Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах централизованного тепло- и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений.
Известен способ управления водогрейной котельной, основанный на измерении температуры воды в трубопроводах котельной за и перед блоком нагрева воды, сравнении этих температур и компенсировании изменения температуры за счет регулирования расхода (см. авторское свидетельство СССР N 1591875, кл. A01G 9/24, F24D, 19/10, 1988). При этом обеспечивают поддержание заданных соотношений между текущими значениями производимой котельной теплоты и теплопотерями потребителя.
Однако этот способ управления не предусматривает возможности автоматического поддержания заданного температурного графика, и, кроме того, при реализации способа необходимо участие оператора для выбора и изменения режима работы котельной.
Наиболее близким аналогом прототипом является способ управления системой горячего теплоснабжения (см. авторское свидетельство СССР N 1495583, кл. F24D 17/00, 1987), включающий измерение температуры воды на входе и выходе блока нагрева воды, определение разности этих температур и корректировку в зависимости от этой разности температур температуры воды на выходе системы.
Хотя данный способ обеспечивает возможность автоматического поддержания оптимальной температуры воды и реализации заданных температурных режимов воды, в нем не предусмотрена возможность работы без оператора при выборе и установке заданных режимов.
Известно устройство автоматического управления отопительной станции (см. например, патент СССР N 847944 от 25.11.77 г. кл. F24D 17/00), включающее систему труб, образующих контур циркуляции и распределительные линии, связанные с системой потребителей тепла, содержащей теплообменники, бойлеры и радиаторы, блок нагрева воды, содержащий параллельно включенные котлы, блок регулирования потока, выполненный в виде насоса, помещенного в контур циркуляции перед входным коллектором блока нагрева воды, а также датчики температуры воды и окружающей среды, блоки задания температуры, блок управления работой отопительных блоков и блок допустимых отклонений температуры отопительных блоков.
В известном устройстве не предусмотрена возможность изменения режимов работы без участия оператора.
Наиболее близким аналогом прототипом является система автоматического регулирования водогрейной котельной (см. авторское свидетельство СССР N 1591875, кл. A01G 9/24, F 24 D 19/10, 1988), включающая блок нагрева воды, выполненный в виде группы котлов, с подающим и отводящим коллекторами, связанную систему трубопроводов с включающей набор вентилей, задвижек и клапанов арматурой, образующих циркуляционный контур, соединенный с этими коллекторами и взаимодействующий с системой потребления тепла, контур рециркуляции, соединенный с подающим и отводящим коллекторами блока нагрева воды и совмещенный в этой части с циркуляционным контуром, и линию перепуска, связанную с подающим и отводящим коллекторами, три блока регулирования потока, из которых два выполнены в виде насоса и регулируемого клапана, а один в виде регулируемого клапана, блоки управления блоком нагрева воды и блоками регулирования потока, два датчика температуры, два датчика перепада давления воды и датчик метеофакторов.
Эта система обеспечивает поддержание установленного соотношения между текущими значениями тепла, отпускаемого котельной, и текущими теплопотерями потребителей, однако в ней не предусмотрена возможность поддержания температурного графика, а для выбора и установки режимов работы котельной необходимо участие оператора.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения, включающем получение сигналов, соответствующих текущим значениям температуры воды на входе и выходе блока нагрева воды, и поддержание параметров технологического режима работы котельной, например уровня расхода тепла и горячей воды за счет регулирования потоков воды в контурах комплекса, дополнительно получают сигналы, соответствующие текущим значениям температуры воды на входах и выходах систем потребления тепла, получают сигналы, соответствующие текущим значениям расхода теплоносителя перед входами систем потребления тепла для теплоснабжения и горячей воды в контурах соответственно тепло- и горячего водоснабжения, а также на линии подпитки контура теплоснабжения, получают сигналы, соответствующие текущим значениям температуры наружного воздуха и разности давлений на входе и выходе системы потребления тепла для теплоснабжения, а кроме того, получают сигналы, соответствующие текущим значениям выходных характеристик блоков регулирования потоков, вначале задают управляющие сигналы, соответствующие определенным расчетным параметрам требуемого рабочего состояния комплекса и обеспечивающие выведение исполнительных элементов блока нагрева воды и блоков регулирования потоков в соответствующие позиции, затем контролируют параметры технологических режимов работы комплекса, в том числе температуру воды на входе и выходе блока нагрева воды и выходах систем потребления тепла, а также перепад давления воды путем сравнения их с требуемыми значениями, получают и обрабатывают разностные сигналы и формируют сигналы управления смещения исполнительных элементов блоков относительно установленных ранее положений, причем в случае нарушения технологического режима работы комплекса, а также при целенаправленном изменении режима работы, например при изменении сезона, снова задают соответствующие расчетным управляющие сигналы, повторяют процесс вывода исполнительных элементов блока нагрева воды и блоков регулирования потоков на требуемые позиции и соответственного формирования сигналов управления, при этом заданные значения параметров устанавливают в соответствии с задаваемым отопительным графиком при сохранении постоянного перепада давления теплофикационной воды у потребителя и сохранения постоянной температуры разбора воды горячего водоснабжения, причем для блока нагрева воды и для каждого блока регулирования потока определяют требуемые величины, например, длительности управляющего воздействия, по которым затем формируют соответствующие управляющие сигналы, при этом сформированные сигналы сравнивают с пороговыми значениями и на блок нагрева воды и каждый блок регулирования потока подают управляющие сигналы, длительность которых превышает соответствующие заданные пороговые значения. При этом заданную величину перепада давления воды между входом и выходом системы потребления тепла определяют по формуле
где Pав установленный нормативами перепад давления воды у потребителя в системе отопления, равный Pав=(0,3 1) кг/см2,
Sлл гидравлическое сопротивление теплотрассы,
G20 потребный расход теплофикационной воды, определяемый с помощью расходомера, установленного на входе системы потребления тепла,
G22 расход воды на подпитку циркуляционного контура теплофикационной воды, определяемый с помощью расходомера, установленного в линии подпитки этого контура.
Кроме того, значения заданных температур на входе и выходе системы потребления тепла, а также на выходе контура горячего водоснабжения определяют по формулам
где 
соответственно заданные значения температур на входе и выходе первой системы потребления тепла и на выходе второй системы потребления тепла,
t1 и t2 температура теплоносителя на входе и выходе потребителя в соответствии с типовым отопительным графиком потребителя для текущего значения температуры наружного воздуха t38, измеряемого соответствующим датчиком температуры,
tp установленная нормативами температура воды у потребителя горячего водоснабжения,
G21 расход воды потребителем горячего водоснабжения, измеряемый соответствующим датчиком на выходе котельной,
c20 и c21 удельные теплоемкости потоков соответствующих расходов воды G20 и G21,
ΔQ1, ΔQ2 и ΔQp определяемые в соответствии с нормативами потери тепла в трубопроводах подачи потребителю и возврата теплофикационной воды, а также в трубопроводе контура горячего водоснабжения, зависящие от температуры соответствующих водяных потоков и температуры наружного воздуха [1]
Сущность изобретения состоит в том, что для осуществления способа управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения автоматизированная водогрейная котельная (ABK), включающая блок нагрева воды с подающим и отводящим коллекторами, связанную систему трубопроводов с арматурой, образующих первый циркуляционный контур, соединенный с этими коллекторами и взаимодействующий с первой системой потребления тепла, контур рециркуляции, соединенный с подающим и отводящим коллекторами блока нагрева воды и соединенный в этой части с первым циркуляционным контуром, и линию перепуска, связанную с подающим и отводящим коллекторами, первый, второй и третий блоки регулирования потока, первый, второй, третий и четвертый блоки управления, а также первый и второй датчики температуры воды и датчик перепада давления потока, причем первый, второй и третий блоки регулирования потока установлены соответственно в первом циркуляционном контуре, в контуре рециркуляции и на линии перепуска, датчик перепада давления потока установлен в первом циркуляционном контуре одним входом перед системой потребления тепла, а другим входом за ней, первый и второй датчики температуры воды установлены в первом циркуляционном контуре, причем первый датчик температуры воды установлен за линией перепуска, первый, второй и третий блоки управления первым выходом соединены с соответствующим входом соответственно первого, второго и третьего блоков регулирования потока, а четвертый блок управления первым выходом связан с управляющим входом блока нагрева воды, снабжена второй системой потребления тепла, четвертым, пятым, шестым и седьмым блоками регулирования потока, блоком подготовки воды, пятым, шестым и седьмым блоками управления, третьим, четвертым, пятым и шестым датчиками температуры воды, датчиком температуры воздуха и управляющим процессором (УП), причем в котельной образованы водоразборно-циркуляционный контур, линия подпитки и второй циркуляционный контур, соединенный с подающим и отводящим коллекторами блока нагрева воды, совмещенный в этой части с первым циркуляционным контуром и контуром рециркуляции, и соединенный с первым входом и выходом второй системы потребления тепла, а линией подпитки связанный с соединенным с вторым входом и выходами второй системы потребления тепла водоразборно-циркуляционным контуром, подключенным к системе потребления нагретой воды, при этом четвертый блок регулирования потока установлен во втором циркуляционном контуре, пятый и шестой блоки регулирования потока установлены в водоразборно-циркуляционном контуре соответственно перед вводом водопроводной воды и за ним, а седьмой блок регулирования потока размещен на линии подпитки, при этом блок подготовки воды установлен во втором циркуляционном контуре, первый блок определения расхода воды установлен в первом циркуляционном контуре перед первой системой потребления тепла, второй блок определения расхода установлен в водоразборно-циркуляционном контуре перед системой потребления нагретой воды, а третий блок определения расхода установлен на линии подпитки, например, перед седьмым блоком регулирования потока, причем второй датчик температуры установлен за первой системой потребления тепла перед линией перепуска, третий и четвертый датчики температуры установлены соответственно за отводящим и перед подающим коллекторами блока нагрева воды в части совмещения первого и второго циркуляционных контуров и контура рециркуляции, при этом четвертый датчик установлен за местом соединения контура рециркуляции с совмещенной частью первого и второго циркуляционных контуров, пятый и шестой датчики температуры установлены в водоразборно-циркуляционном контуре соответственно перед вторым входом и за вторым выходом второй системы потребления тепла, а датчик температуры воздуха установлен снаружи котельной, причем пятый, шестой и седьмой блоки управления первым выходом соединены с управляющим входом соответственно четвертого и пятого блоков регулирования потока и блока подготовки воды, а информационные входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков управления соединены с информационной шиной АВК, при этом их управляющие входы, а также управляющие входы шестого и седьмого блоков управления подключены к управляющей шине АВК, а шестой и седьмой блоки управления управляющими выходами соединены соответственно с входами пятого блока регулирования потока и блока подготовки воды, при этом датчики температуры воды, датчик температуры воздуха, датчик перепада давления потока, расходомеры, блок нагрева воды и блоки регулирования потока выходами подключены к информационной шине АВК, соединенной с УП, выходом подключенным к управляющей шине АВК.
