Тренажер оператора котельной установки Советский патент 1986 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к тренажерам оператора систем управления и может быть использовано для обучения оператора энергетического объекта, например котельной установки.

Цель изобретения - повышение эффективности тренажера путем оптимизации режима его работы.

На фиг. .1 приведены блок-схема тренажера; на фиг. 2 - структурная схема блока имитаторов сигналов воздействия; на фиг. 3 - то же, блока имитаторов состояния котельной установки.

Блок-схема тренажера содержит пульт 1 оператора, блок 2 имитаторов сигналов воздействия, блок 3 имитаторов состояния котельной установки, блок 4 интеграторов, блок 5 ключей, блок 6 отображения ин- фор.мации, блок 7 памяти, блок 8 управления, содержащий аналого-цифровой преобразователь 9, блоки памяти 10 и 11, коммутатор 12, пульт 13 инструктора, блок 14 коррекции статических характеристик, содержащий блок 15 изменения параметров состояния котельной установки, блок 16 формирования сигналов рассогласования, блок 17 измерения отклонения статических характеристик, блок 18 оптимизации, содержащий блок 19 формирования отклонений от оптимального режима, блок 20 оптимизации тренажера и индикатор оптимального режима 21, блок 22 связи с котельной установкой, блок 23 измерения отклонения динамических характеристик, содержащий генератор случайных сигналов 24, блок 25 и 26 измерения корреляционных характеристик и блок 27 сравнения корреляционных характеристик, блок 28 коррекции динамических характеристик, содержащий блок 29 сравнения динамических характеристик, блок 30 преобразования кода и коммутатор 31.

Блок 2 имитаторов сигналов воздействия содержит генератор тактовых импульсов 32, электронный ключ 33, коммутатор 34, реверсивный счетчик 35 и цифро-аналоговый преобразователь 36.

В зависимости от положения органов управления пульта 1 оператора коммутатор производит соединение генератора тактовых импульсов 32 с реверсивным счетчиком 35 и цифро-аналоговым преобразователем 36, формирующим аналоговые сигналы для имитации степени открытия регулирующей арматуры. Кроме того, выходы реверсивного счетчика подключены к адресным входам блока 7 памяти, который формирует управляющие сигналы для соответствующих ключей блока 5. Имитация отказов арматуры производится с пульта 13 инструктора путем воздействия на электронный ключ 33, который разрывает связь между генератором 32 тактовых импульсов и коммутатором 34.

Нелинейное статическое преобразование входных воздействий, которое выполняют адекватно технологическому режиму работы котла, может быть разъяснено по структур- ной схеме блока 3 имитаторов состояния котельной установки на примере формирования импульсов, соответствующих расходам и давлениям среды по тракту котла (фиг. 3). В общем случае статическое распределение расходов и давлений среды по потокам тракта определяется системой нелинейных алгебраических уравнений

P,,,,.+ K,u);

Q,,,-

РО+ К.,

и J ;

Qt

a+f KC,-+KM,

К|л; -«.QTI, Q.i

1+I(

Kj. /t Kz

(i)

Q. Q, (-Ki)lV

гдеP; - давление среды в любой точке тракта; Рм; - текущее значение давления на напорной стороне питательного насоса;

Kd - постоянные коэффициенты удельного гидравлического

сопротивления элементов тракта;

К,и - переменные коэффициенты удельного гидравлического сопротивления элементов тракта, зависящие от положения регулирующих органов;

QII/ - текущее значение производительности питательного насоса;

РО - максимальное давление, развиваемое насосом; оС - коэффициент, зависящий от расходной характеристики питательного насоса;

Qi Q- Q Q - расходы среды по потокам тракта;

К,, К.К,-...

...К„- коэффициенты удельного

гидравлического сопротнвле ния по потокам тракта, при- чем К,- Kd+ KM/;

b - показатель степени. Система нелинейных алгебраических уравнений, которая подлежит рещению относительно расходов и давлений, образуется из приведенной системы путем учета конкретных условий работы котельной установки (тип работающего насоса, число подключенных потоков среды, положение регулирующей арматуры и т. п.). Полученная

система уравнении решается с помощью аппаратных средств в соответствии со структурной схемой, представленой на фиг. 2.

