Программный регулятор температуры перегретого пара судового котла с принудительной циркуляцией

)2178594/ ОщИрбтбннньй номи СЫР а днлан нзобрнтм н ютнрьлнй1Предлагаемый регулятор отосится к об ласти 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 1.Известны также регуляторы температуры различных объектов, в которых наряду с перечисленными узлами используются блоки программы, генераторы импульсов, реверсивцые счетчики импульсов и дискретные накопители 2.Недостатками известных устройств является то, что они не могут обеспечить необходимые качество и надежность регулирова. ния. 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 щюцсходить в течение коротких промежутков времеци. Эти недостат.ки обусловлены тем, что известные регуляторы не позволяют учитывать особенности судового котла с прицудительной циркуляцией как объекта регулирования, динами ческие хард ктеристц ки которого (постоянная 5времени,и запаздывание) существенно зависят от нагрузки. Регуляторы с жесткой структурой не могут обеспечить требуемые точность ц устойчивость регулирования прц необходимом качестве переходных процесо.сов как на стационарных режимах работыкотла, так и при маневрировании.В результате возникают значительныезабросыз температуры, в особенности при маневрировании, которые вызывают темпе ратурцый перегрев змеевиков испарцтеля, что в конечном счете снижает ресурс поверхностей нагрева котла. Между тем такие режимы весьма характерны для судовых знергетцческнх установок.Кроме того, при использовании в регул ляторе дискретных устройств, например реверсивного счетчика импульсов, необходи.мых для формироьация требуемых законов регулирования, возникает опасность сбоев, вызванных, например, кратковременными пе13 сры вамп в О)аС нтацця илц дРйствисм случайных помех, что также характерно для судовых услОВИЙ зксплустции. Зто прцводгг к появлсИю возмущецпй, В рсзультате которых могут возакать недоиустцмыс по Величине отклонения регулируемой температуры от заданного значения. Гакие отклонения могут быть дэ 1 тс.Ьцыми, Б особенное. тц ца малых нВГ)узках, КОГда сстсствсциОс восстановление ицформаццц в счет цгке под действием Основной 063 атцой сипаи регулятора происходит весьма медлеццо, В 1)езуль. тате краткопремецнье церцивь В подаче питчния или случайньи) помехи моГут при" Водить к зцачцтсл ьньм От клоне Яям 1) сгулируемой температуры и даже к срабатыванию защиты и НИводу котла из действия, что во многих случаях цсдопустцво.Наиболее близким техццческим решением к изобрРтениО является прогрс)ммний ре Гулятор температуры перегретого пара судо. Бого Ктл с принудитеьцОЙ ццркулйций, содержащий программный задатчик тсмпср 1- туры, соединенный с датчиком цаГ 1)узки кот" ла, и датчик температуры, подключенные к дифференциальному усилителю, последоватсльио соединенные п 1)собразОБатель иап 1)Я. жение - частота, реверсивцый счетчик, циф. ровнаОговьц преобразователь (ЦАП) и следящий привод с сервомотором, подклочецнь)м к дифференциальному блоку рРГу лирования давления подачи питательной воды и к датчику положения сервомотора ц источники питания и ОпорнОГО напряже. ния 131.Недостатками этого регулятора также являются низкие надежность и точность р 160- ты,Целью изобрсте 11 ия яВляется пОВьшише надсжности и точности работы прОГ 1)аммного регулятора температуры:Эта цель достцгаетсй за счет того., что предложенный регулятор содержит дополнительный усилитель, усилитель-ограцичидслители напряжения, трехпознциоциый переключатель, функциональный преобразователь и детектор знака. Один вход усилителя-ограничителя подклочец к выходу дифференциального усилителя, другой - к выходу ЦАП, Выход усилггсля-ограццците. ля подключен ко входам делителей напряжения, выходы которых соедицецы с перВым и Вторым Входами преобразОВатслЯ на пряженив-частота, третий вход которого соединен с выходом трехпозиццонцого переключателя, подключенного к выходу ЦАП .и датчика полокения сервомотора, подклочеиным ко входу функционального иреобразоввтеля. Выходы последнего соединены с другими входами делителей напряжения, подключенцы. ми к выходу детектора знака, вход которо. ГО СОЕДИЕН С ВЫХОДОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УСЦ- лителя, подключенным к программному задатчику температуры, Выход задатчика температуры соединен с одним из входов дополцггсль)кгго усилителя, к другому входу которого подключен источник опорного иапря.