При этом четвертый блок регулирования потока установлен перед первым входом или за первым выходом второй системы потребления тепла, а блоки регулирования потока выполнены в виде насоса с управлением по производительности, причем управляющие входы пуска и регулирования производительности насоса соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока регулирования потока, информационные выходы которого подключены к электрическим выходам насоса, или в виде последовательно/параллельно установленных насоса постоянной производительности и управляемого клапана, причем управляющие входы пуска насоса и регулирования положения управляющего органа клапана соединены соответственно с первым и вторым управляющим входами блока регулирования потока, информационные выходы которого подключены к электрическим выходам соответствующего клапана, или в виде управляемого клапана, причем управляющий вход и информационный выход клапана соединены с соответствующими входом и выходом блока регулирования потока, при этом первый, второй и четвертый блоки регулирования потока выполнены в виде насосов с управлением по производительности или в виде насосов постоянной производительности и управляемых клапанов. Кроме того, первый и четвертый блоки регулирования потоков могут быть выполнены в виде управляемых клапанов, а второй и третий блоки регулирования потока выполнены в виде управляемых клапанов и насосов постоянной производительности, причем насос второго блока регулирования потока установлен перед подающим коллектором блока нагрева воды, а насос третьего блока регулирования потока установлен на выходном участке линии перепуска.
Первый и второй блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде насосов постоянной производительности и регулируемых клапанов, а третий и четвертый блоки регулирования потоков выполнены в виде регулируемых клапанов, причем регулируемый клапан первого блока регулирования потока установлен перед линией перепуска, а насос за ней, причем насос второго блока регулирования потока установлен за частью контура рециркуляции, совмещенной с первым циркуляционным контуром, при этом насос первого блока регулирования потока может быть установлен за входом линии перепуска, регулируемые клапаны первого и третьего блоков регулирования потока установлены в месте соединения первого циркуляционного контура с выходом линии перепуска, совмещены и выполнены в виде трехходового клапана по схеме смесителя, первый и четвертый блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемых клапанов, второй блок регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного перед подающим коллектором блока нагрева воды, а третий блок регулирования в виде насоса с управлением по производительности, первый и второй блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемых клапанов, а третий и четвертый блоки регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, причем насос четвертого блока регулирования потока может быть установлен на линии совмещения первого и второго циркуляционных контуров, первый и второй блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемых клапанов, третий блок регулирования потока в виде насоса с управлением по производительности, а четвертый блок регулирования в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного на линии совмещения первого и второго циркуляционных контуров, первый и четвертый блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, а второй и третий блоки регулирования потока в виде управляемых клапанов, причем насос первого блока регулирования потока должен быть установлен за выходом линии перепуска, а насос четвертого блока регулирования потока в части второго циркуляционного контура, совмещенной с контуром рециркуляции, первый, второй и четвертый блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, а третий блок регулирования потока в виде управляемого клапана, причем насос первого блока регулирования потока должен быть установлен за выходом линии перепуска, первый блок регулирования потока может быть выполнен в виде управляемого клапана и насоса, установленного за выходом линии перепуска, третий блок регулирования потока в виде управляемого клапана, а второй и четвертый блоки регулирования потока в виде насоса с управлением по производительности, первый блок регулирования потока может быть выполнен в виде управляемого клапана, а второй, третий и четвертый блоки регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, причем насос четвертого блока регулирования потока должен быть установлен в части второго циркуляционного контура, совмещенной с первым циркуляционным контуром, первый блок регулирования потока может быть выполнен в виде управляемого клапана, второй и третий блоки регулирования потока в виде насосов с регулируемой производительностью, а четвертый блок регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного на части циркуляционного контура, совмещенной с первым циркуляционным контуром, первый блок регулирования потока может быть выполнен в виде управляемого клапана, а второй, третий и четвертый блоки регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, причем насос второго блока регулирования потока должен быть установлен перед подающим коллектором на части контура рециркуляции, совмещенной с первым и вторым циркуляционными контурами, первый блок регулирования потока может быть выполнен в виде управляемого клапана, второй блок регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного перед подающим коллектором на части контура рециркуляции, совмещенной с первым и вторым циркуляционными контурами, а третий и четвертый блоки регулирования потока в виде насосов с регулируемой производительностью, первый, третий и четвертые блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, а второй блок регулирования потока в виде управляемого клапана, причем насос четвертого блока регулирования потока должен быть установлен на части второго циркуляционного контура, совмещенной с контуром рециркуляции, первый и третий блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде насоса с регулируемой производительностью, второй блок регулирования потока в виде управляемого клапана, а четвертый блок в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного на части второго циркуляционного контура, совмещенной с контуром рециркуляции, первый, второй и третий блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, а четвертый блок регулирования потока в виде управляемого клапана, причем насос второго блока регулирования потока должен быть установлен в части контура рециркуляции, совмещенной с вторым циркуляционным контуром, первый и третий блоки регулирования потока могут быть выполнены в виде насосов с регулируемой производительностью, второй блок регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности, установленного в части контура рециркуляции, совмещенной с вторым циркуляционным контуром, а четвертый блок регулирования потока в виде управляемого клапана, кроме того, блоки управления и управляющий процессор могут быть размещены в одном корпусе.
Предложенный способ управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения обеспечивает возможность гибкого программного регулирования и автоматического адаптирования к действиям потребителя тепла путем корректировки температурных режимов, а также самонастройки на заданные режимы работы.
Реализующая предложенный способ АВК выполнена в виде самонастраивающейся системы, обеспечивающей автоматическое поддержание заданных режимов работы и не требующей участия оператора при изменении режимов работы.
На фиг. 1 представлена общая функциональная схема АВК, предназначенной для осуществления способа управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения, на фиг. 2, 3 представлен пример выполнения теплотехнической схемы АВК, на фиг. 4 показана схема управления блоком нагрева воды/регулирования потоков, на фиг. 5 и 6 приведены соответственно алгоритмы функционирования устройства управления блоком нагрева воды/регулирования потока и управляющего процессора, на фиг. 7 представлена схема АВК, предназначенная для проведения теплотехнических расчетов, и на фиг. 8 - временная диаграмма ее работы.
