Программный регулятор температуры перегретого пара судового котла с принудительной циркуляцией Советский патент 1979 года по МПК F22G5/00 G05D23/19 

рерыва.М в подаче 11итания или действием случайных помех, что также характерно для судовых условий эксплуатации. Это прнводнт к появате11ию возмущений, в результате которых могут возникать недопустимые по величине отклоненяз регулируемой температуры от заданного значения. Такие отклонения могут быть длительными, а особенности на малых нагрузках, когда естественное восстаповление информаил в счетчике под действием основной обратной скязи регулятора происходит весьма медленно. 1: результате KpaTKOBpeN eHHbie перерывы в подаче питания iuTH случайные помехи могут приводитьк значительным отклонепиям регули руемой температуры и даже к срабатыванию защиты н выводу котла из действия, что во многих случаях недопустимо.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является программный ре{улято|) температуры перегретого Псфа судового котла с принудительной циркуляции, содержащий программный задатчик температуры, соединенный с датчиком нагрузки котла, и датчик температуры, подключенные к дифференциальному усилителю, последовательно соединенные преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобра.зоБатель (ЦАП) к следящий привод с cepBorviOTOpoM, подключенным к Дифференциальному блоку регулирования давления подачи питательной воды и к датчику положения сервомотора н источники питания и опорного напряжения |3}.

Недостатками этого регулятора также являются низкие надежность и точность работы.

Целью изобретения является повышение надежности и точности работы программного регулятора температуры:

Эта цель достигается за счет -того, что предложенный регулятор содержит дополнительный усилитель, усилитель-ограннчнгель, делители напряжения, трехнозкционный переключатель, функциональный преобразователь и детектор знака. Одни вход уси.лителя-огранич1 теля подключен к выходу дифференциального усилителя, другой - к выходу ЦАП. Выход усилителя-ограничителя подключен ко входам делителей напряжения, выходы которых соединены с первым и вторым входами преобразователя напряжение-частота, третий вход которого соединен с выходом трехпозицяоннего переключателя, подключенного к выходу 1|ДП и датчика положения сервомотора, подключённым ко входу функционального йреобразователя. Выходы последнего соединены с другими входами делителей напряжения, подключенными к выходу детектора знака, вход которого соединен с выходом дополнительного усилителя, подключенным к программному задатчику температуры. Выход задатчвка температуры соединен с одним из входов дополИ)1тельного усилителя, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения.

Иа чертеже дана фуикияоиальиая схема предлагаемого программного регулятора.

Он содержит программный задатчик I, формирую чий сигнал задания Vj па регулятор в соответствии с напряжением на выходе датгнка 2 нагрузки котла, дифференциальный усил ггель 3, на входе которого сравниваются сигналы УЗ и , пропорцнональпые заданной н фактической (измеряемой датчиком температуры) температурам перегретого пара, усилитель-ограничитель 4, делители напряжения 5, б.выполненные на транзисторах противоположной проводимости 7, 8 (резисторах 9-li и , подключенные через диоды 5--IS к выходу усилителя-ограничителя 4. Управляющие входы 19, 20 делите/ieff мапряжения подсоединены к детектор) знака 21, а выходы делителей напряжения соединены с первым н вторым входами 22, 23 преобразователя напряжение-частота 24, имеющего третий вход 25. С преобразователем 24 соединены реверсивный счетчик импульсов 26 и ЦАП 27. Выход ЦАП 27 подк цючеи к усилителю-ограничителю 4 и следящему приводу 28, сервомотор 29 которого подключен к дифференциальному блоку регулирования давления подачи питательной воды (ДРД), поддерживающему перепад давления на регулирующем органе подачи питательной воды. Выход ЦАП 27 подключен также к трехпозиционному переключателю 30, соединенному одновременно с датчиком 31 положения сервомотора, -причем выход переключателя 30 подключен к третьему входу 25 преобразователя 24 и через функциональный преобразователь 32 к другим входам 33, 34 делителей .напряжения 5, б . Программный задатчик 1 в регу.ляторе охвачен глубокой отрицательной обратной связью через днод 35 н дополнительный усилитель 36, основной в.ход кот0рого, подключен к источнику опорного напряжения Vo, а выход - к детектору знака 21.

