Система регулирования горения топлива в проходной нагревательной печи
1. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В ПРОХОДНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ, Содержащая датчики температуры печи и расходов топлива и воздуха, задатчик температуры печи, регуляторы температуры и соотношения , исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха, первый сумматор, первый вход которого соединен с задатчйком температуры печи , а выход - с регулятором температуры , и второй сумматор, первый вход которого соединен с вькодом датчика расхода топлива, второй вход - через корректор с выходом регулятора топлива, третий вход - с выходом датчика расхода воздуха, а выход второго сумматора соединен с регулятором соотношения, отличающаяся тем1что, с целью повьшения точности регулирования, она дополнительно сод,ержит блок определения эффективной температуры печи, блок определения периода колебаний температуры печи, датчик продвижения заготовок в печи, генератор тактовых импульсов, аналогоцифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, при этом первый вход блока определения эффективной температуры печи соединен . через аналого-цифровой преобразователь с выходом датчика температуры печи, второй вход - с выходом блока определения периода колебаний температуры печи, третий вход - с выходом генератора тактовых импульсов, а выход блока определения эффективной температуры печи соединен через цифроаналоговый преобразователь с вторым входом первого сумматора, пер (Л вьш вход блока определения периода колебаний температуры печи соединен с выходом датчика продвижения заготовок в печи, а второй вход - с выходом генератора тактовых импульсов. 2. Система поп.1, отличающая с я тем, что блок определения эф4 фективной температуры печи содержит ре;о гистры сдвига, дешифратор, элементы ИЛИ, управляемые вентили, сумматор и элемент давления, выход которого подключён к вькоду блока определения эффективной температуры печи, первый вход этого блока соединен с информационным входом первого регистра сдвига , второй вход - с входом дешифратора и первым входом элемента деления , а третий вход блока определения средней температуры печи соединен с управляющими входами регистров , сдвига, соединенных между собой последовательно по информационному ка налу, выходы дешифратора (кроме по
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3675438/22-02 (22) 15. 12. 83 (46) 07.04.85. Бюл. ))- 13 (72) Л.Л.Прядкин, Б.И.Бойчук, В.В.Батальянец и В.Ф.Безуглая (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (53) 621. 183.3(088..8) (56) 1. Каганов Вд). и др. Автоматизация управления металлургическими процессами. М., "Металлургия", 1974, с. 119-142..
2. Авторское свидетельство СССР
Р 446718, кл. F 23 N 5/00, 1974.
3. Авторское свидетельство СССР
N - 890029, кл. F 23 N 1/02, 1981. (54)(57) 1. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ
ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В ПРОХОДНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ, содержащая датчики температуры печи и расходов топлива и воздуха, задатчик температуры печи, регуляторы температуры и соотношения, исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха, первый сумматор, первый вход которого соединен с задатчиком температуры печи, а выход — с регулятором температуры, и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, второй вход — через корректор с выходом регулятора топлива, третий вход — с выходом датчика расхода воздуха, а выход второго сумматора соединен с регулятором соотношения, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, она дополнительно сорержит блок определения эффективной температуры печи, блок определения периода колебаний температуры печи, датчик продвижения заготовок в печи, генератор тактовых импульсов, аналогоцифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, при этом первый вход блока определения эффективной температуры печи соединен через аналого-цифровой греобразователь с выходом датчика температуры печи, второй вход — с выходом блока определения периода колебаний температуры печи, третий вход - с выходом генератора тактовых импульсов, а выход блока определения эффективной температуры печи соединен через
Ь цифроаналоговый преобразователь с вторым входом первого сумматора, первый вход блока определения периода колебаний температуры печи соединен с выходом датчика продвижения заготовок в печи, а второй вход — с выходом генератора тактовых импульсов.
2. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что блок определения эффективной температуры печи содержит регистры сдвига, дешифратор, элементы
ИЛИ, управляемые вентили, сумматор и элемент давления, выход которого подключен к выходу блока определения эффективной температуры печи, первый вход этого блока соединен с информационным входом первого регистра сдвига, второй вход — с входом дешифратора и первым входом элемента деле- фЬ ния, а третий вход блока определения средней температуры печи соединен с управляющими входами регистров сдвига, соединенных между собой последовательно по информационному каналу, выходы дешифратора (кроме по11 следнего) соединены с первыми входами элементов ИЛИ, выход каждого из которых подключен к второму входу предыдущего элемента ИЛИ и к управляющему входу соответствующего управляемого вентиля, последний выход дешифратора соединен непосредственно с вторым входом последнего элемента ИЛИ и с управляющим входом последнего управляемого вентиля, информационный вход каждого из управляемых вентилей соединен с выходом соответствующего регистра сдви
ra, а его выход — с одним из входов сумматора, выход которого соединен с вторьи входом элемента деления.
