжения ПОдсаединеиы к дет(.кторх знака 21, а выходы делителей напряжения

coeRHtfet1b1 с первы)! и вторым входами 22, 23 преобразователя напрЯжение-частОта 24, имеющего третий вход 25. С преобразователем 24 соединены реверсивный счетчик импульсов 26 и ЦАП 27. Выход ЦАП 27 под25 ключен к усилителю-ограничителю 4 и следящему приводу 28, сервомотор 29 котороГО подключен к ди4)(1еренциал!эному блоку регулирования лавления подачи питательной воды (ДРД), поддерживающему перепад давления иа регулирующем органе подачи питательной воды, Выход HAH 27 полключен также к трехпознционному переключателю 30. соелиненному одновременно с датчиком 31 положения сераоМоТора, причем выход переключателя 30 подключен к третьеЗ му входу 25 преобразователя 24 и через функциональный преобразователь 32 к другим входам 33, 34 делителей .напряжения 5, б.

Программный задатчик 1 в регуляторе охBBjteH t Jfy60t(0A «трицательиой обратной связью через диОд 35 и дополнительный усилитель 30, основной вход которого, подключен к источнику Опорного напряжения Vo, а Выход вЂ” к детектору Знака 21.

Принцип действия регулятора заключаЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ.

В исходнОМ сОстОянии при малых наГрузках котла задатчик 1 вырабатывает началь«ое напряжение задания V3, которое сравtIHBaeTcH на входах усилителя 3 с сигналом V@Ä.пропорциональным фактической температуре перегретого пара; При отсутствии

Я рассогласования между заданной по программе и фактической температурой сигнал сшибки на выходе усилителя 3 равен нулю.

Выходное напряжение усилителя-ограничителя 4 также равно нулю и не зависит от состояния транзисторов 7, 8 делителей 5, 6Ä на входе преобразователя 24 отсутствуют управляющие сигналы. При этом преобразоaaTeJtb 24 находится в заторможенном состоянии, и в счетчике 26 фиксируется кодовая

)(омбинация, при которой на выходе ЦАП 27 устанавливается нулевое напряжение. Следящий привод 28 устанавливает сеувомотор

29, управляющий задатчиком ДРД, В исходное среднее положение. Поскольку сигнал с датчика 31 положения сервомотора равен сигналу ЦАП 27, переключатель 30 находится в нулевом положении, и сигналы на выходах преобразователя 32 также равны нулю.

Прн изменении сигнала программы Чз В соответствии с изменением положения датчика 2 нагрузки или при изменении температуры перегретого пара, связанном с воздействием каких-либо Возмугценнй, возникает сигнал рассогласования ЬЧ = V> вЂ” Мп Этот сип{ал усиливается усилителем 3, на выходе которого возникает напряжение, пропорциональное ошибке н ее первой производной.

В результате на входе усилителя-ограничителя 4 появляется управляющее воздействие, КОторое через один из делителеЙ 5 илп 6 передается на Вход 22 или 23 преобразователя 24.

Преобразователь 24 Формирует потенциальные логические сигналь{ иа входах упраВлеиия реверсом счетчика 26, настраивая его иа сложение или вычитание импульсов в заВисимости от знака преобразуемого напряже- 2> ния (напряже!{ия рассогласования ь У), и импульсный сигнал «а счетном входе счетчика с частотой следования импульсов, пропорциональной модулю этого напряжения.

Под действием импульсов, поступающих на счетныЙ вход счетчика 26, изменяется кОд 8 счетчике и соответственно изменяется напряжение на выходе ЦАП 27. Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходной сигнал HAH не компенсирует сигнал, поступающий с выхода усилителя 3. При компен- 3$ сации преобразователь 24 пере",îäèò В заторможенное состояние, и поток импульсов на счетном входе счетчика 26 прекращается.

При подходе системы к установившемуся сОстояниlО усилитель-ОГраничитель 4 переходит в линейный режим работы, в результате чего напряжение, поступающее на преобразователь 24 плавно уменьшается до нуля. По такому же закону изменяется частота импульсов иа счетном входе счетчика 26 и соответственно выходное напрчжеиие ЦАП

27. Благодаря этому повышается устойчивость регулирования температуры.