Автоматизированная водогрейная котельная (АВК), предназначенная для осуществления способа управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения (фиг. 1), содержит связанную систему трубопроводов (на схеме показаны жирными линиями) с арматурой (на схеме не показана), включающей штатный набор вентилей, задвижек и клапанов (см. например, [2]). С помощью этой системы трубопроводов в АВК образованы первый и второй циркуляционные контуры, обозначенные соответственно 1, 2, контур 3 рециркуляции и водоразборно-циркуляционный контур 4, соединенный с водопроводной сетью, а также линия 5 перепуска и линия 6 подпитки. Первый и второй циркуляционные контуры 1, 2 частично (по трубопроводу линии 7) совмещены, при этом контур 3 рециркуляции по части трубопровода линии 7 совмещен с первым и вторым циркуляционными контурами 1, 2, причем с последним он совмещен также по части трубопровода линии 8, линия 5 перепуска соединяет трубопроводы линий 9 и 10 первого циркуляционного контура 1, а линия 6 подпитки связывает второй циркуляционный контур 2 с водоразборно-циркуляционным контуром 4.
Направления движения воды (потоков) в трубопроводах указанных контуров и линий показаны стрелками и обеспечены с помощью указанной выше арматуры и блоков АВК.
С трубопроводом линии 7 совмещения первого и второго циркуляционных контуров 1, 2 в части совмещения с контуром 3 рециркуляции своими подающим и отводящим (названия соответствуют входу и выходу) расположенными по ходу направления потока коллекторами (на чертеже не показаны) соединен блок 11 нагрева воды, предназначенный для выработки тепла, необходимого для обеспечения потребителей, и выполненный в виде параллельно подсоединенных к соответствующим коллекторам блока 11 нагрева воды котлам (фиг. 2), снабженным управляемыми горелками, устройствами подачи топлива и воздуха, а также датчиками температуры и давления воды, выполненными, например, в виде приведенных в описании в авт. свид. СССР N 1591875 соответствующих устройств.
В первом циркуляционном контуре 1 установлен первый блок 12 регулирования потока, предназначенный для задания и обеспечения циркуляции теплоносителя (нагретой воды). С аналогичной целью во втором циркуляционном контуре 2, контуре 3 рециркуляции, водоразборно-циркуляционном контуре 4 и на линиях 5, 6 соответственно перепуска и подпитки также установлены соответственно блоки 13, 14, 15, 16, 17 и 18 регулирования потока, причем блоки 15 и 16 установлены в водоразборно-циркуляционном контуре 4 соответственно до и за местом его соединения с водопроводной сетью.
Блоки 12, 13, 14 и 17 регулирования потока выполнены в виде последовательно или параллельно установленных управляемого клапана и насоса (постоянной производительности при постоянной скорости вращения рабочего колеса), причем возможность установки насоса в той или иной точке контура связана с необходимостью обеспечения с его помощью заданной циркуляции теплоносителя, а также могут быть выполнены в виде сочетаний, при которых часть блоков выполнена в виде управляемых клапанов, а другая часть блоков в виде управляемых клапанов и насосов постоянной производительности.
Кроме того, выполнение блока регулирования потока в виде управляемого клапана и насоса постоянной производительности может быть в некоторых случаях заменено выполнением того же блока в виде насоса с управлением по производительности (с изменяемой скоростью вращения рабочего колеса).
Варианты выполнения блоков 12, 13, 14 и 17 регулирования потока, обеспечивающих оптимальное функционирование АВК, приведены в представленной таблице.
Выполнение управляемых клапанов, насосов постоянной производительности, входящих в блоки 12, 13, 14 и 17 регулирования потока, известно (см. например, [2] [5] [12]). Блок 16 регулирования потока выполнен в виде насоса постоянной производительности, а блоки 15 и 18 регулирования потока выполнены в виде регуляторов прямого действия [2] содержащих регулирующий клапан с мембранным сервомотором, связанным с блоком управления, включающим реле и датчик давления (на чертеже не показаны).
Первый циркуляционный контур 1 взаимодействует с первой системой 19 потребления тепла, представляющей собой распределительные линии, теплообменники, радиаторы и т.д. служащие для подачи теплофикационной воды в помещения потребителя для их обогрева, причем в этом же контуре перед входом первой системы 19 потребления тепла установлен первый расходомер 20 (см. например, [1] [6]), содержащий устройство (на чертеже не показано) электрической передачи показаний и предназначенный для определения количества теплофикационной воды, поступающей в эту систему потребления тепла. Аналогичные расходомеры 21 и 22 соответственно установлены в водоразборно-циркуляционном контуре 4 и на линии 6 подпитки, причем расходомер 21 предназначен для определения поступающей потребителю горячей воды, а расходомер 22 предназначен для определения количества воды, поступающей из водоразборно-циркуляционного контура 4 через линию 6 подпитки во второй циркуляционный контур 2.
Второй циркуляционный контур связан с первыми входом и выходом, а водоразборно-циркуляционный контур 4 соединен с вторыми входом и выходом второй системы 23 потребления тепла, выполненной в виде водоводяного подогревателя или бойлера (см. например, [2]). На линии 6 подпитки установлен блок 24 подготовки воды, выполненный в виде, например, системы с рекарбонизацией (см. например, [2]), содержащей дозатор кислоты, подпиточный насос, бак, эжектор и реактор (на схеме не показаны), и предназначенный для предотвращения образования в теплофикационных системах накипи при нагреве поступающей из водопроводной сети воды.
Блок 11 нагрева воды, блоки 12, 13, 14, 16, 17 регулирования потока и блок 24 подготовки воды своим управляющим входом соединены с управляющим выходом соответственно блоков 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31 управления, предназначенных для формирования сигналов управления и передачи этих сигналов на соответствующие блоки.
АВК снабжен датчиками 32, 33, 34, 35, 36 и 37 температуры воды, датчиком 38 температуры воздуха и датчиком 39 перепада давлений, предназначенными для измерения соответствующих параметров, а также управляющим процессором 40, предназначенным для задания и управления температурными режимами, обработки сигналов от вышеуказанных датчиков и блоков АВК и контроля за обеспечением заданных режимов работы АВК.
Управляющий процессор 40 информационной шиной 41 связан с выходами датчиков 32 39 и информационными выходами блоков 11, 12, 13, 14, 17 и через управляющую шину 42 соединен с управляющими входами блоков 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31 управления.
Блоки 25, 26, 27, 28 и 30 управления и управляющий процессор 40 содержат (фиг. 3) микропроцессор 43, подключенные к нему шиной 44 оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства 45 и 46 соответственно, а шиной 47 ввода-вывода интерфейсы 48, 49 и 50 соответственно канала связи с управляющей шиной 42 аналогового ввода и цифрового (дискретного) вывода (см. например, [7]). (На схеме не показаны цепи питания, синхронизации и согласования уровней электрических сигналов). Входами блока управления и управляющего процессора являются вход интерфейса 48 канала связи с управляющей шиной 42 и входы для приема информационных сигналов от датчиков других блоков, поступающих на блок управления через информационную шину 41, а выходами блока управления будут выход интерфейса 48 и выходы интерфейса 50, предназначенные для подачи на соответствующий блок сигналов управления.
Микропроцессор 43 и ПЗУ 46 выполнены по h МОП технологии и представляют собой соответственно устройства типа 8088 и 2732, ОЗУ 45 выполнено на базе МОП технологии типа TMS 4016 (см. например, [8]).
В постоянном запоминающем устройстве 46 блока управления записан алгоритм, реализующий выбранный закон управления регулирующим устройством, например, как в данном случае, алгоритм, реализующий импульсный пропорционально-интегральный закон управления.
На блок-схеме алгоритма (фиг. 4) введены следующие обозначения:
Фзад заданное положение исполнительного органа регулирующего устройства;
Ф значение сигнала датчика положения исполнительного органа;
dФ, dФ1 соответственно пропорциональная и интегральная составляющие сигнала ошибки регулирования;
E допустимая точность управления положением исполнительного органа;
RЭВМ признак непосредственного управления регулирующим устройством от управляющего процессора 40;
Tрег время, прошедшее после реализации последнего перед формируемым управляющее воздействие;
TO период следования импульсов регулирования в автономном режиме;
Tи максимально допустимая длительность импульса регулирования в автономном режиме;
Y13, Y14 соответственно сигналы управления на выходах 13 и 14 устройства управления;
dT длительность шага счета алгоритма блока управления;
X[i], i=1, 2, n отфильтрованные значения сигналов датчиков, поступающих на входы 10;
Xзад[i], i=1, 2, n заданные значения регулируемых параметров;
K[i] i=1, 2, n задаваемые управляющим процессором 40 коэффициенты регулирования;
a, b весовые коэффициенты соответственно пропорциональной и интегральной составляющих закона регулирования. Значения a и b выбираются из диапазона 0. 1.
На фиг. 4 не показаны алгоритмы ввода/вывода и фильтрации вводимых параметров.
Входные параметры алгоритма:
Фзад, RЭВМ, Xзад[i], K[i] (i=1, 2, n) от управляющего процессора 40;
Ф, X[i], (i=1, 2, n) от датчика положения исполнительного органа и датчиков регулируемых параметров.