3. Система по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что блок опреде49107 ления периода колебаний температуры печи содержит счетчик импульсов, регистр сдвига, ограничитель и задатчик максимально допустимого периода колебаний, выход которого соединен с вторым входом ограничителя, первый вход блока определения периода колебаний температуры печи с.оединен с входом "Сброс" счетчика импульсов и с управляющим входом регистра сдвига, а второй вход блока — с информационным входом счетчика импульсов, информационный вход регистра сдвига соединен с выходом счетчика импульсов, а его выход — с первым входом ограничителя, выход которого соединен с выходом блока определения периода колебаний температуры печи.
Изобретение относится к автоматическому регулированию процесса горения топлива и может быть использо. вано в черной и цветной металлургии при автоматизации управления проход- 5 ными нагревательными печами.
Известна система регулирования го рения топлива, обеспечивающая поддержание на заданных уровнях температуры в печи и соотношения между расходами топлива и воздуха, подаваемых в рабочее пространство. Система содержит датчики температуры и расходов- топлива и воздуха, регуляторы температуры и соотношения и ис- 15 полнительные механизмы подачи топлива и воздуха (1).
Отличительной особенностью систем регулирования горения является последовательньй характер работы регу- 20 ляторов температуры и соотношения в переходных режимах, что обусловлено запаздываниями, вносимыми в систему датчиками расхода топлива и воздуха. Возникающие при этом большие динамические ошибки регулирования соотношения приводят либо к недожогу топлива св случае его избытка, либо к повышенному росту окалиньгна поверхности нагреваемого металла в случае избытка подаваемого воздуха, т.е. снижается качество нагрева и качес::яо сжигания топлива.
Известна система регулирования горения, содержащая датчики температуры печи и расходов топлива и воздуха, корректирующие устройства расходов топлива и воздуха, регуляторы температуры и соотношения и исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха (2).
В данной системе организовано пе- рераспределение очередности работы регуляторов температуры и соотношения в зависимости от знака отклонения от задания температуры печи. При этом в случае уменьшения температуры ведущим является. регулятор соотношения, а ведомым — регулятор температуры, и, наоборот, при увеличении температуры ведущим является регулятор температуры, а ведомым - регулятор соотношения. В результате этого в зоне горения в переходных режи- мах имеет место только избыток воздуха. Таким образом, недостатком данной системы является недостаточное качество регулирования, так как в системе не обеспечивается требуемое соотношение между расходами топлива
»491 и воздуха в переходных режимах, что неэкономично.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система регулирования горения, в которой снижение динамических ошибок регулирования достигается путем одновременного перемещения исполнительных механизмов подачи топлива и воздуха при отклонении температуры tO печи от задания.
Система содержит датчики температуры печи и расходов топлива и воздуха, задатчик температуры печи, регуляторы температуры и соотношения, 15 испонительные механизмы подачи топлива и воздуха, первый сумматор, первый вход которого соединен с эадатчиком температуры печи, а выход — с регулятором температуры, и второй сум- 20 матор, первый вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, второй вход — через корректор с выходом регулятора топлива, третий вход — с выходом датчика расхода воз-25 духа, а выход второго сумматора соединен с регулятором соотношения.
При отклонении температуры печи а выходе первого сумматора появляется сигнал рассогласования, который ЗО через второй сумматор одновременно поступает на вход регулятора температуры и через этот регулятор, корректор, логический блок и третий сумматор на вход регулятора соотношения. В результате регуляторы одновременно выдают сигналы на исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха.
