Система управління температурою в камерній печі з рекуператором для підігріву повітря

УКРАЇНА (19) UA (11) 63984 (13) U (51) МПК (2011.01) G05B 11/32 (2006.01) C21D 9/00 ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ видається під відповідальність власника патенту ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ТЕМПЕРАТУРОЮ В КАМЕРНІЙ ПЕЧІ З РЕКУПЕРАТОРОМ ДЛЯ ПІДІГРІВУ ПОВІТРЯ 1   L0 C  (c2T2  c1T1 ) , де  - коефіцієнт витрати повітря; L0 - теоретично необхідна витрата 3 3 повітря на 3 згорання 1 м палива, м /м ; C - калорійність палива, ккал/м3; c1 , c2 - теплоємність повітря відповідно при температурах Т1 i Т2, кДж/(кг*К); (13) 63984 (11) вності лише системи регулювання температури в печі, витрата палива залишиться незмінною, а сумарна кількість теплоти згорання палива та фізичного тепла повітря зменшиться, внаслідок чого знизиться температура в печі. Лише після спрацьовування системи регулювання температури витрата палива підвищиться, що дасть змогу відновити необхідну температуру повітря за теплообмінником, при цьому затримка регулювання температури повітря неприпустимо велика. Також, істотним недоліком є негативний вплив збурень в теплообмінному апараті на температуру поверхні металу. В основу корисної моделі поставлена задача розробки системи управління температурою в камерній печі з рекуператором для підігріву повітря, в якій за рахунок введення додатково контуру регулювання температури підігріву повітря забезпечується мінімізація сумарної витрати палива та зменшення робочого навантаження на регулятор головного контуру. Для вирішення поставленої задачі у системі управління температурою в камерній печі з рекуператором для підігріву повітря, що містить контур регулювання за відхиленням з ПІД-регулятором, компаратором та задавачем, згідно з корисною моделлю вона містить контур з П-законом регулю U T1 ,T2 - відповідно початкова та кінцева температури повітря, К. UA Корисна модель належить до галузі металургійної теплотехніки, власне до нагріву металевих виробів в камерних печах, та може бути використана в металургії, машинобудуванні та інших галузях промисловості. Найбільш близькою за сукупністю ознак до системи, що заявляється, є система управління нагрівальним колодязем з повітряним рекуператором [Аксельруд Л.Г. Нагревательные колодцы / Аксельруд Л.Г., Сухов И.И., Тымчак В. М. - М.: Металлургиздат, 1962]. Система управління температурою в камерній печі містить один контур та складається з об'єкта управління, пропорційно-інтегральнодиференціального регулятора (ПІД-регулятора) та задавача, в якому встановлюється завдання для регулятора. При появі відхилень температури від завдання, регулятор за стандартним ПІД-законом виробляє керуючу дію. У камерній печі цієї конструкції спостерігається достатньо висока витрата палива через недосконалість системи управління, неповнота контролю параметрів процесу, реагування системи на випадкові збурення температури підігріву повітря. При появі збурень в системі «піч-теплообмінник» на ділянці за піччю температура повітря на виході теплообмінника знижується. В такому разі, за ная K (19) (21) u201104021 (22) 04.04.2011 (24) 25.10.2011 (46) 25.10.2011, Бюл.№ 20, 2011 р. (72) ЄРМАКОВА ЮЛІЯ СЕРГІЇВНА, БАРІШЕНКО ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА (73) ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ (57) Система управління температурою в камерній печі з рекуператором для підігріву повітря, що містить контур регулювання з ПІД-регулятором, компаратором та задавачем, яка відрізняється тим, що вона додатково містить контур з П-законом регулювання температури підігріву повітря з налаштуванням, що розраховується за формулою: 2 3 63984 вання температури підігріву повітря з налаштуванням, що розраховується за формулою: K   L0 C  (c2T2  c1T1 ) , де  - коефіцієнт витрати повітря; L0 - теоретично необхідна витрата повітря на 3 3 3 згорання 1 м палива, м /м ; 3 С - калорійність палива, ккал/м ; с1, с2 - теплоємність повітря відповідно при температурах Т1 і Т2, кДж/(кг*К); Т1,Т2 - відповідно початкова та кінцева температури повітря, К. Основним призначенням розробленої системи управління температурою в камерній печі є компенсація збурень, що виникають на ділянці за піччю перед теплообмінником внаслідок підсосів холодного повітря, коливань температури димових газів або зміни умов теплообміну в рекуператорі. Для підвищення швидкодії системи та зменшення впливу випадкових збурень температури підігріву повітря пропонується замість існуючої одно контурної системи регулювання температури за відхиленням використовувати двоконтурну систему управління (САУ) з додатковим регулятором. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється схемним кресленням, на якому представлена структура системи управління. Система управління, що заявляється, складається з об'єкта управління 1 (власне печі) та керуючого пристрою (КП) 2. До складу КП входять обчислювальний пристрій (ОП) 3, додатковий пропорційний регулятор (П-регулятор) температури підігріву повітря 4 та ПІД-регулятор температури в печі 5. Для контуру температури підігріву повітря вибраний пропорційний закон регулювання для повної миттєвої компенсації збурюючого впливу, виходячи зі швидкодії П-закону регулювання. Налаштування П-регулятора температури підігріву повітря розраховується згідно наступної формули: K   L0 C  (c2T2  c1T1 ) , (1) де  - коефіцієнт витрати повітря; L0 - теоретично необхідна витрата повітря на 3 3 3 згорання 1 м палива, м /м ; 4 3 С - калорійність палива, ккал/м ; с1, с2 - теплоємність повітря відповідно при температурах Т1 і Т2, кДж/(кг*К); Т1,Т2 - відповідно початкова та кінцева температури повітря, К. Виходячи з того, що теплоємність повітря є функцією його температури с=f(T), то П-настройка додаткового регулятора також є функцією температури: К =f(T). Таким чином, налаштування П-регулятора є динамічною змінною протягом всього процесу нагріву та змінюється з необхідною дискретністю, яка залежить від необхідної точності регулювання. Зміна коефіцієнту передачі не викличе значних змін у стійкості системи, тому що змінює своє значення в межах 5...10 % від свого номінального значення. Система працює за принципом попереднього розрахунку впливу збурень та його повного усунення за допомогою сумування протилежних відхилень. Система працює наступним чином: На вхід подаються сигнали поточних значень температури в печі (Тмет) і температури підігріву повітря (Твозд). Згідно з поточною температурою повітря в обчислювальному пристрої 3 визначається налаштування П-регулятора 4 згідно з формулою (1), а також значення завдань для вхідних величин. Розраховані значення передаються на вхід відповідних регуляторів, які формують керуючі впливи згідно П- та ПІД-законам. Далі, для отримання загального сигналу управління впливи підсумовуються, тим самим враховуючи відхилення у значенні як температури в печі, так і температури підігріву повітря. На виході КП 2 формується керуюча дія, яка далі подається на виконавчий механізм для зміни витрати палива. В результаті впровадження розробленого керуючого пристрою забезпечується: - індиферентність температури поверхні металу та температури робочого простору печі відносно випадкових збурень температури підігріву повітря; - зменшення робочого навантаження на регулятор головного контуру; - зменшення сумарної витрати палива внаслідок скорочення часу перехідного процесу. 5 Комп’ютерна верстка В. Мацело 63984 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601