Выходными параметрами алгоритма являются сигналы, поступающие на исполнительный орган регулирующего устройства, а также сигналы текущего состояния блока управления: RЭВМ, Ф, Фзад, dФ, dФ1, X[i], Xзад[i], K[i], (i 1, 2, n), Tрег, Y13, Y14, поступающие через соответствующий выход в управляющий процессор 40 для контроля работы блока управления.
Величины TO, Tи, dT, E, a, b являются константами алгоритма.
В постоянном запоминающем устройстве 46 управляющего процессора 40 записан алгоритм, управляющий работой блоков управления 25, 26, 27, 28, 30 и автоматизированной водогрейной котельной в целом, например, алгоритм, блок-схема которого приведена на фиг. 5. На блок-схеме алгоритма (фиг. 5) введены следующие обозначения:
t текущее время с момента начала вывода исполнительных элементов котельной на рабочий режим;
dt длительность шага счета алгоритма управляющего процессора;
Xзад[i], i=1, 2, 5 заданные значения регулируемых параметров;
to длительность процесса вывода исполнительных элементов на рабочий режим (to=1.10 мин);
Xi i= 1, 2,5 измеренные значения регулируемых параметров (сигналов датчиков);
Xmini, Xmaxi допустимые границы изменения параметров по технологическим условиям эксплуатации;
Фзадi, i= 1, 2,5 заданные положения исполнительных органов регулирующих устройств;
Ki,j, i=1,25, j=1, 2,5 задаваемые управляющим процессором 40 коэффициенты регулирования (i-го регулирующего устройства по j-му регулируемому параметру);
Rэвмi, i= 1, 2,5 признак непосредственного управления регулирующим устройством от управляющего процессора 40.
На фиг. 5 не показаны алгоритмы начального пуска и аварийного отключения котельной.
Входные параметры алгоритма:
Xi, i=1, 2,5 от датчиков регулируемых параметров.
Выходными параметрами алгоритма являются сигналы Rэвмi, Фзадi, Хзадi, Ki,j (i, j=1, 2.5), передаваемые в управляющую шину 42.
Величины to, Xmini, Xmaxi (i=1, 2,5) и dT являются константами алгоритма.
В приведенном примере (фиг. 2) выполнения технологической схемы автоматизированной водогрейной котельной показана реализация варианта выполнения блоков 13 и 17 регулирования потока в виде регулируемых клапанов 51 и 52 соответственно, а блоков 12 и 14 в виде насосов 53 и 54 постоянной производительности и регулируемых клапанов 55 и 56 соответственно (вариант 5 таблицы).
Здесь показано также выполнение блока 11 нагрева воды в виде параллельно подключенных к входу и выходу блока (подающему и отводящему коллекторам) котлов 57, снабженных горелками 48, устройствами 59 и 60 соответственно подачи газа (топлива) и воздуха, а также датчиками 61 и 62 соответственно температуры и давления, обеспечивающими получение информационных сигналов для формирования управляющего воздействия.
Стрелками показаны связи, обеспечивающие подачу управляющих сигналов от соответствующих блоков управления и управляющего процессора (на фиг. 2 не показаны).
На схеме приведены также элементы и блоки, связанные с ее конкретным выполнением, но не обозначенные, поскольку они не связаны с системой автоматизированного управления.
Блоки 29 и 31 управления выполнены в виде управляемого переключателя (см. например, [8]).
Автоматизированная водогрейная котельная (АВК) работает следующим образом.
С помощью управляющего процессора 40 в соответствии с заданными условиями, например отопительным графиком эксплуатации, определяют положения исполнительных элементов блока 11 нагрева воды (здесь это, например, положение заслонокна чертеже не показаны} газовых горелок котлов) и блоков 12, 13, 14, 15, 17, 18 регулирования потоков (соответственно углов поворота заслонок регулирующих клапанов или скорость вращения рабочего колеса управляемого насоса) и формируют соответствующие управляющие сигналы, которые задают на блоки 12, 13, 14, 17 через их блоки управления (соответственно на блоки 25, 26, 27, 28, 30).
Затем производят розжиг котлов блока 11 нагрева воды, включают насосы блоков регулирования потоков и обеспечивают циркуляцию теплофикационной воды через системы 19 и 23 потребления тепла. При этом получают сигналы датчиков 35 и 34 температуры, соответствующие текущим значениям температуры воды на входе и выходе блока 11 нагрева воды, датчиков 32, 37 и 33, 36 температуры, соответствующие текущим значениям температуры воды на входах и выходах систем потребления тепла, получают сигналы датчиков 20, 21 и 22 расхода, соответствующие текущим значениям расхода теплоносителя перед входами систем потребления тепла и горячей воды в контурах соответственно тепло- и горячего водоснабжения, а также на линии подпитки контура теплоснабжения, получают сигналы датчиков 38 температуры и 39 давления, соответствующие текущим значениям температуры наружного воздуха и разности давлений на входе и выходе системы потребления тепла, а, кроме того, от блоков 12, 13, 14 и 17 регулирования потоков, соответствующие текущим значениям выходных характеристик блоков регулирования потоков. От управляющего процессора (УП) 40 задают управляющие сигналы, соответствующие определенным расчетом параметрам требуемого рабочего состояния комплекса и обеспечивающие выведение исполнительных элементов блока 11 нагрева воды и блоков 12, 13, 14 и 17 регулирования потоков в рабочее состояние. Затем контролируют поступающие в управляющий процессор 40 через информационную шину 41 параметры технологических процессов комплекса, в том числе температуру воды на входе и выходе блока нагрева воды и выходах систем потребления тепла, а также перепад давления путем сравнения их с требуемыми значениями. При этом в УП 40 получают и обрабатывают разностные сигналы и через блоки 25, 26, 27, 28 и 30 управления формируют и подают на соответствующие им блоки 11, 12, 13, 14 и 17 сигналы управления смещением исполнительных элементов блоков относительно установленных ранее положений.
При каждом включении АВК или изменении режима ее работы процессор 40 приводят в начальное состояние, в результате чего алгоритм (фиг. 6) начинает работать с блока И1 (вход). После обнуления текущего времени (Л1) вычисляют заданные значения формируемых параметров (Н1) и в случае, если с момента включения прошло время меньше to, вычисляют заданные положения исполнительных органов регулирующих устройств и включают признак непосредственного управления регулирующими устройствами от управляющего процессора 40. В случае, если с момента включения прошло время, большее to, блоки 25, 26, 27, 28 и 30 управления переводят в автономный режим путем обнуления признаков Rэвмi (i=1, 2,5) (C2). При этом в блоке (P2) вычисляют необходимые значения коэффициентов Kij и в блоке (C1) контролируют выполнение технологических условий эксплуатации котельной. В случае, если технологические условия эксплуатации не соблюдены, управляющий процессор переводят в начальное состояние (обнуляют) и процесс ввода исполнительных элементов на рабочий режим повторяют. В конце шага счета алгоритма управляющего процессора 40 производят передачу выходных параметров (T1) в управляющую шину 42. При этом при включении котельной каждый блок управления переводят в режим непосредственного управления регулирующим устройством от управляющего процессора 40 (Rэвмi= 1, блок A2 на схеме фиг. 5). В этом режиме на вход блока управления от управляющего процессора 40 поступает сигнал, соответствующий заданному начальному положению исполнительного органа Фзад. Если измеренное положение регулирующего органа Ф совпадает с заданным с допустимой точностью (блок Б2) или превышена длительность импульса регулирования (В2), то перемещение регулирующего органа приостанавливают (В1). В противном случае проверяют направление необходимого перемещения (Г2) и включают соответствующий сигнал управления (Г1 или Г3). Далее проверяют наличие команды режима непосредственного управления от управляющего процессора 40 (D2) и в случае, если этот режим продолжает оставаться включенным, цикл управления положением регулирующего органа повторяют с одновременным поддержанием (D3) начального состояния переменных Tпер и dФ1. По прошествии с момента включения котельной времени, достаточного для окончания переходного процесса установления начального состояния, с помощью управляющего процессора 40 включают автономный режим работы блока управления путем подачи на его вход значения RЭВМ=0.
В этом режиме через блок D2 (фиг. 5) подключают цепочку блоков Е1, Е2, 31, 32, 33, реализующих импульсный пропорционально-интегральный закон связанного управления. Управление в этом режиме является замкнутым по сигналам рассогласования регулируемых параметров (Xзад[i]- X[i]), вычисляемым в блоке 31, что обеспечивает устранение ошибки начальной выставки исполнительного органа и дальнейшее слежение за изменениями внешних условий работы котельной. Связанность управления достигают за счет формирования сигнала dФ в блоке H1 с учетом рассогласования всех n регулируемых параметров X[i].