Регуляторы перемещают исполнитель-40 ные механизмы до тех пор, пока на выходе второго и третьего сумматоров сигнал рассогласования станет меньше зоны нечувствительности регулятора. При этом логический блок разрывает цепь, связывающую корректор с третьим сумматором, и включаеФ цепь между вторым дифференциатором и вторым входом второго сумматора. . При изменении давления топлива на выходе второго дифференциатора появляется сигнал, пропорциональный скорости этого изменения, который через логический блок и второй сумматор поступает на вход регулятора. температуры, перемещающего исполнигепьный механизм подачи топлива, компенсируя тем самым изменение давле07 4 ния топлива. Аналогичным образом в системе осуществляется и компенсация изменения давления воздуха (3) .
Однако известная система имеет недостаточную точность регулирования процесса горения, обусловленную существенной нелинейностью расходной характеристики регулирующих органов, а также наличием значительных люфтов в сочленении исполнительных механизмов с регулирующими органами.
В случае использования системы на проходных нагревательных печах погрешность возрастает. Это обусловлено тем, что проходные нагревательные печи по сравнению с многими другими тепловыми агрегатами характеризуются более высокой степенью воздействия со стороны внешних возмущений и прежде всего дискретного перемещения нагреваемой садки металла в печи. Действие такого возмущения имеет место в данком случае поскольку продвижение металла в печи происходит лишь непосредственно перед выдачей очередной заготовки, а в остальное время он находится бЪз движения. В этих условиях изменение температуры поверхности металла принимает пилообразный вид, при котором периоды непрерывного возрастания параметра чередуются с его скачкообразными падениями во время очередного продвижения заготовок. В результате на изменения температуры печи, вызванные изменениями темпа, выдачи нагретых заготовок (производительности печи), накладывается высокочастотная составляющая.
Целью изобретения является повышение точности регулирования.
Указанная цель достигается тем, что система регулирования горения топлива в проходной нагревательной печи, содержащая датчики температуры печи и расходов топлива и воздуха, эадатчик температуры печи, регуляторы температуры и соотношения, исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха, первый сумматор, первый вход которого соединен с задатчиком температуры печи, а выход - с регулятором температуры, и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, второй вход — через корректор с выходом регулятора топлива, третий вход — с выходом датчи1149107 ка расхода воздуха, а выход второго сумматора соединен с регулятором соотношения, дополнительно содержит блок определения эффективной температуры печи, блок определения периода колебаний температуры печи, датчик продвижения заготовок в печи, генератор тактовых импульсов аналогоФ цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь, при этом первый вход блока определения эффективной температуры печи соединен через аналого-цифровой преобразователь с выходом датчика температуры печи, второй вход — с выходом блока определения периода колебаний температуры печи, третий вход — с выходом генератора тактовых импульсов, а роаналоговый преобразователь с вторым входом первого сумматора, первый вход блока определения периода колебаний температуры печи соединен выходом датчика продвижения заготовок,в печи, а второй вход — c выходом генератора тактовых импульсов.
Кроме того, блок определения эффективной температуры печи содержит регистры сдвига, дешифратор, элементы ИЛИ, управляемые вентили, сумматор и элемент деления, выход которого подключен к выходу блока определения эффективной температу30 ры печи, первый вход этого блока со- 35 единен с информационным входом первого регистра сдвига, второй вход— с входом дешифратора и первым входом элемента деления, а третий вход блока определения средней температу- 4g ры печи соединен с управляющими входами регистров сдвига, соединенных между собой последовательно по информационному каналу, выходы дешифратора (кроме последнего) соединены с первыми входами элементов ИЛИ, выход каждого из которых подключен к второму входу предыдущего элемента
ИЛИ и к управляющему входу соответствующего управляемого вентиля, последний выход дешифратора соединен непосредственно с вторьм входом последнего:.элемента ИЛИ и с управляющим входом последнего управляемого вентиля, информационный вход каждого из управляемых вентилей соединен с выходом соответствующего регистра сдвига, а его выход » с одвыход блока определения эффективной температуры печи соединен через циф- Ю ним из входов сумматора, выход которого соединен с вторым входом элемента деления.
При этом блок определения периода колебаний температуры печи содержит счетчик импульсов, регистр сдви- га, ограничитель и задатчик максимально допустимого периода колебаний, выход которого соединен с вторым входом ограничителя, первый .вход блока определения периода колебаний температуры печи соединен с входом "Сброс" счетчика импульсов и с управляющим входом регистра сдвига, а второй вход блока — с информационным входом счетчика импульсов, информационный вход регистра сдвига соединен с выхсдом счетчика импульсов, а его выход — с первым входом ограничителя, выход которого соединен с выходом блока определения пери— ода колебаний температуры печи.