Аналоговые сигналы блока 2 имитаторов сигналов воздействия являются вход - иыми сигналами для блока 3 имитаторов состояния котельной установки; jn (регулирующий клапан на подводе пара к питательному турбонасосу), (,12 (регулирующий клапан на сливе масла из гидромуфты питательного электронасоса), цз и М 4 (регулирующие питательные клапаны соответственно по потокам А и Б котла), jjig-fj-s (регулирующие клапаны на впрысках в паропе регреватель котла),/э (регулирующие клапаны турбины) и преобразуются в выходные сигналы посредством алгебраических и логических операций. С помощью логических операций выбирается канал преобразования, соответствующий условия.м сборки технологической схемы. Выходные сигналы, соответствующие приборам блока 6 отображения информации: pi (давление на напоре питательного электронасоса), Ра (расход среды по потоку А котла), p.-j (давление среды на входе в котел), ..., pi (расход среды на входе в котел, поступают для динамического преобразования в блок 4 интеграторов.

Последний выходной сигнал р ir (расход среды ка входе в котел), однозначно определяющий тепловое и гидродинамическое состояние котельной установки и, таким образом, его дина.мические характеристики, служит входным сигналом блока 8 управления.

В блоке 4 осу цествляется интегрирование статически преобразованных управляющих и возмуц.1ающих воздействий в соответствии с полученными экспериментально динамическими характеристиками ко-, тельной установки.

Блок 8 управления динамическими характеристиками, изменяет постоянные времени блока 4 интеграторов в зависимости от уровня сигнала с выхода блока 3 имитаторов состояния котельной установки, имитирующего нагрузку котельной установки, а также от положения органов управ.чения пульта i оператсфа.

Пульт 3 инструктора служит для управления процессом обучения путем воздействия на блок 2 имитаторов сигналов воз- .цействия для имитации отказов арматуры, а также на блок 8 управления динамическими характеристиками с целью изменения масщтаба вре.мени работы тренажера и на б;юк 22 связи с котельной установкой для корректировки статических и .динамических характеристик и для настройки инструктором тренажера на оптимальный режим работы.

Б.ЛОК .15 изменения параметров имитаторов состояния котельной установки представляет собой набор полевых транзисторов, затворы которых подключены к соответствующим выходам блока 16 формирования сигналов рассогласования, а выводы каналов подключены к соответствующим входам блока 3 имитаторов состояний котельной установки, где происходит изменение параметров модели в соответствии с сигналом рассогласования, формируемым блоком 16.

Блок 20 оптимизации тренажера представляет собой вычислительное устройство,

непрерывно производящее расчет отклонения от оптимального коэффициента полезного действия нетто котельной установки по данным модели, формируемым на выхоах блока 3 имитаторов процессов котельной установки. Отклонение от оптимального

коэффициента полезного действия нетто коельной установки определяется по соотношению вида

ДП

{

6f , , f

J-s +J6f

6D

,dD+ j

6f JD I

-jRdR-l

+y

бГ

6,..,

sjdt,.ft,+

Old.ft.

6f

dNOx

J 6NON

где a- коэффициент избытка воздуха в

уходяидих газах;

D - нагрузка котельной установки; R - тонина помола угля;

W,, WT

- соотношение скоростей первичного и вторичного воздуха;

tn.ft.-температура питательной воды; NOx - содержание окислов азота в уходящих газах; f -функция параметра оптимизации.

Блок 22 связи с котельной установкой представляет собой совокупность нормирующих преобразователей входных и выходных переменных котельной установки.

Величина изменения статических характеристик, например увеличение аэродинамического сопротивления конвективных поверхностей нагрева котельной установки при щла- ковании их или заносе летучей золой, измеряется в блоке 17 измерения отклонения статических характеристик, представ- ляюще.м собой совокупность измерительных преобразователей.

Корректировка параметров модели ко- те„тьной установки, содержащихся в блоке 3 имитаторов состояния котельной установки, осуществляется блоком 14 коррекции статических характеристик.