Следящий привод 28 отрабатывает Выходное напряжение ЦАП 27, в результа-ге чего сервомотор 29 перестраивает задатчик

ДРД, поддерживающий перепад давления на регулирующем органе подачи питательной воды, и уменьшает отклонение фактической температуры от заданной. Прн этом скорость отработки следящего привода так083, что напряжение На ВыхОде датчика 31 положения в любой момент времени практически равиО Выходному нап11яжению 1.1АП 27, поэтому переключатель 30 8 рассмотренном процессе вык Bfo«ef! и cHr»a f 4 1!a входе 25 преобразователя 24 H иа входах 33, 34 делитечеи «{апряжения 5, 6 Отсутст ьъ !OT

Скорость перемещения сервомотора 29, а следовательно, и изменения под34{н пита тельной воды определяется Мстотой следования импульсов на выходе преобразователя

24. Поскольку динамические характеристики котла существенно зависят от нагрузки, в системе предусмотрено автоматическое изменение скорости регулирования подачи питательной воды по сигналу задатчика 1, связаниОГО с датчиком 2 наГp ÇK1{. При этом HB малых нагрузках KoTJ33 (5 вЂ” 10 !О От нОминальиой), когда тепловые процессы протекают весьма медленно, обеспечивается регулирование c Ma,"{Of{ caopocTbfo i{3Mef{ej{fff1 подачи питательноЙ Водь;. 8 то же время на

ТаК называемых экономических режимах и при боль{них нагрузках; когда постоянная времени и запаздывание объекта регулирования снижаются, скорость перемещения сервомотора 29, а следовательно, и изменения подачи питательной Воды зна-{ителы{0 возЭтО BocTигается 33 связи с выхода дополнительного усилителя

36 через детектор знака 21 на управляющие

Входы 19, 20 делителей напряжения 5, 6.

ДСЙстВительнО, при малых наГ11уз1;а х, Когда сигнал V3 задатчика 1 меньше опорного сигнала, на выходе усилителя 36 действует отрицательное напряжение, запнрак1щее диод 35 и устанавливающее детектор знака 21

В полОжение, ftpH KGTopoiH 0TKpUT транзистор 3 делителя 6. Зход 22 преобраз{н{ателя

24 от лючается, а Н3 вход 23 этогo преобразователя поступает напряжение с делителя 5, имеющеГО минимальный коэффициент передачи. При возрастании нагрузки котла, Korea cHri1a t задатчика 1 превышает опорный уровень Ъ О, происходит изменение знак3 напряжения на Выходе усилнтеля 36. Прн этом диОд 35 открывается, задатчик 1 ox 83 тывается глубокой отрицательной обратной сВязью, и однОвреvef{HO пе1м{{л{очается детектор знака 21. Это приводит к фиксации уставкн температуры (сигнал задания перестает изменяться г4р{{ дальнейшем 803р3с

TBHHH Нагрузки! и Щ1еключенню ВхбдОВ преобразователя 24. В этсм случае открыва TcR транзистор 7 и закрывается транзистор 8, В результате снГнал рассОГласОВания поступает Н3 jjpe06pa3083Teль 24 через делитель с MBKcHMBËÜHbjì коэффициентом передачи, что приводит K $ 8eëè÷efjt{fo скОрОстн перемещения cepaoмотора 29 H ciTOT8 TcTBej{Ho более быстрому нзменени!о подачи jif{TareльHOA 80glH.

jaKoe построе1{ие схемы регулятора паз.

Воляет Обеспечить !стонч!{Вость сис 4смы 38тОмати {ccKOro реГ лированин 80 ВсеМ диапазоне изменений ИПГp) зок кОт13 без с нижсния

cK0poi тн изменения подачи пита гельно!1 БОды на режиме эко{н1мичеекого хода 1. боль. ших нагръ,:зок н одновременно повцп{ает ка.

64(223

5 (О (5

Формула изобретения честBo переходных процессов, ц()зволцц значит()льно )J м(пылить (jppмя мац(!Ир(3()ов )HHH и «забросы» температуры персгрстого нара.

В конечн()1(счете эTo повышает Ht(jfe>(

Пос;<Ольку наибольшу(о опасность для котла предгпаиляст нарастание температуры сверх заданного зна !ellliB, при ОднОЙ H той же 36солк)тцо)(fi(v7tt (Hite cHt HÇ;13 ошибки pef уляT0j7 Об<(.п(чииает Jct

Для IEOBE,III)etttttt помехоустойчивости регулятора и защиты от возмущений, вызванных сбоями счетчц <а 26 при кратковременных перерывах в подаче питания илп под действием случайных помех, и регулятор введен контур восстановления информации в счетчике. BoccrBHOBJ.eHf(e осуществляется tio сигналу датчика положения 3(, который не может изменяться мгновенно из-за ограни: ченной скорости движения сервомотора 29.