Введение в систему регулирования горения топлива блока определения эффективной температуры печи, блока определейия периода колебаний температуры печи, датчика продвижения заготовок в печи,:.генератора тактовых импульсов, АЦП и ЦАП позволяет сглаживать колебания температуры печи, вызванные дискретным перемещением нагреваемых заготовок, что обеспечивает .снижение доли переходных процессов в общем времени и вследствие этого повышает качество сжигания, топлива. При этом сглаживание осуществляется путем усреднения показаний датчика температуры печи на интервале (с — g, c) где 2 — текущее время, à S — период колебаний температуры печи, определяемый по интервалу времени между перемещениями нагреваемых заготовок °
Поскольку в системе достигается высокая степень подавления колебательных составляющих сигнала по температуре печи, то полученный при сглаживании результат можно рассматривать как эффективную температуру печи, т.е. как температуру,.не учитывающую влияние на нее случайных возмущений (в том числе и дискретного перемещения заготовок в печи) и, следовательно, более достоверно характеризующую в каждый момент времени :тепловой поток, падающий на нагреваемые заготовки.
1149107
Вместе с тем введение указанных элементов не вносит существенное запаздывание в контур управления температурой печи, а следовательно, не ухудшает качество нагрева металла. 5
На фиг.1 представлена схема предлагаемой системы регулирования горения в проходных нагревательных печах; на фиг.2 — схема блока определения эффективной температуры печи; на фиг.3 — схема блока определения периода колебаний температуры печи, на фиг.4 — кривые зависимости изменения температуры печи от интервала времени между передвижениями нагреваемых заготовок, где А — кривая изменения интервала времени между передвижениями заготовок в рабочем пространстве печи Б — кривая изменения температуры поверхности 20 нагреваемых заготовок,  — кривая изменения температуры печи; à — кривая изменения эффективной температуры печи; Д вЂ” кривая изменения сглаженной с помощью демпфирующего 25 фильтра температуры печи, на фиг.5— кривые переходных процессов, протекающих в предлагаемой и известной системах при ступенчатом увеличении производительности печи, где Зо
Е . — кривая изменения температуры печи при выключенной системе регулирования, Ж вЂ” начальный расход топлива, подаваемого в зону нагрева;
3 — кривая изменения температуры печи в предлагаемой системе; И вЂ” кривая изменения эффективной температуры в предлагаемой системе, К вЂ” кривая изменения расхода топлива в предла.гаемой системе; Л вЂ” кривая изменения 4g температуры печи в известной системе, М вЂ” кривая изменения расхода топлива в известной системе, Н вЂ” задание на температуру печи; 0 — .зона нечувствительности регулятора темпе- 45 ратуры в предлагаемой системе, П вЂ”, зона нечувствительности регулятора температуры в известной системе.
Система регулирования горения содержит датчик f температуры печи, 1р печь 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, блок 4 определения эффективной температуры печи, блок
5 определения периода колебаний температуры печи, генератор 6 тактовых импульсов, датчик 7 продвижения заготовок в печи, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 8, первый сумматор 9„задатчнк 10 температуры печи, регулятор 11 температуры, исполнительный механизм 12 подачи топлива, корректор 13, второй сумматор
14, датчик 15 расхода топлива, датчик 16 расхода воздуха, регулятор
17 соотношения, исполнительный механизм 18 подачи воздуха.
Датчик 1 температуры печи установлен в рабочем пространствегнечи 2 и соединен через АЦП 3 с блоком 4 определения эффективной температуры печи, второй и третий входы которого соединены с блоком 5 определения периода колебаний температуры печи и генератором 6 тактовых импульсов.
Первый вход блока 5 подключен к датчику 7 продвижения заготовок в печи, а второй вход — с выходом генератора 6. Выход блока 4 через ЦАП 8 соединен с первым входом первого сумматора 9, второй вход которого соеди с: нен с задатчиком 10 температуры печи, а выход — с регулятором 11 температуры. Выход регулятора 11 соединен с исполнительным механизмом 12 подачи топлива и через корректор 13 с вторым входом второго сумматора 14, первый вход которого соединен с выходом датчика 15 расхода топлива, третий вход — с выходом датчика 16 расхода воздуха, а выход сумматора .