Блок 14 коррекции статических характеристик содержит блок 6 формирования сигналов рассогласования, формирующий на

своих выходах разностный сигнал, характеризующий величину отклонения статической характеристики элемента котельной установки. Для непосредственного изменения параметров модели в зависимости от сигнала рассогласования предназначен блок 15 изменения параметров имитаторов состояния котельной установки, изменяющий параметры модели до выравнивания соответствующих выходных сигналов блока 3 имитаторов состояния котельной установки и блока 17 измерения отклонения статических характеристик.

Для коррекции изменяющихся в процессе эксплуатации динамических характеристик котельной установки служат блок 23 измерения отклонения динамических характеристик и блок 28 коррекции динамических характеристик.

Блок 23 измерения отклонения динамических характеристик содержит генератор случайных сигналов 24, блоки 25 и 26 измерения корреляционных характеристик и блок 27 сравнения корреляционных характеристик.

Первый блок 26 измерения корреляционных характеристик служит для определения взаимной корреляции входных и выходных сигналов котельной установки. Для определения автокорреляционных функций служит второй блок 25 измерения корреляционных характеристик.

Блок 27 сравнения корреляционных характеристик формирует сигнал, пропорциональный изменяющимся постоянным времени элементов котельной установки но соотношениям вида:

RZX (At) К (в) R..( At- 0) d в;

ов

) К(в)ёв;

т10

П h 00)

j h(ck)-he)l dC-),

где R« - взаимная корреляционная функция;

RZ;. - автокорреляционная функция; At непрерывный аргумент корреляционной функции; К (в)-импульсная функция; h (в) -переходная функция; Т - постоянная времени, п - кратность корня в уравнении rieредаточной функции.

Блок 28 к оррекции динамических характеристик содержит блок 29 сравнения динамических характеристик, который осуществляет сравнение значений постоянных времени соответствующих каналов модели, содержащихся во втором блоке 10 памяти и котельной установке, определенных блоком 23 измерения отклонения динамических характеристик и в случае отличия соответствующих постоянных времени вырабатывает управляющий сигнал для ком.мутатора 31, подключающего в этом случае выходы блока 30 преобразования кода к соответствующим адресным входам второго блока 10 памяти и блока 8 управления ди- намическими характеристиками, в результате чего производится коррекция динамических характеристик модели.

Блок 18 оптимизации предназначен для выработки у обучаемого оператора навыков видения оптимального режима, а также для непосредственной оптимизации режима работы котельной установки. Критерий оптимизации представляет собой миниум изменения оптимального коэффициента полезного действия нетто котельной установки.

- Дт1°- -т1п,

при этом блок 19 формирования отклонения от оптимального режима и блок 20 оптимизации режима тренажера реализуют соотнощение одного вида

6f

6f

da+ dD+ 6f,n,

f.J ЛПJ ЛР

ба

6D

6R

+ J

б| ,/ Wn

Wb

6f

+ +

30

+ .+...,

где a - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах;

D - нагрузка котельной установки; ,,, R -тонина помола угля; -ггг- --cooTHOHjeHHe скоростей первичного и вторичного воздуха;

t,, 6-температура питательной воды; NOx -содержание окислов азота в уходящих газах,

с той разницей, что блок 19 формирования отклонений от оптимального режима при реализации указанного уравнения базируется на данных котельной установки, а в блоке 20 оптимизации режима тренажера расчет производится по даннь1м модели. Функция f обычно известна для каждой котельной установки, так как является результатом экспериментально-наладочных работ и регламентируется для каждой котельной установки в виде режимной карты.

Индикатор оптимального режима 21 представляет собой дисплей, устанавливае- мый в непосредственной близости с блоком 6 отображения информации, и служит для визуального контроля за ходом процесса оптимизации, производимого оператором с помощью воздействия на ключи управления пульта 1 оператора.