Принцип действия регулятора заключается в следующем.

В исходном состоянии при малых нагрузках котла задатчик 1 вырабатывает начальное напряженке задания УЗ, которое сравнивается на входах усилителя 3 с сигналом Vcft, пропорциональным фактической температуре перегретого пара. При отсутствии рассогласования между заданной по программе и фактической температурой сигнал ошибки иа выходе усилителя 3 равен нулю. Выходное напряжение уснлнтеля-огракнчителя 4 также равно нулю и не зависит от состояния транзисторов 7, 8 делит&пей 5, 6, па входе ареобразователя 24 отсутствуют управляющие сигналы. При этом преобразователь 24 находится в заторможенном стетоянлй, в в счетчике 26 фиксируется кодоаая комбинация, при которой иа выходе ЦАП 27 устанавливается нулевое напряжение. Следящий привод 28 устанавливает сервомотор 29, управляющий задатчиком ДРД, в исходное среднее положение. Поскольку сигнал с датчика 31 положения сервомотора равен сигналу ЦАП 27, переключатель 30 находится в нулевом положении, н сигналы на выходах преобразователя 32 также равны нулю; Ори кзрленении сигнала программы УЗ в еоответствнн с изменением положения датчлка 2 нагрузки или при изменении температуры перегретого пара, связанном с воздействием каких-либо возмущений, возникает сигнал рассогласования ЛУ УЗ-Vcp. Этот сигнал усиливается усилителем 3, на выходе которого возникает напряжение, пропорциональное; ошибке и ее первой производной. В результате на входе усилителя-ограничителя 4 появляется управляюцше воздействие, которое через один из делителей 5 или б передается на вход 22 или 23 преобразователя 24. Преобразователь 24 формирует потенциальные логические сигналы на входах управления реверсом счетчика 26, настраивая его на сложение или вычитание импульсов в зависимости от знака преобразуемого капряжеПИЙ (напряжения рассогласования ДУ),и нмпульсный сигнал на счетном входе счетчика с частотой следования импульсов, пропорциональной модулю этого напряжения. Под действием импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 26, изменяется код в счетчике и соответственно изменяется нап|5яжекне на выходе ЦАП 27. Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходной сигнал ЦАП не компенсирует сигнал, поступающий с цыхода усилителя 3. При ко5,шенсации преобразователь 24 переходит в затормол енное состоя ие, н поток импульсов на CHeTiiOM входе счетчика 26 прекраа1ается. При подходе системы к установиншемус53 состоянию усилитель-ограничитель 4 переходит а линейный режим работы, в результате чего напряжение, поступающее на преобразователь 24 плавно уменьшается до нуля. По такому же закону изменяется частота импульсов на счетном входе счетчика 26 и соответственно выходное напряжение ЦАП 27. Благодаря этому повышается устойчивость регулирования температуры. Следящий привод 28 отрабатывает выходное напряжение ЦАП 27, в ре.чультате чего сервомотор 29 перестраивает задатчик ДРД, ноддерживающий перепад давления на регулирующем органе подачн питательной воды, и уменьшает отшюнение фактической температуры от заданной. При этом скорость отработки следящего привода такова, что напряжение на выходе датчика 31 положения влюбон момент времени практически равно выходному напряжеиню ЦАП 27, поэтому переключатель 30 в рассмотренном процессе выключен и сигналы на входе 25 преобразователя 24 и на входах 33, 34 делителей напряжения 5, б отсутствуют. Скорость .перемещения сервомотора 29, а следовательно, и изменения подачи питательной воды определяется Частотой следования импульсов на выходе преобразователя 24. Поскольку динамические характеристики котла существенно зависят от нагрузки, в систе.ме предусмотрэдо автоматическое изменение скорости регулирования подачи питательной воды по сигналу задатчика , связанного с датчиком 2 нагрузки. При этом на малых нагрузках котла ( от номинальной), когда тепловые процессы протекают secbsia медленно, обеспечивается регулирование с малой скоростью изменения подачи питательной воды. В то же премя на так называемых экономических режимах и пш больших нагрузках, когда постоянная времени и запаздывание объекта регулирования снижаются, скорость пере.