Анализ гидродинамических характеристик нестационарного потока расплава полимера в расплавопроводах плавильно-формовочных машин

Актуальность работы. Основным оборудованием, вырабатывающим силовую энергию в промышленных и отопительных котельных, являются паровые: водогрейные котлы, и одной из главных задач при выработке тепловой энергии вляется экономия всех видов топлива.

Рациональное и безопасное сжигание топлива в котлах, в первую очередь, ависит от профессиональных знаний обслуживающего персонала, от грамотной и 'Сзопасной эксплуатации котлов и котельного оборудования.

При правильной эксплуатации котельных установок можно обеспечить 'ссперебойную и экономичную работу котлов и оборудования, уменьшить расходы [а их ремонт, сэкономить топливо.

Трудоемкие процессы, связанные с производством и распределением тепловой I электрической энергии на современных энергетических станциях, в основном юханизированы, и труд человека состоит в том, чтобы управлять машинами, 1еханизмами и установками (перемещать регулирующие органы, включать и ыключать оборудование и т. п.) и наблюдать за их работой непосредственно или по 1змерительным приборам.

Однако механизация, даже полная, круглосуточно работающего нергетического оборудования не избавляет человека от утомительного и |Днообразного труда по управлению основными и вспомогательными установками нергетических станций, а, что самое главное, не гарантирует их надежной и кономичной работы даже при высокой квалификации эксплуатационного [срсонала. Это обусловило большое развитие автоматизации в современной нергетике. Теплоэнергетика, отличающаяся широкой механизацией ехнологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к очности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, вляется той областью науки и техники, где постоянно находят приложение методы еории и новые технические средства автоматического управления.

Попытки решить новые задачи по управлению с помощью существующего: омплекса традиционных и всеобъемлющих, но разрозненных технических средств •есперспективны. В настоящее время происходит бурное развитие производства лектронно-вычислительных машин. Особенно перспективны ЭВМ, риспособленные для сбора и переработке информации о работе промышленных бъектов. С помощью таких ЭВМ возможно решение задач по управлению и выдаче езультатов в виде советов оператору или сигналов-команд исполнительным стройствам, расположенным на объекте. Таким образом, часть функций по правлению и контролю сложными технологическими процессами, довольно начительная по объему, передается ЭВМ, в том числе: массовый контроль и игнализация, расчет численных значений технико-экономических показателей тдельных агрегатов и ТЭЦ в целом, оптимизация некоторых режимов работы борудования и др.

Наряду с ЭВМ продолжают широко использоваться системы индивидуального онтроля важнейших параметров, АСР отдельных участков технологического роцесса ТЭЦ, автономные системы дистанционного управления и автоматической силовой защиты энергетического оборудования.

В результате на тепловых электростанциях сложились следующие втоматизированные системы управления технологическими процессами в паровом отле:

1.Регулирование процессов горения и парообразования:

— регулирование давления перегретого пара Рп., и тепловой нагрузки Вп. п;

— регулирование избытка воздуха в топке (содержания О2, %) за пароперегревателем, влияющего на экономичность процесса горения;

— регулирование разрежения в верхней части топки 8х.

2. Регулирование перегрева пара.

3. Регулирование питания паровых котлов.

4. Регулирование непрерывной продувки и расхода корректирующих добавокотловой водьг

До сих пор автоматизация теплоэнергетических установок шла по пути оздания отдельных контуров управления, в то время как такой объект управления, :ак паровой котел, является многоконтурным и многосвязным. Автономные локальные) АСР парового котла выполняют непрерывное и достаточно: ачественное регулирование отдельных технологических процессов, т. е. решают астные задачи оптимизации, но не предназначены для решения задач оптимизации) аботы парового котла в целом, не говоря уже об оптимизации работы в целом всей: эц.