Формула изобретения 1. Тренажер оператора котельной установки, содержащий пульт оператора, связанный первыми выходами с первыми входами блока имитаторов сигналов воздействия, первыми выходами соединенного с первыми входами блока имитаторов состояния котельной установки, выходами подключенного к первым входам блока интеграторов и блока управления, вторым входом связанного с первым выходом оператора, вторым выходом соединенного с вторым входом блока имитаторов сигналов воздействия, вторые выходы пульта оператора соединены с третьими входами блока управления, первые выходы которого связаны с вторыми входами блока интеграторов, выходами соединенного с первыми входами блока ключей, выходами связанного с входами блока отображения информации, и блок памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тренажера путем оптимизации режима его работы, в него введены блок коррекции динамических характеристик, блок связи с котельной установкой, блок измерения отклонения статических характеристик, блок оптимизации и блок коррекции статических характеристик, выходами связанный с вторыми входами блока имитаторов состояния котельной установки, выходами соединенного с первыми входами блока коррекции статических характеристик и блока оптимизации, вторые входы которого связаны с первыми выходами блока измерения отклонения статических характеристик, вторые выходы которого связаны с вторыми входами блока коррекции статических характеристик, а входы с выходами блока связи с котельной устаноЕЖОй и входами блока измерения отклонения динамических характеристик, первые выходы которого связаны с первыми входами блока коррекции динамических характеристик, второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым выходом и четвертым входом блока управления, пятый вход которого связан с третьим выходом пульта инструктора, четвертым выходом подключенного к первому входу блока связи с котельной установкой, вторые входы которого соединены с вторыми выходами блока измерения отклонения динамических характеристик, при этом вторые выходы блока имитаторов сигналов воздействия через блок памяти соединены с вторыми входами блока ключей.

2.Тренажер по п. 1, отличающийся тем, 0 что блок измерения отклонения динамических характеристик содержит блоки измерения корреляционных характеристик, генератор случайных сигналов и блок сравнения коррекционных характеристик, входы которого связаны с входами соответствую- щих блоков измерения корреляционных характеристик, а выход генератора случайных чисел связан с входом первого блока измерения корреляционных характеристик.

3.Тренажер по п. 1 отличающийся тем, 0 что блок коррекции динамических характеристик содержит блок преобразования кода, блок сравнения динамических характеристик и коммутатор, первыми входами связанный через блок преобразования кода и блок сравнения динамических характе) ристик со своим вторым входом.

4.Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что блок ко ррекции статических характеристик содержит блок изменения параметров имитаторов состояния котельной

0 установки и блок формирования сигналов согласования, соединенных последовательно.

5.Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что блок оптимизации содержит блок формирования отклонений от оптимального режима, блок оптимизации тренажера и индикатор оптимального режима, входы которого соединены с соответствующими выходами блоков оптимизации тренажера и формирования отклонений от оптимального режима.

гг

Ь-Р| 1|Й1

J .

ESEp1

2Z3fa--Ha-(Z}YHI H

тЗ

H...a:

T I

жп- й -й- В- {1НЗ- -У

{ZD

Изобретение относится к тренажерам систем управления и позволяет повысить эффективность тренажера путем оптимизации режима его работы. Тренажер содержит пульт оператора (ПО), связанный первыми выходами с первыми входами блока и.митации сигналов воздействия (БИСВ) пер выми выходами соединенного с первыми входами блока имитации состояния котельной установки (БИСКУ), выхода.ми подключенного к первым входам блока интеграторов и блока управления (БУ). БУ вторым выходом связан с первым выходом ПО, вторым выходом соединенного с вторым входом БИСВ. Вторые выходы ПО соединены с третьими входами БУ, первые выходы БУ связаны с вторыми входами блока интеграторов, выходами соединенного с первыми входами блока ключей, выходами связанного с входами блока отображения информации. Блок коррекции статических характеристик (БКСХ) выходами связан с вторыми входами БИСКУ, выходами соединенного с первыми входами БКСХ и блока оптимизации, вторые выходы которого связаны с первыми выходами блока измерения отклонения статических характеристик, выходы которого связаны с вторыми входами БКСХ, а входы с выходами блока связи с котельной установкой и входами блока измерения отклонения динамических характеристик (БИОДХ), первые выходы которого связаны с первыми входами блока коррекции динамических характеристик, второй выход и вход которого соединены соответственно с вторым выходом и четвертым входом БУ, пятый вход которого связан с третьим выходом пульта инструктора, четвертым выходом подключенного к первому входу блока связи с котельной установкой, вторые выходы которого соединены с вторыми выходами БИОДХ. Вторые выходы БИСВ через блок памяти соединены с вторыми входами блока ключей, 4 з.п. ф-лы, 3 ил. с е (Л ю со ОО СО О5