Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 681.58: 697.3

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ КОНТРОЛЛЕРОВ АКТИВНОГО ПИКОВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

С.П. Петров,

А.С. Комаристый,

М.Н. Маяков

Россия, г. Орел, Орел ГТУ

Для автоматизации активных пиковых подогревателей, входящих в локальные контуры когенерационной системы централизованного теплоснабжения, широкое распространение получили контроллеры ТРМ-32, ЭРТ, С-66 (Danfoss) и др., реализующие ПИД закон регулирования [1]. Стабильность работы контроллеров определяется частотой изменения нагрузки и точностью поддержания контролируемых параметров [3]. Применение в контроллерах современных микропроцессоров позволяет большинство операций по настройке реализовать программно.

Контроллеры обеспечивают поддержание заданного теплового и гидравлического режимов у потребителей, подключенных к активному пиковому подогревателю, в условиях непрерывно изменяющихся внешних и внутренних возмущающих воздействий. Контроллеры, реализующие ПИД закон регулирования являются наиболее универсальными. Однако, при их применении действует ограничение: отношение времени транспортного запаздывания () к постоянной времени () объекта управления должно соответствовать условию [1]:

Точность поддержания активным пиковым подогревателем теплового и гидравлического режимов на объекте управления во многом определяется параметрами настройки контроллера. В общем случае необходимая мощность активного пикового подогревателя определяется исходя из значения текущего рассогласования температуры (пропорциональная составляющая), значения скорости изменения температуры в данный момент (дифференциальная составляющая) и характера изменения температуры объекта за некоторый предыдущий период времени (интегральная составляющая) [3].

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА

В большинстве случаев коэффициент передачи регулятора активного пикового подогревателя задается исходя из объема и теплотехнических характеристик объекта управления. Динамические характеристики активного пикового подогревателя: постоянная времени интегрирования и постоянная времени дифференцирования определяются двумя способами. Первый способ аналитический. Точность поддержания температуры определяется по формуле [2]:

,

где - разница между заданной и фактической температурой;

- коэффициент передачи регулятора; - постоянная времени интегрирования;

- постоянная времени дифференцирования.

Указанные в формуле (2) характеристики определяются графически по кривой разгона объекта управления (рисунок 1) [3].

Рисунок 1 - Кривая разгона активного пикового подогревателя

Приведенный график отображает выход активного пикового подогревателя на заданную температуру не с температуры окружающей среды, а с некоторой начальной температуры объекта управления.

Известны также эмпирические формулы определения коэффициента передачи и характеристик регулятора: по времени транспортного запаздывания и постоянной времени объекта управления . Например, для апериодического процесса [3]:

; ,

где - коэффициент передачи объекта управления.

Для процесса с перерегулированием [5]:

; .

Другой способ состоит в установлении в системе управления незатухающих колебаний путем перехода к двухпозиционному закону регулирования [5]. В результате период колебаний такой системы позволяет определить

; .

Коэффициент пропорциональности выбирается из условия:

= ,

где - коэффициент пропорциональности, при котором обеспечиваются незатухающие колебания с амплитудой ;

- допустимая амплитуда колебаний температуры в рабочем режиме. контроллер тепловой гидравлический регулятор

В процессе работы активного пикового подогревателя параметры настройки могут изменяться, что приводит к необходимости их корректировки, причем изменение одного параметра влечет за собой корректировку остальных [4].

Для ускорения процесса настройки во многих ПИД - регуляторах температуры реализован алгоритм автоматической настройки параметров регулирования на заданный объект управления. Настройка производится по кривой разгона. При этом активный пиковый подогреватель должен работать в рабочем режиме, и в рабочем диапазоне температур. Включение самонастройки происходит при включении прибора и при изменении заданной температуры. Режим самонастройки у большинства ПИД - регуляторов включается при отклонении параметров температуры теплоносителя на выходе активного пикового подогревателя более чем на 5°С.

Как видно из рисунка 2, в процессе самонастройки, регулятор сначала включает нагреватель (котел) на максимальную мощность. По достижении определенной температуры и скорости ее нарастания нагрев выключается. Процесс самонастройки заканчивается после остановки нарастания температуры по инерции. Новые параметры сохраняются в памяти. Регулятор продолжает работу с учетом откорректированных параметров.