14 соединен с регулятором 12 соотношения управляющим исполнительньм механизмом 18 подачи воздуха. Исполнительные механизмы 12 и 18 установлены на печи 2 и соединены с датчиками 15 и 16 соответственно.
Блок 4 определения эффективной температуры печи (фиг.2) содержит регистр 19 сдвига, дешифратор 20, элемент 21 деления, элемент ИЛИ 22 управляемый вентиль 23, сумматор 24 °
Первый вход блока 4 соединен с информационным входом первого регистра
19 сдвига, второй вход - с входом дешифратора 20 и с первым входом элемента 21 деления, а третий вход блока 4 соединен с управляющими входами регистров 19 сдвига, соединенных между собой последовательно по информационному каналу. Выходы дешифратора 20 (кроме последнего) соединены с первыми входами элементов
ИЛИ 22, выход каждого из которых подключен к второму входу предыдущего элемента ИЛИ 22 и к управляющему входу соответствующего управляю1149107
l0 щего вентиля 23. Последний выход дешифратора 20 соединен непосредственно с вторым входом последнего элемента ИЛИ 22 и с управляющим входом последнего управляемого вентиля 23.
Информационный вход каждого из вентилей 23 соединен с выходом соответствующего регистра 19 сдвига, а его выход — с одним из входов сумматора
24. Выход же сумматора 24 соединен 10 с вторым входом элемента 21 деления, выход которого соединен с выходом блока 4.
Блок 5 определения периода колебаний температуры печи (фиг.З) содержит счетчик 25 импульсов, регистр 26 сдвига, ограничитель 27, задатчик 28 максимально допустимого периода колебаний температуры печи.
Первый вход блока 5 соединен с входом"Сброс" счетчика 25 и с управляющим входом регистра 26, а второй вход блока 5 соединен с информационным входом счетчика 25. Информацион" ный вход регистра 26 соединен с вы- 25 ходом счетчика 25, а его выход — с первым входом ограничителя 27, второй вход которого соединен с задатчиком 28, а выход — с выходом блока 5.
Корректор 13 представляет собой 30 .блок нелинейных преобразований типа БНП из номенклатуры комплекса электрических аналоговых средств регулирования в микроэлектронном исполнении "АКЭСР".
Датчик 7 продвижения заготовок в печи является стандартным и представляет собой индикатор положения металла типа ИРМ, который устанавливается над столом выгрузки из печи нагретых заготовок.
Генератор 5 тактовых импульсов .является стандартным.
Для .определения эффективной (сгла-. женной) температуры печи в предлагаемой системе используется следующее выражение:
J-t
1 -1
t„=Ý У: гс )
)=о 50 где 1 „ — эффективная температура печи, К, — измеренная температура печи, К;
1= — дискретные моменты вре- 55 мени;
Ьь — величина шага по времени, с, г — число шагов по времени, укладывающихся в период колебаний температуры печи.
Период 3 определяется по интервалу между моментами последнего и. и г д и предпоследнего г „. продвижений заготовок ч печи, т.е.
В = „- „., (n 1,2,„,) .
Для предотвращения появления больших отклонений между измеренной температурой печи и ее эффективным значением, которые могут возникнуть сразу после окончания простоев прокатного стана, характеризующихся большими интервалами между продвижениями нагреваемых заготовок, найденный по выражению (2) период колебаний 3 ограничивается максимально допустимым значением 3c так что
3:, QpM 8". < 8i
0 = о
Система работает следующим образом.
Генератор 6 через равные промежутки времени, равные 2, вырабатывает тактовые импульсы, которые, поступая через второй вход блока 5, суммируются в счетчике 25. В момент продвижения заготовок в рабочем пространстве печи срабатывает датчик 7 и на первый вход блока 5 поступает единичный импульс, по которому содержимое счетчика 25 переписывается в регистр 26, а затем обнуляется. В результате в регистре
26 формируется число 3 шагов времени, укладывающееся в интервал между моментами продвижения нагреваемых заготовок. С помощью ограничителя 27 число шагов по времени ограничивается максимально допустимым значением 3 (3 = о " l ь ) задаваемым задатчиком 28. Полученный результат поступает на второй вход блока 4.