Коэффициенты K[i], i=1, 2, n, входящие в формулу блока 31, управляющий процессор 40 вычисляет как частные производные функции управления исполнительным органом Ф (Xзад[1], Xзад[2] Xзад[n] по i-му параметру Xзад[i] Эти коэффициенты имеют физический смысл необходимой коррекции положения исполнительного органа при единичном рассогласовании i-го регулируемого параметра X[i] относительно заданной величины Xзад[i]
После вычисления в блоке 32 интегральной составляющей сигнала ошибки dФ1 в блоке 33 формируют значение Фзад, и дальнейшая работа алгоритма происходит аналогично предыдущему режиму. При этом реализуют импульсный характер управления, поскольку условие Е2 (с учетом Е1, Б3 и В2) разрешает расчет Фзад (31 33) и подачу управляющих сигналов на исполнительный орган (Г1) только по прошествии времени TО с момента подачи предыдущего импульса регулирования.
Формируемые управляющие воздействия (Г1, Г3) получают на основе формул, вывод которых осуществлен в результате проведенного ниже анализа выбранной расчетной схемы (фиг. 7).
Автоматизированная водогрейная котельная (АВК) производит нагрев теплофикационной воды для обогрева зданий жилого массива и обеспечения его жителей горячим водоснабжением (ГВС). Характерной особенностью рассматриваемого потребителя тепла является существенный разбор горячей воды как подогретой питьевой в целях ГВС, так и технической из отопительного контура АВС, обычно представляемого замкнутой системой. Для целей ГВС питьевую воду нагревают технической через водоводяной теплообменник (бойлер). Нагрев технической воды производится водогрейными котлами АВК, причем предварительно это вода проходит химическую обработку.
Подпитку водой открытой системы АВК для обеспечения ГВС производят непосредственно из водопровода питьевой воды. Подпитку условно замкнутой системы АВК в части водогрейных котлов осуществляют нагретой водой из ее открытой системы. Переток воды из открытой в условно замкнутую систему организуют через регулирующий клапан по информации снижения в ней давления воды.
Особенностью используемого оборудования АВК является возможность подключения одного или нескольких котлов к одновременному выполнению задач по отоплению потребителя и обеспечению его ГВС. Целесообразность их совместного решения следует из экономических соображений и возможности оперативного перераспределения вырабатываемого АВК тепла в оптимальном режиме функционирования ее котлов. Причем для сохранения экономичного режима работы котлов АВК это распределение тепловых нагрузок можно проводить с допустимым отклонением параметров отпускаемой горячей воды. Здесь также можно учитывать аккумулирующую способность магистральных трубопроводов и непосредственно отапливаемых зданий, а также непродолжительность пиковых нагрузок ГВС.
Для покрытия нагрузок в топках котлов АВК сжигают топливо, что с учетом известного значения КПД котлов определяет выработку каждым из них количества тепла в единицу времени, обозначаемого далее как Qo1, Qo2.QoN, где N число котлов в АВК. Суммарное количество тепла, вырабатываемое ими в единицу времени, обеспечивает компенсацию нагрузки значения Qo, которая состоит из отопительной нагрузки Q1, нагрузки обеспечения ГВС Q2 и дополнительной нагрузки Q3, связанной с нагревом водопроводной воды для подпитки открытой и условно замкнутой гидравлических систем.
В свою очередь, отопительная нагрузка Q1 слагается из составляющих потери тепла в магистральном трубопроводе от АВК до потребителя Q4, непосредственного рассеивания тепла на нагревательных приборах потребителей тепла Q5, потери тепла в магистральном трубопроводе от потребителя до АВК Q6 и потери тепла, связанной с несанкционированным разбором и утечками теплоносителя Q7.
Аналогичный состав составляющих имеет нагрузка обеспечения ГВС Q2, поскольку для поддержания постоянства температуры разбираемой горячей воды здесь используют циркуляцию ее в замкнутом контуре. Эти составляющие далее соответственно обозначают: потери тепла в магистральном трубопроводе от АВК до потребителя Q8, потери тепла, непосредственно связанные с разбором горячей воды Q9, и потери тепла при транспортировке оставшейся горячей воды от потребителя до АВК Q10.
С учетом принятых обозначений составляющих тепловой нагрузки на фиг. 7 представлена общая структура (расчетная схема исполнительной части системы регулирования) рассматриваемого комплекса тепло- и горячего водоснабжения, изображенного на фиг.1. Обозначения блоков фигур совпадают, однако на фиг. 7 ряд блоков объединен и имеет соответственно двойную нумерацию. Характерной особенностью представленной на фиг. 7 системы регулирования тепловой нагрузки контуров отопления и обеспечения ГВС потребителя является существенная их взаимосвязь, обусловленная наличием в трубопроводе 7' значительного гидравлического сопротивления блока 11 нагрева воды. Как только в одном из контуров в процессе регулирования изменяют расход воды, так в другом контуре происходит перераспределение приращений давления на его участках, что приводит к изменению расходов протекающих по ним потоков воды. При малых изменениях расходов воды процесс регулирования второго контура может восстановить его автономное регулирующее устройство. Однако при больших возмущениях, связанных с перестройкой режимов теплоснабжения, здесь возможно общее разрегулирование всей системы. Парирование такого взаимовлияния контуров регулирования в отсутствие в АВК машиниста-оператора возлагают на УП 40.
В УП 40 определяют текущую оценку расхода воды через блок ее нагрева как сумму расхода воды, поступающей в первую систему 19 потребления тепла, во вторую систему 23 потребления тепла (бойлер) и на рециркуляцию
G11в=G12+G13+G14 (3),
где G11в расход воды, проходящей через блок 11 нагрева воды,
G12, G13, G14 расходы воды, поступающей из блока 11 соответственно в систему 19 потребления тепла, бойлер (вторую систему 23 потребления тепла) и на рециркуляцию (контур рециркуляции).
Расчет составляющих суммарного расхода проводят при условии сохранения теплового баланса в узлах смешения и оценок расхода нагреваемой воды
Gx•tx+Gr•tr(Gx+Gr)•tc, (4)
где Gx и Gr значение расходов холодного и горячего потоков,
tx, tr и tc температуры холодного, горячего и смешанного потоков.
Отношение расходов холодного к горячему потоку воды далее обозначают в виде коэффициента смешения [9]
Используя эти формулы, определяют расход воды по трубопроводу 9 как
где G20 текущий расход воды, измеряемый датчиком 20;
коэффициент смешения в узле 1 для температур соответственно потоков воды G12 и G17.
Расчет оценки G13 производят, исходя из условия нагрева воды в бойлере 23 для обеспечения ГВС и подпитки условно замкнутого контура. Общий расход воды на эти цели составляет
G10=G21+G22, (7)
где G10 текущий расход нагреваемой воды через бойлер.
Вводя также водяной эквивалент
W2=G10•c21, (8)
где с21 удельная теплоемкость воды потока G21,
искомый расход тепла, обозначаемый Qб, определяют как
где 
требуемое значение температуры нагреваемой воды бойлера (23);
t37 текущее значение температуры нагреваемой воды на входе бойлера (см. фиг. 6).
Для бойлера справедливо соотношение по греющей воде
Qб=W13•(t34-t13). (10)
Здесь t34 значение температуры в выходном коллекторе блока нагрева воды (11);
t13 значение температуры греющей воды на выходе из бойлера;
W1 водяной эквивалент, определяемый как
W1=G13•c13, (11)
где c13 удельная теплоемкость воды потока G13.
Используя формулы расчета рекуперативных аппаратов [10] при противотоке и известных значениях площади нагрева F и коэффициенте теплопередачи k теплообменника для искомого значения температуры греющей воды на выходе его имеем
t13=t34-(t34-t37)•Z, (12)
где 
Для проведения расчетов соотношение (10) с учетом выражения (12) следует представить в виде:
Определение значений t13 и G13 на базе представленных формул производится путем совместного решения уравнений (13) и (14) для известных значений W2, k и F при вариации параметра W1. Далее, поставляя найденные значения Zp и W1p в выражения (11) и (12), получаем искомые значения параметров G13 и t13.
Для определения расхода G14 предварительно оценивают значение коэффициента смешения в узле 11 и, в частности, значение температуры t39, входящее в расчетную формулу этого коэффициента смешения (см. фиг. 7)
Расчет значения температуры t39 производят непосредственно по формуле
С учетом вычисленного значения t39 текущий расход G14 оценивают как
где U11 коэффициент смешения потоков, определяемый по формуле (15). Располагая значением расходов G12, G13, G14, согласно зависимости (3), имеем оценку G11в. В том случае, когда значения температуры воды в трубопроводах 7' и 7 совпадают t35=t39, получаем G14=0. Во всех случаях текущий расход воды по "перемычке", трубопроводу 5 определяют как
G17=G20-G12 (18)
Располагая текущими оценками расходов G12, G13, G14 и G17, ставят задачу управления соответствующими потоками воды так, чтобы обеспечить требуемые потребителем расходы теплоносителя G20 и G9 с заданными параметрами теплоносителя по температуре и давлению.