Цель диссертационной работы. К основным задачам диссертационной) аботы относятся:

— исследование процесса выработки пара котлом как объекта управления;

— постановка задачи синтеза системы управления процессом выработки пара паровым ко']лом;

— разработка топологической модели объекта управления — котла;

— решение задачи структурной идентификации модели объекта управления с помощью теории С-графов;

— решение задачи параметрической идентификации модели объекта управления методом регрессионного анализа (разработка математической модели котла в стационарном режиме);

— обоснование оптимального алгоритма управления котлом;

— разработка алгоритма оптимального управления котлом по минимуму расхода топлива на единицу выработанного и отданного потребителям пара, при работе в определенном режиме и ограничениях на управление;

— разработка принципа адаптивного управления котлом.

Методы исследования. В процессе синтеза оптимального алгоритма 'правления паровым котлом использовались методы теории систем многосвязного 'правления, методы теории графов, матричного исчисления, методы) егрессионного анализа, симплекс-метод.

Результаты работы получены с помощью программного пакета Matlab 5.2 и [акета прикладных программ «Синтез», предназначенного для автоматизированного фоектирования в аналитическом виде систем управления топологическим методом, 'асчёт коэффициентов модели, и поиск оптимальных решений производились с юмощыо программы Excel из пакета программ Microsoft Office.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— процесс выработки пара предлагается рассматривать как многосвязный объект управления;

— в постановке задачи синтеза системы управления процессом выработки пара барабанным котлом;

— в использовании топологических методов при структурной идентификации работы котла;

— в разработке математической модели котла в стационарном режиме;

— в разработке регрессионной модели технологического процесса выработки пара;

— в разработке оптимального алгоритма управления котлом по минимуму расхода топлива на единицу выработанного и отданного потребителям пара, при работе в определенном режиме и ограничениях на управление;

— метод реализации оптимального алгоритма управления котлом по минимуму расхода топлива на единицу выработанного и отданного потребителям пара;

— проведенные исследования служат основой для организации на базе существующего оборудования системы адаптивного автоматизированного управления котлом. Этот этап исследования является начальным в осуществлении многоуровневого оптимального управления теплоэнергетическим хозяйством в целом.

Достоверность результатов диссертации основывается на использовании 'бщепризнанных теоретических аппаратов исследования. Результаты, полученные в щссертационной работе, и сформулированные выводы находятся в соответствии с огикой физических рассуждений.

Практическая ценность. Исследования выполнялись в рамках госбюджетной ематики «Топологические методы идентификации и синтеза систем управления шогосвязнымп объектами» (КОД ГРНТР1 271 919), выполняемой Братским осударственным техническим университетом по направлению «Теория, методы и редства автоматизации систем переработки информации и управления» .

Результаты диссертационной работы позволили оценить возможность 'рганизации оптимального управления технологическими процессами дотекающими на тепловых энергетических станциях, с дальнейшей реализацией лгоритма управления на АСУ ТП внедряемых на ТЭЦ-6.

Настоящие исследования служат основой для дальнейшего развития шогосвязной системы управления процессом выработки пара и позволят вести оптимальное управление процессом по другим критериям оптимальности или в, ругих режимах. С увеличением информации об объекте управления, существует озможность выбора другого канала управления для реализации оптимального правления котлом.

Полученные результаты могут использоваться для создания системы втоматизированного проектирования (САПР) систем регулирования и управления [аровым котлом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-ехнических конференциях Братского государственного технического университета 19 научно-техническая конференция — Братск, 1998; 20 — Братск, 1999) и на [аучно-практической конференции Иркутскэнерго (Иркутск, 2000).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 татьи, 4 тезиса докладов.

В первой главе дан анализ способов выработки пара и сформулирована задача втоматизированного оптимального управления процессом выработки пара по Ъ1бранным критериям.

Во второй главе проведен анализ способов синтеза систем управления ложными многосвязными объектами

В третьей главе разрабатывается математическая модель процесса выработки lapa барабанным котлом.

Для выявления взаимосвязей параметров котла был проведен ряд кспериментов, учтен опыт работы групп НТО на ТЭЦ-6, проработан большой |бъем технологической литературы.