Вместе с этим на вход блока 4,поступают также сигналы с выходов генератора 6 и датчика 1 температуры печи. Последний сигнал, предварительно преобразованный с помощью преобразователя 3 в цифровой вид, подается на первый вход блока 4, и дальше на информационный вход первого регистра 19, общее количество
1149107
35 которых в блоке 4 равно максимальному допустимому числу шагов по времени 7.
При поступлении через третий вход блока 4 очередного тактового импульса от генератора 6 содержимое ре- 5 гистров 19 циклически. сдвигается на один элемент вверх. При этом в освободившийся регистр записывается текущее значение температуры печи, поступающее от датчика 1 а последний регистр затирается информацией иэ предыдущего регистра.
Дешифратор 20, на вход которого поступает число шагов по времени 1, обеспечивает подачу единицы на пер- 15 вый вход того элемента ИЛИ 22, порядковый номер которого равен, При этом на выходе всех элементов ИЛИ 22, порядковый номер которых меньше или равен 3, формируется единица. В 20 результате оказываются открытыми управляемые вентили 23 с порядковыми номерами от 1 до 3, и на вход сумматора 24 поступает содержимое только тех регистров 19, которые имеют 25 те же порядковые номера. Результат сложения в сумматоре 24 после деления в элементе 21 на число ) шагов по времени и представляет собой выходной сигнал блока 4 — эффектив- ЗО ную температуру печи, которая в отличие от измеренного сигнала не содержит высокочастотных колебаний, вызванных дискретным перемещением заготовок в рабочем пространстве печи.
В дальнейшем найденная эффективная температура печи в сумматоре 9 сравнивается с заданием, поступающим с задатчика 10, и по сигналу рас- 4g согласования на выходе сумматора 9 регулятор 11 температуры управляет исполнительным механизмом 12 подачи топлива. Регулятор 17 соотношения управляет исполнительным механизмом 45
18 подачи воздуха., по сигналу рассогласования, поступающему с сумма- тора 14, в котором сигналы, поступающие с выхода датчика 15 расхода топлива и через корректор 13 с выхода 50 регулятора 11, сравниваются с сигналом, поступающим с выхода датчика 16 расхода воздуха. В этом случае. при
; превышении сигнала рассогласования на выходе сумматора 9 зоны нечувствительности регулятора .11, исполнительные механизмы 12 и 18 начинают одновременно перемещаться. Регулято ры 11 и 17 перемещают исполнительные механизмы 12 и 18 до тех пор пока сигнал на выходе сумматоров 9 и 14 не станет меньше зоны нечувствительности регуляторов.
Для иллюстрации работы блока определения эффективной температуры печи представлены кривые зависимости температуры печи от интервала времени между продвижениями нагреваемых заготовок (фиг.4) . Одновременно фиксируется время, когда производится продвижение заготовок в печи n (й 1,...,8) и определяются интервалы времени между этими продви>еНН Н 3< ь и - < в- (0=1, ° ° .,8) °
Как видно из приведенной на фиг.4 зависимости дискретное перемещение садки металла в печи придает изменению температуры заготовок поверхностей пилообразный характер, который отражается на изменении температуры печи в виде высокочастотных колебаний. При этом частота таких колебаний совпадает с частотой про-. движения заготовок в печи, а их амплитуда в течение переходного npbцесса, вызванного изменением производительности печи, принимает значения в пределах от 5 до 10 К.
В качестве примера на фиг.4 показан (кривая Г) вид сглаженной (эффективной) температуры печи. Во всех случаях, в том числе и в приведенном на фиг.4, амплитуда остаточных колебаний в сглаженном сигнале не превышает 0,5 К. В связи с тем, что в моменты продвижения нагреваемых заготовок в блок определения эффективной температуры печи вводится новое значение периода колебаний температуры печи, сглаженный сигнал в эти моменты времени может содер- жать скачки величиной до 1 К, Можно считать, что амплитуда колебаний эффективной те :пературы печи не превышает 0,5 К, что намного превосходит зону нечувствительностн, уста навливаемую на регуляторе температуры.
Вместе с тем введение в систему регулирования горения элементов, обеспечивакицих сглаживание сигнала по температуре печи вносит в нее определенное запаздывание, которое может быть компенсировано путем уменьшения чувствительности регулятора температуры. Установлено, что
1149107
14
l3 для достижения точности регулирования температуры печи + 10 К зона нечувствительности должна быть снижена до величины + 2 К. Такое снижение величины зоны нечувствитель- 5 ности вполне оправдано, поскольку она и в этом случае по крайней мере в четыре раза, превышает максимально возможную амппитуду колебаний . эффективной температуры печи.