Расчет потребных значений G12 и G17 производят в УП 40, исходя из условия выдерживания заданных параметров теплоносителя у потребителя в соответствии с типовым отопительным графиком, при этом требуемые значения температур теплоносителя на входе и выходе котельной определяют по формулам (2). По известным значениям 
рассчитывают величину коэффициента смешения потоков U1 и, согласно формулам (6), (18), оценивают расходы G12 и G17. Для обеспечения этих расходов следует реализовать необходимую величину перепада давления между входом и выходом системы потребления тепла, которую определяют по формуле (1).
Необходимое значение перепада давления воды можно обеспечить, в частности, с помощью центробежного насоса с двухскоростным электроприводом, переключение у которого с одной скорости вращения на другую производят в зависимости от знака отклонения измеренной датчиком 39 величины перепада давления Dp39 от требуемого его значения Dp39. Известна техническая реализация такого способа динамического поддержания заданного значения перепада давления воды между двумя точками тепловой сети с использованием устройства двухпозиционного регулирования скорости вращения насоса (см. например, каталог [11]).
Располагая требуемыми значениями расходов G12, G13, G14 и G17, далее определяют значение перепада давления воды на гидравлическом сопротивлении блока нагрева воды
Dp11=S11в•(G12+G13+G14)2, (19)
где S11в гидравлическое сопротивление блока нагрева воды.
Это значение перепада давления должен преодолеть регулируемый насос, находящийся в трубопроводе рециркуляционного контура 3 и обеспечивающий расход G14. Для регулируемого насоса, установленного в трубопроводе второго циркуляционного контура 2, обеспечивающего расход G13, требуемый напор (положительное приращение давления) составляет
Dp13=Dp11+S23•G132, (20)
где S23 гидравлическое сопротивление бойлера по греющей воде.
Регулируемый насос в трубопроводе первого циркуляционного контура 9, обеспечивающий расход G12, должен поддерживать напор
При этом регулируемый насос в трубопроводе линии перепуска 5 должен давать расход G17 и преодолевать напор 
.
Для обеспечения таких напорно-расходных характеристикPG} насосов необходимо плавное регулирование скорости их вращения, что достигают, в частности, запиткой трехфазных асинхронных электродвигателей привода током переменной частоты. Известна реализация такого устройства для электропривода насоса с использованием типового преобразователя частоты переменного тока (см. например, [4]). На такой преобразователь от УП 40 подают слаботочный непрерывный сигнал управления величиной тока/напряжения с соответствующей скоростью вращения насоса, при которой для заданного значения напора согласноPG} характеристики насоса обеспечивают требуемый расход воды. Далее формируемые УП 40 сигналы управления регулируемых насосов в трубопроводах контуров 2, 3, 5 обозначают соответственно K2, K3, K5, а формируемый УП 40 сигнал заданного значения перепада давления воды для устройства переключения скорости вращения насоса в трубопроводе 9 обозначают K4.
Аналогично определяют сигнал требуемого расхода топлива для регулируемого насоса подачи в блок 11 нагрева воды. Требуемый расход топлива для обеспечения тепловой нагрузки определяют как
где
G11т расход топлива в блоке нагрева воды,
Cт теплотворная способность расходуемого топлива,
r КПД блока 11 нагрева воды, равный 0,85 0,95,
заданные значения температуры воды на выходе и входе блока ее нагрева.
Для подачи такого количества топлива в блок 11 нагрева воды регулируемый насос должен развить необходимый напор, обеспечивающий преодоление гидравлического сопротивления
где 
требуемое значение напора для регулируемого топливного насоса,
So гидравлические сопротивления топливного тракта блока 11 нагрева воды.
Величину этого напора может обеспечить насос с двухскоростным электроприводом, переключение у которого с одной скорости на другую осуществляют в зависимости от знака разности
где рт текущее значение напора, развиваемого регулируемым топливным насосом.
Техническая реализация такого управления топливного регулируемого насоса аналогична рассмотренному выше устройству поддержания заданного значения перепада воды 
Соответствующий сигнал, формируемый УП 40, далее обозначают K1.
В том случае, когда вместо регулируемых насосов используют регулируемые клапаны и нерегулирующие насосы (насосы с постоянной производительностью), установленные в одном из трубопроводов соответствующего контура, необходимый избыточный напор последних гасят на гидравлических сопротивлениях клапанов. Величину требуемых значений гидравлических сопротивлений блоков регулирования потоков определяют следующими зависимостями:
где S12, S13, S14, S17 гидравлические сопротивления блоков 12, 13, 14 и 17 регулирования потоков воды,
p12, p13, p14, p17 экспериментально устанавливаемые характеристики зависимости напора от расхода воды в контурах блоков регулирования потоков соответственно.
Аналогичные зависимости имеют место в контуре подачи топлива в блоке 11 нагрева воды
где S11т гидравлические сопротивления регулирующего устройства подачи топлива блока нагрева воды,
p0 характеристика напора подачи топлива в зависимости от его расхода.
Далее, функциональные зависимости углов поворота регулирующих органов подачи топлива в блок нагрева воды и регулирующих органов блоков регулирования потоков от требуемых значений гидравлических сопротивлений представляют в виде
Фq=Mqd+Lqd•Sq, (28)
где Фq углы поворота регулирующих органов блока нагрева и блоков регулирования потоков (q=11т, 12, 13, 14, 17) соответственно.
Sq гидравлические сопротивления указанных блоков,
d 1, 2.D номера участков допустимой линейной аппроксимации экспериментальных зависимостей углов поворота регулирующих органов от гидравлических сопротивлений этих блоков,
Mqd и Lqd коэффициенты аппроксимации экспериментальных зависимостей.
В УП 40 реализуют процедуру определения значений Ф11т, Ф12, ф13, Ф14 и Ф17 на базе зависимостей (1 28) и отработки поворота на эти углы в следящем режиме регулирующих органов блока нагрева воды и блоков регулирования потоков с использованием информации датчиков их регулирующих органов (см. фиг. 1). При этом заданные управляющие сигналы формируют соответствующими значениям положений исполнительных элементов блоков комплекса тепло- и горячего водоснабжения, причем задают углы поворота регулирующих органов (поворота заслонок газовых горелок и регулирующих клапанов) соответственно блока нагрева воды и блоков регулирования потоков в зависимости от требуемых гидравлических сопротивлений трактов соответственно подачи топлива и контуров циркуляции воды, которые устанавливают экспериментально на этапе наладки комплекса.
В тех случаях, когда исходные данные для расчета упреждающего управления позволяют точно парировать вариацию нагрузки, реализация отклонений стабилизируемых параметров теплового процесса АВК мала и допустимо его управление по разомкнутому циклу. При накоплении этих отклонений необходимо вмешательство в процесс управления с использованием их значений в замкнутом цикле. Для этого по непосредственным замерам основных контролируемых параметров, в данном случае по температуре воды на выходе блока 11 нагрева t35, перепаду давления на отопительной системе (первой системе потребления тепла) Dp39, температуре воды на выходе второй системы 23 потребления тепла t36, температуре питательной воды на входе в блок 11 нагрева t35, температуре теплоносителя на входе в отопительную систему, соответственно в блоках регулирования 11, 12, 13, 14 и 17 формируют поправки к управляющим их воздействиям. При этом в дискретные моменты времени определяют отклонение каждого такого параметра от заданного его значения
где Ri (i=1, 2, 3, 4, 5) значения параметров, соответствующие измеренным величинам t35, Dp39, t36, t34, t32.
(i=1, 2, 3, 4, 5) значения параметров, соответствующие заданным величинам 
TO период повторения измерения значений параметров.
Найденные отклонения параметров сравнивают с пороговым значением и при выполнении условия
по основному параметру каждого из блоков нагрева воды и регулирования потока формируют сигналы управления смещением исполнительных элементов блоков относительно установленных ранее положений, причем в случае получения текущих рассогласований, превышающих допустимые значения, например, в случае резкого изменения нагрузки, снова задают соответствующие расчетным управляющие сигналы и повторяют процесс их задания в соответствии с вышеуказанной последовательностью действий до достижения допустимых отклонений.