мещения сервомотора 29, а следовательно, и изменения подачи питательной воды значительно возрастает. Это достигается за счет ваедемня связи с выхода дополнительного усилителя 36 через детектор знака 21 на управляющие входы 19, 20 делителей напряжения 5, 6. Действительно, при малых нагрузках, когда сигнал УЗ задатчика I меньше опорного сигнала, на выходе усилителя 36 денстнует отрицательное напряжение, запирающее дмод 35 и устанавливающее детектор знака 21 в положение, при котором открыт тран.зястор 3 делителя 6. Вход 22 преобразопателя 24 отключается, и на вход 23 этого преобразователя поступает напряжение с делителя 5, имеющего минимальный козффициент. передачи. Прн возрастании нагрузки котла, когда сигнал задатчика 1 превышает опорный уровень Vo, происходит изменение знака напряжения на выходе усилителя .36. При этом диод 35 открывается, задатчик 1 охватывается глубокой отрицательной обратной связью, и oднoвpe eннo переключается детектор знака 21. Это приводит к фиксацнн уставкн температуры (сягкал .Задания перестает изменяться при дальнейше.4 возрастании нагрузки) и переключению входов преобразователя 24. В этом cлyt5ae открывается транзистор 7 н закрывается транзистор 8, 8 результате сигнал рассогласования поступает на преобраз,ователь 24 через делитель с максимальным коэффициентом передачи., что приводит к увеличению скорости перемецления сервомотора 29 и соответственно к более быстрому изменению подачи питательной воды. Такое построение схемы регулятора позволяет обеспечить устойчивость системы автоматического регулирования во всем диапазоне изменений нагрузок котла бел снижений скорости изменения подачи питагельноГ) воды на режиме экономического шла и больщих нагрузок н одновромениг) пвы1и.дет качество переходных процессов, позволпн значительно уменьшить чремя ман(ври)оп9ния и «забросы температуры перегретого iiapa. В конечно, счете 5то повышает надежность и ресурс котла. Наряду с регулированием скорости изменояия подачи нитательиой поды Б зависимости от нагрузки котла регулятор обеспечивает также переменную скорость изменения подачи питательной воды в соотаетствии с тем в каком напрапленяи идет процесс регулнрова ня температуры. Посналику наибольшую опасность для котла представляет нарастание температуры сверх аадагиого значения, при одной и той же абсолютной величине сигнала ошибки регулятор обеспечивает ускоренное увеличение подачн питательной воды по сравнению с уменьшением. Это достигается за счет соединения делителей 5, б с выходом усилителя-ограинчителя 4 через диоды 15-18. При выходном нарфяженин усилителя-ограничителя 4. соответстпующем работе регулятора на открывание клапана (увеличение подачи питательной воды), в проводящем состоянии оказываются диоды, подключающие выход усилителя-ограипчителя 4 ко входу преобразователя 24 через делители с бол.ыиими коэффициентами передачи. Благодаря это.му предот фа1лаются не.допустил5ые «забросы температуры перегретого пара и также повышаются надежность и ресурс работы котла. Для повышения. помехоустойчивости регулятора и защиты от возмущений, вызванных-сбоями счетч1 ка 26 при кратковременных -перерывах в подаче питания или под действием случайных помех, в регулятор введен контур восстановления информации в счетчнке. Восстановление осуществляется гю сигналу датчика положения 31, который не может изменяться мгновенно из-за ограни; ченной скорости движения cep J0 5Oтopa 29. Если при нормальной работе регулятора сервомотор 29 отслеживает изменение сигнала на выходе ЦАП 27 и рассогласование на входах переключателя 30 практически равно нулю, то при сбое счетчика скачкообразно изменяется напряжение на выходе ЦАП 27. Следящий привод 28 не успевает мгновенно отработать ложное воздействие. В результате рассогласование на входах переключателя 30 превышает порог его срабатывания и в зависимости от знака этого рассогласования переключатель 30 формирует напряжение надлежащей полярности- которое поступает на форсирующий третий вход 25 преобразователя 24. Выходной сигнал перегслючателя 30 поступает также на функциональный преобразователь 32, который воздействует на блокирующие входы 33, 34 делителей напряжения 5, 6. обеспечивая открывание транзисторов 7, 8, и пропадание сигналов на основных входах 22, 23 преобразователя 24. В соответствии со знаком напряжения на в.чоде 25 счетчик 26 настраивается на сложение или вычитание импульсов на