Для иллюстрации работы всей системы регулирования горения в целом, а также для .сравнения ее с работой известной системы представлены кривые переходных процессов (фиг.5) полученные в условиях изменения производительности печи. Данные кривые построены по результатам моделирования процессов регулирования горения топлива в проходных нагревательных печах, которое по предлагаемой системе проводится на этапе эскизной разработки и предназначается для предварительной проверки правильности принятого технического решения. Моделирование процессов регулирования проводится с использованием цифровых вычислительных машин.
При этом в качестве объекта управления используется его математическая ЗО модель, учитывающая воздействие на температуру печи всех основных возмущений, в том числе дискретного перемещения заготовок в печи.
Кривые переходных процессов 35 (фиг.5) получены при имитации ступенчатого увеличения производительности печи аналогично, как это имело место в реальных условиях (фиг.4).
Поскольку длительность таких пере- 40 ходных процессов намного (в десятки раз) превосходит время регулирования, они изображены не полностью (фиг. 5), а в виде отдельных фрагментов, причем представленные фрагменты относят-4S ся к той части переходного процесса, где достигается максимальная скорость падения эффективной температуры печи.
Кривой Е (фиг.5) показано изменение температуры печи без регулирова- So ния горения топлива, т.е. при постоянном его расходе (прямая Ж).
При использовании для регулирования горения топлива предлагаемой системы (регулирование в этом случае начинается с момента =О, фиг.5) это изменение температуры печи принимает вид, показанный кривой 3 ° Имеющие при этом место изменения эффективной температуры печи и расхода топлива по казаны соответственно кривыми И и К.
При использовании для регулирования горения топлива известной системы изменение температуры печи на рассматриваемом интервале времени принимает вид, как это показано кривой Л, а изменение расхода топлива — кривой
M. В обоих случаях регуляторы температуры настраивают на 20Х неререгулирование, а задание на температуру печи составляет 1290 С (прямая Н).
Величина зоны нечувствительности регулятора температуры в предлагаемой системе устанавливается равной
+ 2К (прямые О), а в известной системе —. + +4 К (прямые П) .
Имеющее место запаздывание в определении эффективной температуры печи в начале переходного процесса в предлагаемой системе (интервал
< =0-300 с фиг.5) связано с отсутР ствием регулирования до момента =О. Это запаздывание, в общем случае пропорциональное скорости изменения эффективной температуры печи,. в данном случае, например, в начале регулирования (7 =О) составляет 6 К. Поскольку при регулировании горения топлива эффективная температ,ра печи стабилизируется около заданного значения, ее скорость изменения становится значительно меньшей, чем без регулирования. В результате этого отмеченное запаздывание практически сводится на нет.
Для приведенного на фиг.5. переходно" го процесса это, например, имеет место, начиная с момента =300 с.
В условиях .изменения производительности .печи переходные процессы в системе протекают по апериодическому типу, в то время как в известной системе они носят колебательный характер. При этом частота нанесения управляющих воздействий (число срабатываний регулятора температуры в единицу времени) в первом случае в два раза меньше, чем во втором.
В установившихся режимах (а они занимают более половины всего времени работы печей), эффективная температура печи практически не меняется и поэтому срабатывания регулятора температуры в системе могут отсутствовать вообще. В среднем
15 1149107 16 же (с учетом доли переходных и уста" ты нанесения управляющих воздей,новившихся рекимов работы печи) по ствий. При этом среднеквадратичное результатам моделирования для пред- отклонение температуры печи от залагаемой системы получено более дания в предлагаемой системе составлячем десятикратное уменьшение часто- ет 9 К,а в известной системе — 7 К.
1149107
Ююосюй
&оУ
Tpemuu
Rot
7epAru
Woo
1149107
1149107
1гУО
1РЮ
ЛЯ
РЮО
1
Z000, 4
7ÞÎ
ЯЮ ЮО 400 500 Я37 рь м, с
Составитель Ю.Рыбьев
Редактор О.Черниченко Техред 3.Палий Корр ек тор И. Му с к а
Заказ 1858/27 Тираж 526 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