Существенным для работы блоков 11, 12, 13, 14 и 17 является возможность их автономного функционирования при прерывании связи с УП 40. Актуальным здесь является вопрос перераспределения функций между уровнями системы в аварийных ситуациях (см. например, [12]). В этой автономии их работы должно также сохраняться требование связного регулирования тепловых процессов АВК. Такое требование обеспечивают организацией взаимных управляющих воздействий блоков регулирования. По информации подключенного датчика осуществляют замыкание контуров регулирования устройств блоков 11, 12, 13, 14, 17 и их динамическую настройку в дискретном режиме функционирования. В основную задачу последней входит определение длительности импульса, либо серии импульсов, при которой соответствующий регулирующий орган, изменив свое положение, компенсирует в статике ошибку рассогласования между измеренным значением выделенных параметров и заданной УП 40 их величиной. На это рассогласование фактически формируют соответствующее приращение располагаемого количества топлива ΔG11т и приращения расходов воды DG12, ΔG13, ΔG14, ΔG17 при регулируемых насосах либо эквивалентного гидравлического сопротивления блоков ΔS11т, ΔS12, ΔS13, ΔS14, ΔS17 при нерегулируемых насосах.
При формировании возмущения ΔG17 соответственно блок 12 для сохранения перепада давления Dp39 должен обеспечить изменение расхода ΔG12 = -ΔG17. Изменение последнего приведет к изменению значения перепада давления воды на блоке 11 нагрева Dp11. В первом приближении приращение этого параметра определяют как
ΔDp11 = -2•S11в(G12+G13+G14)•ΔG17. (31)
Соответственно на величину ΔDp11 изменяютPG}-характеристики регулируемых насосов блоков 13 и 14 при сохранении расходов G13 и G14. При малых приращениях DDp11 пропорционально изменяют управляющие воздействия на регулируемые насосы блоков 13, 14, обозначаемые как DK13 и DK14. Подобные обозначения приращений управляющих воздействий DK12, ΔK17 вводятся для блоков 12 и 17 при формировании ими приращений расходов ΔG12, ΔG17.
Аналогично при формировании возмущения ΔG12 регулирующее устройство блока 17 должно обеспечить сохранение расхода DG17 = -ΔG12, а регулирующие устройства блоков 13, 14 парирование приращения давления
ΔDp11 = 2•S11в•(G12+G13+G14)•ΔG12 . (32)
Точно так же при формировании возмущения ΔG14 имеем
DDp11 = 2•S11в•(G12+G13+G14)•ΔG14 . (33)
и регулирующие устройства блоков 12 и 14 должны парировать приращение давления ΔDp11 при сохранении постоянными расходов G12 и G13. Тогда и не изменяется расход G17. В случае формирования возмущения D G13 имеем
и регулирующие устройства блоков 12, 17 должны парировать приращение давления Δ Dp11, обеспечивая постоянство расходов G12 и G14. Соответственно на каждое в отдельности отмеченное приращение расхода либо давления для регулирующих устройств блоков 12, 13, 14 и 17 УП 40 формирует команды управляющих воздействий с дополнительным приращением на величину DK4, ΔK2, ΔK13 и ΔK5.
Для регулируемого насоса подачи топлива в блок нагрева воды в зависимости от отклонения измеренного параметра t34 от заданного значения определяют необходимое приращение расхода топлива Δ G11т, которое может быть подано в блок нагрева воды при приращении напора регулируемого насоса на величину
где 
приращение требуемого напора насоса, соответствующее приращению формируемого УП сигналу Δ K1. Величину приращения D G11т определяют зависимостью
Аналогичные соотношения для приращений ΔG12, ΔG13, ΔG14, ΔG17 в зависимости от отклонений основных параметров имеют следующий вид:
В случае использования в составе регулирующих устройств неуправляемых насосов и регулирующих клапанов сигнал перемещения регулирующего органа соответствующего блока формируют пропорционально среднему значению отклонения основного параметра на интервал каждого дискрета управляющего воздействия и сумме средних значений этих отклонений на всех предыдущих таких интервалах в процессе дискретного регулирования:
где ΔФi (i=1, 2,5) перемещение регулирующего органа соответственно блока 11 нагрева воды и блоков 12, 13, 14, 17 регулирования потоков,
Ty период повторения сигналов управления перемещением регулирующих органов блоков.
среднее значение отклонения i-го основного параметра соответствующего блока,
значение суммы отклонений i-го параметра в процессе регулирования,
Ai и Bi коэффициенты динамической настройки контура управления перемещения органов регулирования соответствующих блоков, значение которых устанавливается в процессе наладки.
Один из возможных способов управления перемещением регулирующих органов блоков 11, 12, 13, 14, 17 по отклонению основных параметров состоит в том, что производят эти перемещения независимо и дискретно по каждому из отклонений с периодом повторения Ty, определенным из условия не более 2 3 перемещения регулирующего органа на интервале переходного процесса в каждом контуре регулирования на ступенчатое возмущающее в виде принудительного малого смещения его исполнительного устройства (регулирующего органа блоков 11, 12, 13, 14, 17), проводимого в процессе наладки комплекса для уточнения его динамических характеристик. Расчетные значения оцениваемого периода повторения Ty= 2 5 мин при проводимых замерах основных параметров с периодом повторения TO=0,5 5 с.
В общем случае число основных параметров может быть более числа управляющих органов и тогда управляющие воздействия при допустимом отклонении основных параметров формируют с учетом влияния нескольких таких параметров на каждый контур регулирования и длительность управляющего воздействия на каждый регулирующий орган блоков 11, 12, 13, 14 и 17 определяют по формуле
где S общее число основных параметров комплекса,
Ais и Вis коэффициенты динамической настройки контура управления перемещения каждого i-го органов регулирования соответствующих блоков по сигналам отклонения каждого s-го основного параметра.
При управлении согласно формуле (39) по каждому основному параметру может быть реализован свой цикл регулирования путем подбора коэффициентов Ais и Bis. Так, при включении в состав вышепредставленного множества основных параметров значения температуры t33 на выходе системы потребления тепла для регулирующего органа блока 17 с учетом разделения циклов регулирования соответственно имеем
что определяет возможность организации быстрой отработки отклонения цикла по температуре на входе системы потребления тепла по составляющей сигналов усредненного отклонения и медленной в связи со значительной инерционностью системы потребления тепла по интегральной составляющей принятого закона регулирования.
При учете связности контуров регулирования длительность управляющего воздействия при допустимом отклонении основных параметров определяют по формуле
где Δ ti длительности сигналов управления, поступаемые на привода с постоянной скоростью перемещения регулирующего органа соответственно блока 11 нагрева воды и блоков 12, 13, 14, 17 регулирования потока,
Vi угловая скорость перемещения i-го регулирующего органа,
D Фi[uTy] величина перемещения i-го регулирующего органа при независимом управлении блоков нагрева воды и регулирования потоков в соответствии с законом регулирования (38),
Bij функции взаимного перемещения регулирующих органов, определяемые следующими зависимостями:
в11 в22 в33 в44 в55 1
в13 в21 в31 в41 в51 в53 в54 0
в которых 
значения базовых величин гидравлических сопротивлений для положения регулирующих органов на момент очередного сигнала регулирования при управлении ими по отклонению основных параметров, определяемое согласно зависимостям (26) и (27),
коэффициенты линейных составляющих зависимости (28) для соответствующих интервалов d значений базовых величин гидравлических сопротивлений блока нагрева воды и блоков регулирования потоков,
h11т, h12, h13, h14, h17 коэффициенты линейных составляющих аппроксимации характеристик зависимости напора насоса от расхода в контуре регулирования подачи топлива в блоке нагрева воды и контурах блоков регулирования потоков воды соответственно при базовых значениях расходов G11т, G12, G13, G14 и G17.
Длительность сигналов управления выбирают из условия
min ti < Δti <max ti (i=1,2...5), (43)
где пороговое значение max ti не превосходит периода повторения сигналов управления перемещением регулирующих органов Ty, а пороговое значение min ti практически составляет 3 5 с и определяется допустимой величиной отклонения основных параметров
при которой в силу свойств самовыравнивания технологических процессов комплекса не требуется вмешательства со стороны системы управления, а возникающие колебания температуры теплоносителя достаточно сглаживаются в трубопроводах по пути к потребителю.
Согласно структуре формирования длительности управляющего импульса (41) i-го регулирующего устройства, парциальную его составляющую с весовым коэффициентом bij=1 (i=1, 2.5) образуют по информации своего датчика, а суммарно все остальные в зависимости от углов поворота других регулирующих органов аналогичных устройств. По первой составляющей поворот регулирующего органа производят в первую очередь, затем следует пауза на время получения информации об углах поворота других регулирующих органов и формирование соответствующего доворота первого по полученной дополнительной информации.