Получены модели:) В,=0.043 5*02(л)+0.0587*02(п)+1 .313*Вп.п+0.0987*Р, ппГПП-0.162*0,в) Т, пп⁰.581*'Гп.11−0.281*0Ш1р (ртп-1)-0.0139*В,"р (Ртп-2)+

0.133I-:DBI!plpIri—r^-0644:i-DRllp (pT[[-4)J а*-'-Лвпр (аварнйнын)~л

0.127*'1 П .Ш1 Ю (1сг, IJ+0.14^ТП Д0| Ю (lexг2)+0Л22*Тп.лоПС)(1сттЗУ+0. 124*Т'п-дсПО (1стт4)) 02 = 0.919*0 В + 0.274*в, + 0.0157*рп.п, гпп-0.713*0п," =0.001 39*0, -0.293*0&bdquo-в-0. 04 14*Tn, B + 0.588*Pne + 0.0678*B,-1.0*Q", n) T, = -25.329*B, + 4.2*P", nn + 4.19*Dn,-0.0199* Gn,.

В четвертой главе разработан алгоритм оптимального управления котлом и •боснован выбор метода оптимального управления процессом выработки пара, Считывая характер процесса выработки пара, где контроль некоторых ехнологических параметров и выдача управляющих воздействий на объект [роизводится дискретно, в качестве математического аппарата для алгоритма оптимального управления был выбран симплекс-метод.

Вычисления проводились при помощи программного продукта Microsoft Excel, -ходящего в программный пакет Microsoft Office.

В диссертационной работе предложена концепция универсального алгоритма оптимального управления, которая позволяет разработать на базе существующего [рограммного обеспечения и приведенных алгоритмов оптимального управления, истему автоматического проектирования (САПР) систем управления паровыми: отлами.

В пятой главе разработана структура адаптивной автоматизированной нстемы управления паровым барабанным котлом. Были рассмотрены современные ехнические средства АСУТП, проведен анализ измерений технологических [араметров. Эти исследования определяют структуру автоматизированной системы •правления.

Структура адаптивной автоматизированной системы управления процессом ъфаботки пара основана на изучении структуры объекта управления, методе [олучения математических моделей расхода топлива, избытка кислорода. 9 емпературы перегретого пара, количества вырабатываемого пара, температуры юталла пароперегревателя, и определении экстремумов в задаче с ехнологическими ограничениями по поиску оптимального решения.

Изложенные принципы управления котлом могут послужить основой для 'рганизации оптимального управления котло-турбинным цехом, при условии их дльнейшего развития. Этому способствует техническая организация АСУ ТП.

Выводы:

1. Из обзора средств АСУТП, применяемых на тепловых станциях видно, что измерение технологических параметров производится с достаточной точностью для внедрения алгоритмов управления процессами, протекающими на тепловых станциях. Достоинством современных измеряющих средств АСУТП является направленность их на совместное использование с ЭВМ.

2. Наличие необходимых средств АСУТП при разработке алгоритмов по адаптивному управлению позволяет создать адаптивную автоматизированную систему управления процессами, протекающими в паровых котлах. Приведён обобщённый алгоритм работы такой системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Определены цели автоматизированного управления паровым котлом.

2. В результате проведенных исследований на ТЭЦ-6, на котле БКЗ-3?0−140 ПТ, были определены необходимые для процесса синтеза системы управления технологические параметры.

3. На основе предложенного топологического метода разработан С-граф процесса выработки пара, получена матрица системы, характеризующая зависимости технологических параметров. Решена задача структурной идентификации зависимостей расхода топлива, количества кислорода за пароперегревателем, расхода перегретого пара, температуры перефетого пара и температуры металла пароперегревателя.

4. Методом наименьших квадратов найдены регрессионные коэффициенты полученной модели, т. е. решена задача параметрической идентификации зависимостей расхода топлива, количества кислорода за пароперегревателем, расхода перегретого пара, температуры перегретого пара и температуры металла пароперегревателя.

5. Разработан оптимальный алгоритм управления по минимуму расхода топлива при минимальных излишках выработанного пара, с учетом существующих ограничений на технологические параметры.

6. Для нескольких стационарных режимов рассчитаны оптимальные значения технологических параметров.

7. На базе алгоритма оптимального управления разработана схема адаптивной автоматизированной системы управления паровым барабанным котлом БКЗ-320−140 ПТ.