кения,Иа чертеже дд 11 фуцкццгцальцая схемацрсдлаГаемОГО прОГраммцоГО рсГулят 01)а.Оц содерн(ит программный звдатчикфо 1)миРУюнНй сигнал задания Чз ца РегУЛЯтор Б соответствии с напряженнем ца выходе датчика 2 нагрузки котла, дцффарсцциальцын у(,или с ль 3 ца Входе которо 0 сравниБаОтсй сигналы Чз и ЪАр, пРопоРциоцальнысз 11 дацной ц фактической (измеряемой датчи.ком температуры) температурам перегретогопара, усилитель-ограничитель 4, делители напряжения 5, б,выполцецные на транзисторахпротивоположнОЙ прОВОдимОСТН 7, 8,резисторах 9 - 11 и 12 - 14, подключеццые черездиоды 15 - 18 к выходу усилителя.ограцичц.тели 4, Уиравляощие входы 19, 20 Делителей Напряжения подсоединены к детектор)знака 21, а выходы делителей напряжениясоединены с псрвьм ц Бт 01)ым входами 22,23 преобразователя н:пряженцс-частота 24,имеющего третий вход 25, С преобразователем 24 соединены рсверсивиый счетчик импульсов 26 и ЦАП 27. Выход ЦАП 27 под 25 клюец к усилителю. ограничителю 4 и слеДЯщсму приводу 28, сР 1)ВОМОтор 2 которого подключсц к дифференциалэному блокурегулирования давления подачи питательной воды (ДРД), поддерживающему перепад давления иа регулирующем органе подачи питательной воды, Выход ЦАП 27 подключен также к трехпозиционному переключателю 30, соедицеццому одцовременцо с датчиком 31 положения сервомотора, причемвыход переключателя 30 подключен к третьеЗ му входу 25 цреобразователя 24 и через функциональный преобразователь 32 к другимВходам 33, 34 делителей .Напряжения 5, б.ПрограМцый задатчцк 1 в регуляторе охвачсц ГлубокОЙ ОтрицательиОЙ ОбратцОЙ связыо чс 13 сз диОд 35 и дОполнительцыЙ усили.тель Зб, основной вход которого, подключенк источнику опорного напряжения Уо, а выход - к детектору знака 21.Пряццип действия регулятора заключаетсй в следующем.В исходном состоянии при малых нагрузках котла задатчик 1 вырабатывает начальцое напряжение задания Уз, которое сравнивается на входах усилителя 3 с сигналом Чр,.пропорццоиальным фактической температуре перегретого пара; При ОтсутствииЯ рассогласования между заданной по программе и фактической температурой сигналсшибки на Выходе усилителя 3 равен пула,Выходное напряжение усилителя-ограничителя 4 также равно нулю и не зависит отсостояния транзисторов 7, 8 делителей 5, 6,ца входе преобразователя 24 отсутствуютуправляющие сигналы. При этом преобразователь 24 находится в заторможенном состояиии, и в счетчике 26 фиксируется кодоваякомоццацця, при которой нв выходе ЦАП 27устанавливается 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 со отватствин с изменением положения датчика 2 нагрузки нли при изменении температуры перегретого пара, связанном с воздействием каких-либо возмугценнй, возникает сигнал рассогласования Ь Ч = Чз - Мт,. Этот сигнал усиливается усилителем 3, на выходе которого возникает напряжение, пронорцнональное ошибке н ее первой производной.В результате на входе усилителл-ограничителя 4 появляется управляющее воздействие, которое через один из делителей 5 или 6 передается на Вход 22 или 23 преобразователя 24.Преобразователь 24 формирует потенциальные логические сигналы на входах управлеиия реверсом счетчика 26, настраивал егоиа сложение или вычитание импульсов в заВисимости от знака преобразуемого напряже ния (напряжения рассогласования ЬУ),н импульсный сигнал на счетном входе счетчика с частотой следования импульсов, пропорциональнои модулю этого напряжеиил. Под действием импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 26, изменяется код в счетчике и соответственно изменяется напряжение на выходе ЦАП 27. Этот процесс продолжается до тех поо, пока выходной сигнал ЦАП не компенсирует сиг 11 ал, поступающий с выхода усилителя 3, При компен сации преобразователь 24 переходит в заторможенное состояние, и поток импульсов на счетном входе счетчика 26 прекращается.При подходе системы к установившемусясостояни 10 усилитель-ОГраничитель 4 переходит в линейный режим работы, в результате чего напряжение, поступающее на преобразователь 24 плавно уменьшается до нуля, По такому же закону изменлетсл частота импульсов иа счетном входе счетчика 26 и соответственно выходное напряжение ЦАП 27. Благодаря этому повышается устойчивость регулированил температуры.