В этой статье объясняется процесс реализации системы управления на платформе контроллера Regin. Подробно описаны шаги, предпринятые для создания тестируемой системы, начиная с объяснения методологии, использованной для реализации. Затем описывается система котла, которой необходимо управлять, с подробным описанием того, какие параметры можно использовать и какие аварийные сигналы должны быть включены. Затем обсуждается этап реализации с описанием используемой платформы, а также информацией о среде моделирования и конструкции системы управления. Наконец, система тестируется, и результаты этого тестирования представляются.
Методология
Целью этого этапа отчета является реализация так называемого доказательства концепции решения. Концепция, которую необходимо доказать, заключается в том, что существующей платформы Regin достаточно для управления малой или средней котельной, т. е. для определения того, имеет ли платформа контроллера достаточное количество входов и выходов для управления. Причина ограничения котельной системы малым или средним масштабом связана с ограниченными временными рамками отчета, а также с тем фактом, что крупномасштабный контроллер требует значительно большего количества входов и выходов. Для того чтобы реализовать это экспериментальное концептуальное решение, сначала необходимо указать систему. Система котла, которой необходимо управлять, описана ниже, включая настройку оборудования, а также контролируемые параметры и аспекты безопасности. Как только система определена, может быть реализован фактический контроллер. Реализация контроллера начинается со знакомства с используемой платформой и средой моделирования, используемой для целей тестирования. На основе контролируемых параметров, определенных в котельной системе, контуры контроллера затем разрабатываются, объясняются и, наконец, программируются на платформе. После реализации контроллера среда моделирования используется для выполнения некоторых тестов, и обсуждаются результаты этапа тестирования.
Котельная система
Поскольку для этой цели нельзя использовать реальную систему, вместо нее используется имитация. В следующих разделах подробно описывается система, которую необходимо смоделировать.
Описание системы
Система, которая будет использоваться в этой реализации контроллера, выбрана как твердотопливный водотрубный котел, который используется для производства пара. Перечисляем некоторые из основных компонентов системы:
1. Первичный вентилятор: первичный воздух подается под топливную решетку с помощью одного вентилятора. Затем воздушный поток разделяется на пять зон для лучшего сгорания, что достигается с помощью вентиляционных заслонок.
2. Вторичный вентилятор: Вторичный воздух подается над воздухом для горения от независимого вентилятора.
3. Топливный бункер: для контроля наличия достаточного количества топлива индикатор уровня сигнализирует о низком уровне топлива.
4. Топливная заслонка: Поток топлива из бункера контролируется заслонкой, которую можно перемещать вверх или вниз и которая приводится в действие электродвигателем.
5. Решетка: Решетка приводится в действие электродвигателем и использует конвейерную ленту. Решетка имеет ширину 0,5 м и длину 2 м, что составляет площадь 1 м2.
6. Яма для золы: зола выбрасывается через колосниковую решетку.
Параметры управления
Из описания системы очевидны несколько параметров управления. Расход первичного воздуха регулируется изменением сигнала на первичный вентилятор. Разделение первичного воздуха на зоны могло бы регулироваться автоматически, но в данном случае оно регулируется вручную. Это сделано из-за ограниченного количества доступных выходов на контроллере, что описано ниже. Как и первичный воздух, расход вторичного воздуха также можно контролировать.
Другими параметрами управления являются положение топливной заслонки и скорость решетки. Помимо уже упомянутых параметров, для контроля процесса используются различные датчики. Содержание O2 в дымоходе измеряется и используется в регуляторе воздуха. Кроме того, датчики давления размещаются как под решеткой, так и над решеткой. Разность давлений помогает определить толщину слоя топлива. В паровом куполе также размещен датчик давления, который служит параметром для регулирования нагрузки. Для контроля температуры дымовых газов в дымоходе установлен ИК-пирометр.
Аварийные сигналы
Существует ряд переменных, которые необходимо контролировать в котельной системе по соображениям безопасности, а также для обеспечения приемлемой работы. В случае, если эти значения нарушают соответствующие условия, должен быть подан аварийный сигнал. В этой системе подается сигнал тревоги, если уровень O2 выходит за пределы заданного интервала. Также следует подать сигнал тревоги, если давление в паровом куполе превышает установленный предел. Наконец, датчик уровня топлива в топливном баке подает сигнал тревоги в случае, если уровень топлива опасно низок.