Если при нормальной работе регулятора сервомотор 29 отслеживает изменение сигнала

H", выходе ЦА((27 и рассогласование на входах переключателя 30 практически равно нулю., то при сбое счетчи" à скачкообразно изменяется напряжение иа выходе ЦЛП 27.

Следящий ftpHE)03, 28 tfe усп(.BBCT Mfноиенно отработать ложное воздействие. В результате рассогласование на входах переключателя 30 превышает порог его срабатывания и в зависимости от знака этого рассогласования переключатель 30 формирует напряжение надле>каьцей полярности; которое поступает на форсирующий третий вход 25 преооразоиателя 24. Выходной сип(зл перекл(очателя 30 поступает также на функциональн(>ц(преооразователь 32, который воздействует на блокирующие входы 33, 34 делителей напряжения 5, б, обеспечивая OTfк(ние или вычитание им пульсов на его счетtto t 1)х()(е. При этом сигнал и:3 BHiходе ЦА((27 изменяется до т(х н()р, пока

pt(.)Itoc7 ь выходных il3flptl)i<(. it litt ((Л((27 и д(тч((ка поло>кения 3(це Oi

Бремя восстановления информации должно быть достаточно малым, чтобы предотвратить «сползание» сериомотора 3! . Это достигается за счет надлежащего выбора частоты преобразователя 24 прц подаче сигнала ца его форсируюццш вход 25.

Таким образом, в предлагаемом рсгу.751торе температуры перегретого пара сравнцтелыю простымн средствами обеспечено улучшение динамических характеристик и повышение точности системы регулирования в особенности прц маневрировании, когда нагрузка котла изменяется в широких пределах.

H3p5I7y с этим дости-ается повышение помехоустойчивости регулятора, благодаря чему устраняются возму(цения, возникающие при сбоях счетчика 0Т случайных помех или перерыиов в подаче питания. В результате повышается надежность н ресурс работы котла.

Программный регулятор температуры перегретого пара судового котла с принудительной ццркуляцней, содержащий программный задатчик температуры, соединенный с датчиком нагрузки котла, и датчик темпергтуры, подключенные к дифференциальному усилителю, последовательно соединенные преобразовательь напряжение-частота, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) H Glei75I())Htt Hpt(30!1 c серВомотором, подкл)оченцым к дифференциалы(ому блоку регулирования давления подачи питатсльнОЙ ВОды H к д()т (ику полОжения серВомотора, источники 1)итания и опорного напряжения, отличаюи(ийся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы, программный регулятор содержит дополнительный усилитель, усилитель-ограничитель, делители напряжения, трехпозицио(шый переключатель, фуш<циональный преобразователь и детектор знака; причем один из входов усилителя-ограничителя подключен к выходу диф(реренциальцого усилителя, другой вЂ” к выходу ЦАП; выход усилителя-ограничителя подключен ко входам делителей наг(ряжения, выходы которых соединены с первым и вторым входами преобразователя напряжение-частота, третий вход которого соединен с выходом трехпозицноцного переключателя, подключенного к выходу ЦчП и датчика поле>кения ссрвомотора, подключенным ко входу функционального преобразователя, выходы которого соедин(ны с дру64l223

Источники информании, принятые ио внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 380912, кл. F 22 G 5/l2, l9?0.

2. Авторское свидетельство СССР № 224933, кл. G 05 D 23/I9, I967.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 40l978, кл. G 05 0 23/!9, 19?l.

Составитель Л. Птеипова

Редактор Л. Утехина Техред О. Луговая Корректор Л. Небола

Заказ 7484/32 Тираж»04 Подписное

1!НИИПИ Государственного комитета СС(P по делам изобретен ий и открытий

I 1ЗОЗ5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4iS

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, уа. Проект над. гимн входами делителей напряжения, подключенными к выходу детектора знака, вход которого соединен с выходом дополнительного усилителя, подключенным к программному задатчику температуры, выход которого соединен с одним из входов дополнительного усилителя, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения.

zg 1 м