Следящий привод 28 отрабатывает выходное напряжение ЦАП 27, в результате чего сервомотор 29 перестраивает задатчик ДРД, поддержнваюгций перепад давления иа регулирующем органе подачи питательной воды, и уменьшает отклонение фактической температуры от заданной. При этом скОрОсть отработки следящеГО приВОда такОВа, что напрЯжение нз Выходе. датчика 31 положения в любой момент времени практически равиО Выходному нап 11 яжению ЦАП 27, поэтому переключатель 30 В рассмотренном процессе выключен и сигналы на входе 25 преобразователя 24 и на входах 33, 34 дели. телей напррлжения 5, 6 ОтсУтствиОт.Скорость перемещения сервомотора 29, а следовательнор и изменения подачи пита тельной воды определяется 1 зстотой 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, свл. заниОГО с датчиком 2 наГрузки. При этом на малых нагрузках котла (5 - 10 Й от номи- . нальной), когда тепловые процессы проте. кают весьма медленно, обеспечиваетсл ре. гулированне с малой скоростью изменения подачи питательной воль;. В то же Время на так называемых экономических режимах и при боль 1 иих нагрузках; когда постоянная времени и запаздывание объекта регулнро. вания снижаются, скорость псреме 1 цения сервомотора 29, а следовательно, и изменения подачи питательной Воды знаН 1 тельно возрастает, Это достигается за счет Введе 11 ия связи с выхода дополнительштго усилителл 36 через детектор знака 21 на управляющие входы 19, 20 делителей напряжения 5, 6, ДейстВительно, нри малых иагрузс 1 х, КОГ. да сигнал ъз задатчика 1 меньше опорного сигнала, на выходе усилителя 36 действует отрицательное напряжение, запира 1 О 1 цее ди. од 35 и устанавливающее детектор знака 21 В полоргксние, ПРи котоРОм ОтркРыт тРанзис тор 3 делителя 6. Зход 22 преобразователя 24 отключается, а на Вхйд Р 3 этого И 11 соб разователя поступает напряжение с делите. лл 5, имеющего минимальный коэффициент передачи. При возрастании нагрузки котла, Когда Сигнал задатчика 1 11 ревыщает опорный уровень 70, происходит изменение знака напряжния на Выходе усилитечя 36. При этом диод 35 Открывается, задатчик 1 Охвз. тывается глубокой отрнцательнои обратной сВязью, и однОВРемеино пе 1 м 1 рлючзется детектор знака 21. Это приводит к фиксации уставки температуры (сигнал . Задания пере. стает изменяться при дальнейшем Возрас танин нагРРзки) и рпе 11 екрлюченвю ВХОДОВ 11 Ре. образователл 24. В этсм случае открывается транзистор 7 и закрывается транзистор 8, В резрльтате сигнал рассогласования постунает на преооразователь 24 через делитель с максимальным коэффициентом передачи, что приВОдит к увеличению скорости Г 1 еремещенил сервомогора 29 и соответственно к более быстрому измененгно подачи питагель- НОЙ ВОДЬ 1. Такое построение схемы регулятора наз Воляет Обеспечить РрстоиР 1 нвость сис смы ав. тОматическОГО реГулирования Во Всем диана. зоне нзмерне 11 ия нагрузок котла без снижениЯ скорости изменения подачи питагельнои ВО. ды на режиме зко 1 гомичеекого хода 1. боль ШИХ НВГР рЗОК И ОДНОВРЕМСНИО 110 ВЫШЗЕТ Ка"Формула изобретения чество переходных процессов, позволяя значит)льцо уменьшить ц)имя мдцеирц)опз 31 ц и забросы температуры персгрстого цдра, В сОЕеч 31 пм счете это повышает 3 зле".жцОсть и ресу) с котлд. Наряду с реу 1 и) Вд ни.м ско)ости измеиия подаи питатюьцой во" ль 1 в зависимости от нагрузкц котла регулятор обеспеч и вает также пере чепцу ю скорость изменения подачи питательной воды в соотистсп)ии с тем в каком направлении идет процесс регулирования температуры. Поскольку цацбольщуо опасность для котла представляет нарастание температуры сверх заланого значения, при одОЙ и тОЙ же ебсо)к)тео величине сигнала ошибки регуля. то) Об)с.цсвдет ускореное увеличение цо. дацц пэательцой волы по сравнению с уменьшением, Это достигается за счет соединения делителей 5, 6 с выходом усилителя-ограни. эцТел 4 через диоды 5 - 8, Прц выходном напряжении усеителя-Огрдцичителй 4, соответствующем работе регулятора на открывание клдцдна увелицеее подачи питательцои воль 1, и проодишем состояеии Оказываются диодыподклочаощие выход усилителя.ограничителя 4 ко входу преобразователя 24 через делители с большими коэффициентами передачи. Благодаря этому предотврдцаотся недопустимые забросы температуры перегретого пдрд и также повышаются надежность и ресурс работы котла,Для повышения помехоустойчивости регулятора и защиты от возмущений, вызванных сбоями счетцка 26 при кратковременных перерывах в подаче питания илп пол действием случайных помех, и регулятор введен контур восстановления информации в счетчике. Восстановление осуществляется цо сигналу датчика положения 3, который це может изменяться мгновенно из-за ограни: ченной скорости движения сервомотора 29.