12.1 Структура системы управления

Структурная схема системы непосредственного цифрового управления тепловым режимом методической печи, разработанная Научно – производственным объединением ,,Киевский институт автоматики” (НПО КИА) приведена на рисунке 12.1 [8].

Поскольку структуры управления всех отапливаемых зон печи идентичны, представлены элементы, относящиеся к одной зоне или печи вцелом.

Стабилизируются температуры греющей среды tⁿ, соотношения ⁿ между расходами топлива В_тⁿ и воздуха В_вⁿ по зонам (n=1, 2,…, N, обычно N<9), а также давление в рабочем пространстве Р и содержание кислорода О₂ в продуктах сгорания. Возмущающие воздействия могут быть разделены на контролируемые ₁ (темп продвижения металла и его характеристики) и неконтролируемые ₂. В системе контролируются положения валов ИМ 3 на трубопроводах топлива (_тⁿ) и воздуха (_вⁿ), а также шибера печи (_р), а о положении РО 2 можно судить по соответствующим расходам.

Заданные значения стабилизируемых параметров рассчитываются в составе задач оптимального управления, решаемых в управляющем вычислительном комплексе, и для рассматриваемой структуры являются внешними сигналами.

12.2 Алгоритмы работы системы

Продолжительность переходного процесса по температуре в каждой зоне обычно существенно меньше времени пребывания каждой заготовки в рабочем пространстве. Скорость изменения расхода топлива на горелки лимитирована. С учётом этого, алгоритм формирования управляющего воздействия регулятора температуры (РТ) на j – том интервале сформирован на основе двух – импульсного регулирования

(12.1)

где – коэффициенты передачи объекта регулирования температуры по каналам расхода топлива В_т и контролируемых возмущений в n – ной зоне, соответствующие параметрам объекта на предыдущем шаге и уточняемые модулем идентификации 6 в процессе нормальной эксплуатации системы;

_т – минимально допустимое изменение расхода топлива.

1– объект управления; 2–РО; 3– ИМ; 4–датчики; 5–модуль реализации управляющих воздействий; 6–модуль

идентификации; 7–модуль диагностики; РТ, РС, РД–регуляторы температуры, соотношения, давления соответственно

Рисунок 12.1 – Структурная схема цифрового регулирования теплового режима печи

Цифровой регулятор соотношения расходов топлива и воздуха (РС) на каждом шаге регулирования определяет изменение расхода воздуха с учётом рассчитанного в РТ изменения расхода топлива и заданного коэффициента расхода воздуха  по соотношениям:

(12.2) где В_о – теоретически необходимое количество воздуха для сжигания единицы топлива.

Алгоритм цифрового регулирования давления (РД) в рабочем пространстве предусматривает расчёт изменения положения РО Р_p,j с учётом рассчитанного изменения расходов топлива и воздуха по всем зонам печи:

, (12.3)

где К_об(Р), К_об(В_т), К_об(В_в) – коэффициенты передачи объекта регулирования давления по соответствующим сигналам, определённые в период наладки системы.

Реализация управляющих воздействий (12.1 – 12.3) осуществляется модулем 5 одновременным включением всех ИМ на печи на промежутки времени , рассчитываемые по необходимым на j – том интервале регулирующим воздействиям:

; (12.4) ,

где К_им(Вⁱ) – коэффициент передачи ИМ и РО по соответствующему каналу;

 – время на выработку люфта в сочленении ИМ и РО;

 – время, затрачиваемое на выработку люфта в ИМ и его сочленении с РО по i – тому параметру на j – том интервале.

Турбулентный характер движения потоков воздуха и топлива в трубопроводах, а также продуктов сгорания в рабочем пространстве ,вызывает значительные помехи в работе датчиков 4 расходов и давления этих компонентов. Поэтому, наряду с предварительной обработкой информации, в системе осуществляются процедуры фильтрации (модуль 7), основанные на применении методов экспоненциального сглаживани и скользящего среднего

, (12.5) где n – цикл измерения;

B_n– значение параметра на выходе фильтра; m – число циклов измерений, проведенных после перестановки РО, m=1, 2, …, M; B_n – скользящее среднее значение полученное в данном цикле измерений;

B_n–1– значение параметра на выходе фильтра в предыдущем цикле.

Как видно из выражения (12.5), после перестановки регулирующего органа (m=1), фильтрация измерений производится по методу скользящего среднего, обеспечивающему быстрый переход на новое значение параметра. Спустя m циклов измерений, фильтрация производится по методу экспоненциального сглаживания, когда достигается эффективное подавление помех.

Для упрощения эксплуатации технических средств и предотвращения аварийных ситуаций в системе реализован модуль контроля работоспособности и диагностики технических и программных средств 7. Работоспособность линий связи проверяется на основе анализа достоверности информации, с учётом соответствующих статических характеристик АЦП по опросу контрольных входов, на которые постоянно подаётся эталонный сигнал. Работоспособность датчиков параметров теплового режима проверяется на основе анализа соответствия их информации статическим характеристикам объекта. Основой для контроля работоспособности РО является информация об изменении их статических характеристик, а ИМ – ошибок в их перемещении.

На основе работы системы формируются и выдаются на дисплейный модуль и печать диагностические сообщения об отсутствии резервов энергоносителей для стабилизации параметров теплового режима. При отказе микропроцессорных средств, до восстановления их работоспособности, оператор может контролировать состояние процесса по показаниям вторичных приборов и управлять ИМ с пульта управления.