Рисунок 2 - Характерные периоды самонастройки ПИД - регулятора

Кроме автоматического, в ПИД - регуляторах предусмотрен режим ручной настройки. При ручной настройке необходимо правильно определить параметры объекта управления. В ПИД - регуляторах предусмотрены изменение тангенса угла наклона, смещение точки расчетной температуры наружного воздуха, время импульса и др.). Точность настройки составляет 0,5 -1%. Период включения регулятора определяется установкой ширины импульса (ШИМ) выходного сигнала (Control Period).

Время включения регулятора следует выбирать в пределах от до . Для активного пикового подогревателя, подключенного к группе зданий, время включения регулятора может изменяться от 1 до 30 сек.

Коэффициент пропорциональности может быть настроен на изменение от 1 до 25% мощности на 1°С. При этом, чем более чувствительна система к изменению мощности в нагрузке, тем меньше должен быть коэффициент пропорциональности. Если коэффициент пропорциональности имеет значение меньше оптимального, то при выходе на режим будет наблюдаться слишком раннее выключение мощности в нагрузке (рисунок 3а), в результате чего заданная температура будет достигаться более медленно. Слишком большой коэффициент пропорциональности приводит к значительному перерегулированию (рисунок 3б).

Рисунок 3 - Динамика переходного процесса

а) при коэффициенте пропорциональности меньше оптимального; б) при коэффициенте пропорциональности больше оптимального

Время дифференцирования для активного пикового подогревателя задается в пределах от 30 до 200 сек. Следует отметить, что увеличение времени дифференцирования уменьшает колебания, но увеличивает время переходного процесса. Если увеличение времени дифференцирования не обеспечивает требуемую точность регулирования, необходимо изменить коэффициент пропорциональности.

Как видно из рисунка 5а, завышенное время дифференцирования приводит к перерегулированию и увеличению времени переходного процесса. Уменьшение времени дифференцирования (рисунок 5б) приводит к малой чувствительности регулятора на увеличение скорости изменения температуры, в результате чего провал может быть слишком большим, а время возврата к заданной температуре значительным.

Рисунок 5 - Динамика переходного процесса

а) при завышенном времени дифференцирования; б) при заниженном времени дифференцирования

К подобным результатам может привести неправильная установка любого из параметров ПИД - регулятора, т.к. это изменение влияет на параметры остальных настроек. Только последовательный подбор каждого параметра в отдельности и проверка системы на разных режимах работы в целом обеспечивает качественное управление системой.

Вывод: рассмотренные особенности настройки параметров микропроцессорных ПИД - регуляторов позволяют: 1) оптимизировать процедуру настройки регуляторов; 2) повысить точность поддержания температурного режима активного пикового подогревателя; 3) уменьшить время переходного процесса в системе управления.

Литература

1. Петров, С.П. Автоматизация когенерационных систем теплоснабжения с распределенными пиковыми нагрузками [Текст]: монография / С.П.Петров; под общ. ред. д.т.н., проф. А. И. Суздальцева - М.: Машиностроение - 1, 2007. - 304 с.

2. Петров, С.П. Анализ и синтез системы управления процессом передачи тепловой энергии в когенерационной системе централизованного теплоснабжения. [Текст]: монография / С.П. Петров, М.Н. Маяков; под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. А.И. Суздальцева - Орел: ООО «Издательский дом Орлик и К», 2008. - 316 с.

3. Мухин, О.А. Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции [Текст] О.А. Мухин /Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Высш. шк., 1986. - 304 с.

4. Чистович, С.А. Автоматическое регулирование расхода тепла в системах теплоснабжения и отопления [Текст] С. А. Чистович./ - Л.: Стройиздат, 1975. - 160 с.

5. Петров, С.П. Зависимость динамических характеристик объекта управления и параметров регулятора в функционально завершенной САУ когенерационной системы теплоснабжения [Текст] С.П.Петров // Справочник. Инженерный журнал. - 2006. - № 5. - С. 53-57

Аннотация

Приведена методика расчета параметров настройки контроллеров активного пикового подогревателя, реализующих ПИД закон регулирования, раскрыты особенности работы контроллеров в переходном и установившемся режимах.

The adjustment parameters calculation methods of active peak heater controllers which realize PID principle regulation are given. The peculiarities of a controller operation at the transient and steady conditions are defined.

Размещено на Allbest.ru