Если при нормальной работе регулятора сервомотор 29 отслеживает измеценце сигцалд цд выходе ЦАП 27 и рассогласование ца входах переклюцателя 30 пракическц равно нулю., то при сбое счетч 31 кд скачкообразно изменяется ндпряжецце цд выходе ЦЛП 27.Следящий привод 28 це успевает мгновенно отработать ложное воздействие. В результате рассогласование на входах переключателя 30 превьшдет порог его срабатывания и в зависимости от знака этого рассогласования переключатель 30 формирует напряжение налле)каей полярности; которое поступает на форсируюций третий вход 25 преооразоиателя 24. Выходной сипал переклоцателя 30 поступает также на функциональный преобразователь 32, который воздействует на блокирующие входы 33, 34 делителей напряжеция 5, б, Обеспечивая открывание транзисторов 7, 8, и пропадание сигналов ца основных входах 22, 23 цреобразовд. теля 24. В соотетствии со знаком нагря)кения нд )холе 25 счетчик 26 настраивается цд сксце цли вьцитдние импульсов ца его счетном вх),е. Прц этом сГцдл и:вы. холе ЦА 27 изменяется ло т х )р, пока рзцость выходных цзпр 51)ксцци ,Л 27 и дачика положения 3 це окажстся меньше порогд отпускания переключатели 30 осле этого переключатель 30 возврацаегся в нулевое положецие, и регулятор переходит в нормальный режим работы.Время восстацовлеция информации должно быть достаточно малым, цтобы предотвратить сползание сервомотора 3 . Это достигается зд счет цадлсжацего выбора частоты преобразователя 24 при подаче сигнала ца его форсируюццш вход 25.Тзкм обрдзом, в предлагаемом рсгул 51- торе температуры перегретого пара срдвицтельцо простымн средствами обеспечено улучшение динамических характеристик и повышение точности системы регулирования в особенности прц маневрировании, когда нагрузка котла изменяется в широких пределах. Наряду с этим достигается повышение помехоустойчивости регулятора, благодаря че. му устраняются возмуцеиия, возникающие при сбоях сцетчика от случайных помех или перерыиов и подаче питания, В результате повышается надежность и ресурс работы котла. Программный регулят)р температуры перегретого пара судового котла с принудительной цпркуляИей, солсржациц программный задатчик темгературы, соединенный с датчиком нагрузки котла, и датчик температуры, подклк)ценные к дифференциальному усилителю, последовательно соединенные преобразовательь напряжение-частота, реверсивиый счетчик, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и следящий привод с сервомотором, подклочеццым к дифференциалыому блоку регулирования давления подачи пи- тзтсльцОЙ водь и к датцку положения сер. иомотора, источники цитация и опорцого напряжения, отличаоиися тем, что, с целью повышения надежности и точности работы, п)ОГрзммныЙ )еГулятор содержит дополнительный усилитель, усилитель-ограничитель, делители напряжения, трехеозиццоцный переключатель, функциональный преобразователь и детектор знака; гричем один из входов усилителя-ограничителя подключен к выходу дифререццезльеого усилителя, другой - к выходу ЦАП; выход усилителя-ограничителя подключен ко входам делителей ндгряжения, иыходь которых соединены с первым и вторым входами преобразователя цапряжецие-частота, третий вход которого соединен с выходом трехпозициоццого переключателя, подключенного к выходу ЦАП и датчика поижения ссрвомоторз, полклю. чсциым ко входу фуцкциоцальцого преобразователя, выхолы которого соединены с лру64223 О витель Л еиноваКо По кгор Л. Неболас ное ехред О. Луго нраж 01 Р 11 Утехина84,132 Редак Заказ ета СССРткрытнйнаб., дл Проек 1 наа 1 НИИПИ Г оо дела 11 ЗОЗ 5, Моск Филиал ППП кГосударственного кокитизобретен ий и оа, Ж 35, Раушскантент г. Ужгород гимн входами делителей напряжения, подключенными к выходу детектора знака, вход которого соединен с выходом дополнительно. го усилителя, подключенным к программному задатчик) температуры, выход которого соединен с одним из входов дополнительного усилителя, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения,Источники информании, принятые ио внимание при экспертизе:. Авторское свидетельство СССР380912, кл. Г 22 б 5/12, 19 О.2, Авторское свидетельство СССР224933, кл. б 05 О 23/19, 9 б 7.3. Авторское свидетельство СССР % 40978, кл. б 05 О 23(9, 191. о 1 щ1