Особенностью использования регулируемых устройств блоков 11, 12, 13, 14 и 17 в двухуровневой системе управления АВК является возможность с их помощью коррекции расчетных значений положения регулирующих клапанов по информации непосредственного отклонения основных регулируемых параметров от заданных значений. В этом плане роль таких устройств точное выдерживание заданных значений параметров из-за неопределенности ряда характеристик оборудования АВК и теплосети. И чем эта неопределенность больше, тем значимей использование регулирования параметров с использованием информации обратных связей. Однако функционирование системы управления АВК на нижнем уровне иерархии на базе регулирующих устройств блоков 11, 12, 13, 14 и 17 будет удовлетворительным лишь при малых приращениях возмущений параметров. При больших их приращениях, особенно на этапе розжига котлов, и при значительном изменении тепловой нагрузки необходимо использовать расчетные формулы (1) (26) и управление АВК осуществляют с использованием УП 40. В перечень основных задач УП входит:
определение требуемого расхода горячей воды для отопления G2 в соответствии с условием обеспечения заданного перепада ее давления у потребителя (1);
оценка тепловой нагрузки АВК и определение требуемых расходов потоков воды через регулирующие элементы гидравлической системы АВК для обеспечения этой нагрузки: 
расчет потребных значений гидравлических сопротивлений регулирующих устройств потоков воды (26), (27);
определение положения регулирующих органов блоков 11т, 12, 13, 14 и 17 (28);
формирование уставок заданных значений параметров регулирования исполнительных элементов блоков 11т, 12, 13, 14, 17 в зависимости от тепловой нагрузки АВК на базе табличных значений, полученных на этапе проектирования и хранящихся в памяти УП 40;
определение значений весовых коэффициентов взаимосвязи управления блоков 11т, 12, 13, 14 и 17 (42);
передача необходимой информации регулирующим устройствам блоков 11т, 12, 13, 14 и 17 для обеспечения их функционирования;
включение оборудования АВК, в том числе розжиг котлов с использованием устройств их "штатной" автоматики;
контроль выхода котлов АВК на заданный режим работы на базе измерения основных параметров технологических процессов и сравнения по времени с табличным их значением, полученным на этапе наладки системы и хранящимся в памяти УП 40;
определение факта выхода котлов АВК на заданный режим работы по допустимому отклонению регулируемых параметров блоков 11т, 12, 13, 14 и 17 от заданных расчетных их значений (10 -15%);
включение в работу регулирующих устройств блоков 11т, 12, 13, 14, 17 и контроль их "втягивания" в процесс регулирования по информации отклонения параметров от заданных их значений (10 -5%) через определенные промежутки времени 5, 10 и 15 мин;
в случае расходимости процесса "втягивания" регулирующих устройств - повторение задания исходной информации и повторение этого процесса при суженном значении начального отклонения параметров (5 10%);
постоянный контроль с дискретом 1 мин отклонения измеренных значений регулируемых параметров от расчетных их значений и фиксация отказа регулирующего устройства при отклонении измеряемого его датчиком параметра более чем на 10 -15%
контроль работы регулирующих устройств блоков 11т, 12, 13, 14, 17 по числу срабатываний на интервале времени 1 2 ч и положению регулирующих органов относительно крайних их значений;
взятие управления "на себя" при аномалиях в работе регулирующих устройств блоков 11т, 12, 13, 14 и 17;
архивизация данных по работе АВК и передача необходимой информации на диспетчерский пункт управления (ДПУ).
При решении вопросов надежного функционирования аппаратуры АВК функции регулирующих устройств блоков 11т, 12, 13, 14, 17 могут быть реализованы в УП 40.
Структура взаимодействия УП 40 с управляющими устройствами блоков 11т, 12, 13, 14, 17, которые принято отождествлять с понятием контроллеров (цифровыми регуляторами), показана с помощью временной диаграммы на фиг. 7. Процесс взаимодействия рассматривают во времени на всех основных этапах функционирования от розжига до останова котлов АВК, показаны эпюры подключения основных устройств АВК, изменения тепловой нагрузки, сигналы управления блоков регулирования подачи топлива и потоков воды, углы поворота регулирующих клапанов и реакция изменения основных технологических параметров тепловых процессов АВК.
На фиг. 8 показано последовательное небольшое изменение тепловых нагрузок по обеспечению ГВС Q2 и отоплению Q1, а затем резкое их изменение, при котором в данном случае не справляются со своими задачами контроллеры. При фиксации такого факта УП 40, обладающий большими возможностями, чем контроллеры, берет "на себя" управление АВК. В дальнейшем при более спокойной внешней обстановке он делает повторную попытку подключить контроллеры для более точной стабилизации параметров технологических процессов АВК, а если процессы недопустимо развиваются, что может быть связано с приближением аварийной ситуации, УП 40 осуществляет экстренный останов АВК с сообщением об этом в диспетчерский пункт управления (на фиг. 1 не показан).
Список цитируемых источников
1. В. И. Манюк и др. "Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей". М. Стройиздат, 1982, с. 197.
2. С.Ф. Копьев. Теплоснабжение. М. Гос. издат. по C и A, 1953, с. 129 - 131, 196 197.
3. "Промышленная трубопроводная арматура", каталог, ЦИНТИхимнефмаш. М. 1991, ч. IV, с. 101.
4. М. Г. Чиликин и др. "Теория автоматизированного электропривода". М. 1979, с. 406.
5. Материалы с выставки "Строймаш-96", АМТ 0012-0090/RN513.
6. В. С. Чистяков. "Краткий справочник по теплотехническим измерениям". М. Энергоатомиздат, 1990, с. 150 183.
7. Б. М. Каган, В.В. Сташин. "Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики". М. Энергоатомиздат, 1987, с. 11.
8. У. Титце и др. "Полупроводниковая схемотехника". М. Мир, 1982, с. 170, 389, 393, 398.
9. В. Н. Богословский и А.Н. Сканави. "Отопление". М. Стройиздат, 1991, с. 241.
10. М. А. Михеев и И.М. Михеева. "Основы теплопередачи". М. Энергия, 1977, с. 257.
11. GRUNDFOS, Gesamtkatal, Ausgsbl Marz, 1989, с. 418.
12. Е. П. Стефани. Основы построения АСУ ТП. М. Энергоиздат, 1982, с. 320.
Использование: в теплоэнергетике, в частности в системе централизованного тепло- и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений.
Сущность изобретения: в комплексе тепло- и горячего водоснабжения получают сигналы, соответствующие текущим значениям технологических параметров комплекса (температуры, давления и расхода тепла), а также сигналы, соответствующие текущим значениям выходных характеристик блоков комплекса, сравнивают эти сигналы с расчетными и формируют управляющие сигналы, соответствующие разностным значениям. Автоматизированная водогрейная котельная для осуществления способа снабжена управляющим процессором, блоками регулирования потока и соответствующими блоками управления, а также датчиками температуры, давления и расхода, связанными с блоками управления и управляющим процессором, управляющими выходами подключенными к блокам нагрева воды и регулирования потока. Способ управления комплексом тепло- и горячего водоснабжения обеспечивает возможность гибкого программного регулирования и автоматической адаптации к действиям потребителя путем корректировки температурных режимов, а также самонастройки на заданные режимы работы. Автоматизированная водогрейная котельная выполнена в виде самонастраивающейся системы, обеспечивающей автоматическое поддержание заданных режимов работы и не требующей участия оператора в управлении при изменении режимов работы. 2 с. и 29 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Dр39=Pав+Sлл•G202+Sлл•(G20 - G22)2,
где Рав установленный нормативами перепад давления воды у потребителя в системе отопления;
Sлл гидравлическое сопротивление теплотрассы;
G20 потребный расход теплофикационной воды, определяемый с помощью расходомера, установленного на входе системы потребления тепла;
G22 расход воды на подпитку циркуляционного контура теплофикационной воды, определяемый с помощью расходомера, установленного в линии подпитки этого контура.
где t32, t33 и t36 соответственно заданные значения температур на входе и выходе первой системы потребления тепла и на выходе второй системы потребления тепла;
t1 и t2 температура теплоносителя на входе и выходе потребителя в соответствии с типовым отопительным графиком потребителя для текущего значения температуры наружного воздуха 38, измеряемого соответствующим датчиком температуры;
tp установленная нормативами температура воды у потребителя горячего водоснабжения;
G21 расход воды потребителем горячего водоснабжения, измеряемый соответствующим датчиком на выходе котельной;
с20 и с21 удельные теплоемкости потоков, соответствующих расходов воды G20 и G21;
ΔQ1, ΔQ2 и ΔQp - определяемые в соответствии с нормативами потери тепла в трубопроводах подачи потребителю и возврата теплофикационной воды, а также в трубопроводе контура горячего водоснабжения, зависящие от температуры соответствующих водяных потоков и температуры наружного воздуха.
| SU, авторское свидетельство, 1591875, кл | |||
| Пишущая машина для тюркско-арабского шрифта | 1922 |
|
SU24A1 |
| SU, авторское свидетельство, 1495583, кл | |||
| Пишущая машина для тюркско-арабского шрифта | 1922 |
|
SU24A1 |
| Пишущая машина для тюркско-арабского шрифта | 1922 |
|
SU24A1 |
| SU, авторское свидетельство, 1591875, кл | |||
| Пишущая машина для тюркско-арабского шрифта | 1922 |
|
SU24A1 |