Практическая реализация
После определения системы и всех соответствующих параметров можно приступить к реализации. В следующих разделах описывается используемая платформа управления, среда моделирования и, наконец, шаги, предпринятые при фактической реализации алгоритма контроллера.
Платформа управления
Платформой, используемой для реализации контроллера, является EXOcompact. EXOcompact — это свободно программируемый контроллер, очень полезный в различных автономных приложениях, а также для системной интеграции. Он доступен в трех размерах с 8, 15 или 28 входами и выходами (I/O), а также имеет несколько других опций, таких как дисплей и поддержка нескольких протоколов связи.
В этой реализации используется контроллер модели C280D-S с 28 входами/выходами и встроенным дисплеем. Он обменивается данными через разъем RS485 с использованием протокола EXOline (Regin AB, 2010). Контроллер запрограммирован с использованием языка EXOL, разработанного Regin. Среда программирования также разработана Regin и называется EXOdesigner.
Среда моделирования
Как было сказано ранее, контроллер не может быть протестирован на реальной котельной системе. Для моделирования системы используется демонстрационный комплект от Regin. Этот комплект представляет собой портфель, в котором установлен EXOcompact и подключены все входы/выходы. Контроллер имеет пять аналоговых выходов, которые подключены к вольтметрам с диапазоном 0-10 В, и семь цифровых выходов, которые подключены к светодиодам (LED) для отображения сигналов. Контроллер имеет восемь цифровых входов, которые подключены к однопозиционным переключателям. Четыре дополнительных входа являются аналоговыми и подключены к потенциометру, а также к переключателю, который определяет, считывает ли вход напряжение или сопротивление. Остальные четыре входа являются так называемыми универсальными входами, что означает, что они могут быть как аналоговыми, так и цифровыми. Если универсальный вход выбран как аналоговый, он имеет ту же настройку, что и другие аналоговые входы. Используя этот демонстрационный комплект для имитации котельной системы, функциональность управления можно продемонстрировать, вручную изменив входы, чтобы спровоцировать изменение выходов. Реализованный контроллер нельзя будет напрямую использовать в реальном приложении. Однако это считается достаточным доказательством концепции.
Контуры контроллера
Наиболее распространенные методы управления были объяснены в предыдущих статьях. Алгоритм управления, реализованный на этом этапе, выбран в качестве параллельного контроллера и состоит из контроллера воздуха, контроллера топлива и контроллера нагрузки, который обеспечивает настройку. точек для первых двух контроллеров.
Контроллер нагрузки представляет собой довольно простой контроллер, использующий ПИД-регулятор для определения нагрузки. Контроллер имеет заданную уставку давления в паровом куполе. Измеренное давление используется для определения ошибки, которая, в свою очередь, подается на ПИД-регулятор. Выход этого контроллера ограничен интервалом 2-10 В, что представляет процентный интервал 20-100 %. Сигнал ограничен минимум 20 %, чтобы поддерживать горение, поскольку, если нагрузка равна 0 %, горение нужно будет запускать вручную каждый раз, когда потребность возрастает. Затем это значение отправляется на контроллеры воздуха и топлива.
Модуль воздушного контроллера немного сложнее, но также использует ПИД-регулятор. Сигнал от контроллера нагрузки разделяется на сигналы первичного и вторичного воздуха, так что 70 % всего расхода воздуха обеспечивается первичным воздухом, а остальные 30 % подаются как вторичный воздух. Измеренная концентрация O2 и уставка O2 подаются на ПИД-регулятор. Затем выходной сигнал ПИД-регулятора используется для регулировки сигнала вторичного воздуха в соответствии с потребностями в кислороде. Выходные сигналы, отправляемые на вентиляторы, ограничены интервалом 1-10 В. Причина установки нижнего предела 1 В на каждом выходе заключается в снижении риска возникновения небезопасных условий эксплуатации.
Топливный контроллер является самым сложным из трех контроллеров. Измеряется давление воздуха над и под решеткой, и эти значения используются для оценки толщины слоя топлива. Эта оценка толщины затем преобразуется в значение, которое используется в качестве входных данных для ПИД-регулятора, где сигналом нагрузки является заданное значение. Затем выходной сигнал ПИД-регулятора подается как на топливную заслонку, так и на двигатель решетки. Перед отправкой каждого из сигналов на соответствующий исполнительный механизм они преобразуются в репрезентативное значение и ограничиваются интервалом 0–10 В.