ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ИХ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ.

Барабанный котел как объект регулирования уровня является интегрирующим звеном с наличием ложной информации в виде явления «набухания» уровня. Известно, что применение про­стейшего закона регулирова­ния — интегрального (И), на таком объекте неприемлемо по условиям устойчивости.

Хорошие результаты с точки зрения устойчивости процесса регулирования обеспечиваются пропорцио­нальным П-регулятором.

Единственным параметром настройки П-регулятора яв­ляется коэффициент усиле­ния k_p. Часто при расчетах используют величину, обрат­ную коэффициенту усиления регулятора b=1/£_р, называе­мую статической ошибкой регулирования, зоной нерав­номерности или остаточной неравномерностью. Под зо­ной неравномерности регулятора b понимается величина изменения регулируемого параметра, необходимая для перестановки регулирующего органа из одного крайнего положения в другое в установившемся состоянии.

Статическая характеристика системы автоматическо­го регулирования (САР) с регулятором, отражающая зависимость величины регулируемого параметра от на­грузки объекта.

При увеличении b устойчивость САР с П-регулято­ром повышается. Однако требование устойчивости САР вступает в противоречие с технологическими требова­ниями. Как видно из статической характеристики регу­лирования, максимальной нагрузке объекта соответст­вует низкий уровень в бара­бане. При резком сбросе нагрузки от максимального значения из-за влияния на­бухания возможно снижение уровня за допустимые пре­делы. И наоборот, поддержа­ние повышенного уровня при низких нагрузках в случае резкого наброса нагруз­ки может привести к перепитке котла. Уменьшение статической ошибки регулирования за счет увеличения коэффициента усиления САР обычно невозможно по условиям устойчивости, по­этому применение одноимпульсного П-регулятора на многих котлах становится неприемлемым. Добавление интеграла в закон П-регулирования позволяет ликвиди­ровать статическую ошибку. Но применение ПИ-регулятора также не дает удовлетворительного качества регу­лирования уровня. Получая из-за набухания ложную ин­формацию по отклонению уровня, ПИ-регулятор в пере­ходных режимах длительное время производит регули­рующее воздействие в сторону, противоположную сохра­нению материального баланса, что приводит к значитель­ным и частым отклонениям расхода питательной воды.

Статическую ошибку пропорционального регулятора можно ликвидировать введением корректирующего воз­действия по возмущению. В приведенной на рис. 2-6 функциональной схеме регулирования уровня на вход регулятора РУ, кроме импульса от измерительного устройства уровня ИУ₁ подается еще импульс от изме­рительного устройства расхода пара — ИУ₂.

Рассмотрим структурную схему системы регулиро­вания уровня, состоящую из объекта регулирования, П-регулятора и устройства ввода воздействия по воз­мущению).

Возмущающее воздействие по расходу пара, при­ложенное к объекту регулирования, одновременно через звено с передаточной функцией W_B(p) оказывает регу­лирующее воздействие на вход регулятора с передаточ­ной функцией W_p(p). Звено с передаточной функцией W_B(p) формирует необходимое регулирующее воздейст­вие f на вход системы по возмущению. В общем случае передаточная функция объекта регулирования по каналу возмущающего воздействия отлична от его передаточной функции по каналу регулирования.

Расчет па­раметров настройки регулятора из условий устойчиво­сти можно произвести, как для одноимпульсной САР уровня. В рассматриваемой САР устройством ввода воздействия по возмущению является импульс по рас­ходу пара.

Устройством ввода воздействия по возмущению мо­гут быть мембранные и сильфонные датчики, выходные величины которых зависят от типа регуляторов. Посто­йная времени этих датчи­ков пренебрежимо мала по сравнению с постоянной вре­мени объекта, поэтому их можно считать усилительны­ми звеньями.

Введение в схему пропор­ционального регулятора до­полнительного воздействия по возмущению позволяет получить любой вид статиче­ской характеристики. Одна­ко наиболее целесообразной является настройка регуляторов питания без остаточной неравномерности. В реальной САР уровня невозможно получить на­стройку без остаточной неравномерности в широком диапазоне изменения нагрузок. Дело в том, что устрой­ство ввода воздействия по возмущению (датчик по рас­ходу пара) имеет квадратичную зависимость выходной величины от нагрузки котла. В то же время расходная характеристика регулирующего клапана регулятора не является однозначной.

При одной и той же конструктивной характеристике клапана его рабочая характеристика изменяется в за­висимости от изменения перепада давлений на нем.

На величину перепада давлений на клапане вли­яют давление в питатель­ной магистрали, завися­щее от количества и ха­рактеристик включенных насосов, нагрузка парал­лельно действующих агре­гатов и другие факторы. На перепад может также влиять степень открытия вентилей и задвижек на питательной магистрали данного котла.

Примером пропорционального регулятора уровня с компенсацией возмущения по расходу пара могут слу­жить широко применявшиеся в недалеком прошлом электромеханические регуляторы. В настоящее время на энергетических установках преобладающее применение получила электронная аппа­ратура автоматического регулирования, позволяющая относительно просто осуществить систему регулирования уровня с трехимпульсным регулятором. В САР с трехимпульсным регулятором в ка­честве импульсов используются величины уровня в ба­рабане котла, расхода пара после пароперегревателя  и расхода воды до экономайзера, измеряемые соот­ветственно датчиками ИУ_1, ИУ₂ и ИУ₃. При изменении одной из этих величин регулирующее устройство РУ, воздействуя через исполнительный механизм ИМ на регулирующий орган РО, изменяет расход воды на котел в сторону сохранения материального баланса и поддер­жания заданного уровня.

Регулирующее устройство РУ формирует совместно с исполнитель­ным механизмом ИМ  пропорционально-интег­ральный закон регулирования. Введение в схему регулятора уровня импульса по расходу воды ИУ₃ позволяет сформировать пропорциональный закон регулирования, а также стабилизировать расход воды, в результате чего устраняются колебания уровня при изменении пе­репада давлений на регулирующем клапане.

назад к разделу "Статьи"