(МО счетном входе. При ()м сшиал ня вы.ходе ЦАГ 27 изменяется до тех пор, пока разность выходных напряжений ЦЛП 27 и датчика положения 31 не окажется Meiibnie порога отнускання переключателя 150. После этого переключатель 30 возсращаегся и нулевое положение, и регулятор переходит о нормальный режим работы.

Время восстановления информации должно быть достаточно малым, чтобы предотвратить «сползание сервомотора 31. Это достигается за счет надлежащего выбора частоты преобразователя 24 при подаче сигнала на его форсирующ.ий вход 25.

Таким образом, в предлагаемом регу..зяторе температуры leperpeToro пара cparsHHтельно простыми средствами обеспечено улучшение дина.мических характеристик и повышение точности системы регулирования в особенности при маневрировании, когда нагрузка котла изменяется в широких пределах. Наряду с этим достигается повыше1П1е помехоустойчивости регулятора, благодаря чему устраняются возмущения, возникающие при сбоях счетчика от случайных помех или перерывов в подаче питания. В результате

повышается надежность и ресурс работы котла.

Формула изобретения

Программный регулятор температуры перегретого пара судового с принудительной циркуляцией, содержащий программный задатчик температуры, соединеЕП)ый с датчиком нагрузки котла, и датчик температуры, подключенные к дифференциальному усилителю, последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик, цифроаиалогопый преобразователь (ЦАП) и следящий привод с сервомотором, подключенным к дифференцнальному блоку регулирования давления подачи питательной воды и к датчику положения сервомотора, источники питания и опорного напряженгш, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы, гфограммный регулятор содержит дополнительный усилитель, усилитель-ограничитель, делители напряжения, трехпозиционный переключатель, функциональный преобразователь и детектор знака; причем один из входов усилителя-ограничителя подключен к выходу дифференциального усилителя, другой - к выходу ЦАП; выход усилителя-ограничителя подключен ко входам делителей напряжения, выходы которых соединены с первым и вторым входа.ми преобразователя напряжение-частота, третий вход которого соединен с выходом трехпозициоиного перек тючателя, подключенного к выходу ЦАП и датчика полвжеиия сервомотора, подключенным ко входу функционального преобразователя, выходы которого соединены с другимн входами делителей напряжения, подключенными к выходу детектора знака, вход которого соединен с выходом дополнительного усилителя, подключенным к программному задатчику температуры, выход которого соединен с одним из входов дополнительного усилителя, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство С(ХР № 380912, кл. F 22 G 5/12, 1970.

2.Авторское свидетельстро СССР № 224933, кл. О 05 D 23/19, 1%7.

3.Авторское свидетельство СССР Л 401978, кл. G 05 D 23/19, 1971.