Cuprins

I. INTRODUCEREI.1. Prezentarea generală a unei centrale termoelectriceI.2. Scurtă prezentare a sistemelor de automatizare din SC

Complexul Energetic Rovinari SA

II. FUNCŢIILE SISTEMULUI DISTRIBUIT DE CONDUCEREII.1. Funcţii operativeII.2. Funcţii neoperativeII.3. Funcţii semioperative

III. STRUCTURA SISTEMULUI DISTRIBUIT DE CONDUCEREIII.1. Controlere OvationIII.2. Staţia de inginerieIII.3. Staţii de operareIII.4. Staţia de istoricIII.5. Staţia AMSIII.6. Imprimante

IV. SOFTWARE-UL SISTEMULUI DISTRIBUIT DE CONDUCEREIV.1. Ovation Engineering ToolsIV.2. Ovation ApplicationsIV.3. Ovation Utilities

V. SISTEMUL DE REGLARE AUTOMATĂ A PRESIUNII AERULUI DE ARDERE LA CAZANUL DE 1035 t/hV.1. Schema circuitului aerului de ardereV.2. Prezentarea schemei de principiu a sistemului de reglare

automată a presiunii aerului de ardereV.3. Determinarea funcţiei de transfer a părţii fixe a SRAV.4. Determinarea parametrilor de acord optimi ai regulatorului PI

VI. CONCLUZII

Pagina 1 din 67

I. INTRODUCERE

I.1. Prezentare generală a unei centrale termoelectrice

O centrală electrică serveşte la transformarea energiei brute, existentă în natură, în energie electrică. În cazul în care pe calea transformării se generează şi energie termică, atunci se vorbeşte despre o centrală pe abur (termocentrală).

Într-o termocentrală, energia brută ce se găseşte în combustibilii fosili este transformată în energie termică în cazanul (generatorul) de abur. Această energie termică este apoi condusă spre turbină împreună cu suportul – abur; în turbină are loc transformarea energiei în energie mecanică, în generatorul electric având loc ultima transformare, transformarea energiei mecanice în energie electrică (figura 1.1).

Figura 1.1 Schema unei termocentrale

De multe ori produsul urmărit nu este energia electrică, ci se doreşte doar obţinerea de energie termică, având de a face cu centrale termice. În aceste centrale se obţine aburul necesar pentru încălzire, iar în centralele termice industriale se obţine aburul necesar anumitor procese industriale (de exemplu în industria chimică), generându-se în paralel şi energie electrică (dar ca produs secundar), având de a face cu CET-uri (centrale electrice de termoficare).

Se poate face deci o primă clasificare a termocentralelor şi anume:- CTE (centrale termoelectrice) – se produce numai energie electrică;- CT (centrale termice) – se produce numai energie termică (căldură);- CET (centrale electrice de termoficare) – se produce atât energie termică,

cât şi energie electrică.Se pot face şi alte clasificări ale termocentralelor, ca de exemplu în funcţie

de combustibilul utilizat; se pot deosebi combustibili fosili sau combustibili nucleari. Combustibilii fosili pot fi solizi (cărbuni, şisturi, etc.), lichizi (păcură) sau gazoşi (gaze naturale sau gaze de furnal). Se pot folosi şi combinaţii ale acestor combustibili, unul fiind combustibil de bază, iar celălalt fiind folosit ca suport. După cum se va vedea în capitolele următoare, o deosebită importanţă pentru automatizare o au caracteristicile acestor combustibili.

Pagina 2 din 67

Grupul de 330 MW instalat la S.C. Complexul Energetic Rovinari S.A. este alcătuit din aşa numita schemă bloc care înseamnă legătura directă pe parte de abur dintre cazan şi turbină, care se aplică de regulă la grupurile de condensaţie cu supraîncălzire intermediară (fig.1.2). Aceasta schemă se caracterizează prin simplitate dar are dezavantajul că ansamblul cazan-turbină este afectat de indisponibilitatea relativ mai mare a cazanului.

Apa de alimentare are de asemenea un traseu unic între turbina şi cazanul aceluiaşi bloc, pompele de apă de alimentare aspirând din rezervorul degazorului. Pe circuitul apei între turbina şi cazan se găsesc preîncălzitoarele din circuitul regenerativ dispuse de asemenea pe un singur fir.

Figura 1.2 Grup de 330 MW de condensaţie cu supraîncălzire intermediară (simplificat).

Dimensionarea unui grup de condensaţie se face respectând criteriul economicităţii astfel încât pentru o anumita putere electrică la generator vor corespunde la proiectarea blocului limite precise pentru parametrii aburului viu şi aburului supraîncălzit intermediar, precum şi pentru numărul de preîncălzitoare din circuitul regenerativ. În cazul de faţă (330 MW) limitele prescrise sunt:

- presiune abur viu între 140 bar şi 240 bar;- temperatura abur viu 540°C;- temperatura abur supraîncălzit intermediar 540°C;- număr preîncălzitoare pentru apa de alimentare: 7.

Cazanul este cu străbatere forţată unică, de tip turn, executat sub licenţă Babcock şi foloseşte drept combustibil, lignitul de Rovinari, iar în regim de pornire şi pentru susţinerea arderii se foloseşte gaz metan şi/sau păcură.

Pagina 3 din 67

I.2. Scurtă prezentare a sistemelor de automatizare din SC Complexul Energetic Rovinari SA

SC Complexul Energetic Rovinari SA Rovinari cuprinde 4 grupuri energetice de 330 MW fiecare.

După anul 1990, grupurile energetice din termocentrala Rovinari au fost supuse succesiv unor programe de reabilitare-modernizare, executându-se atât lucrări asupra instalaţiilor termoenergetice, cât şi implementarea unor sisteme de automatizare numerice, moderne.

Astfel, grupurile 4, 5 şi 6 au fost prevăzute cu sistemul Procontrol P furnizat de ABB, sistem implementat la o scară relativ redusă, care înglobează buclele principale de reglare automată ale cazanului (sarcină bloc, debit apă de alimentare, debit combustibil, aer de ardere, depresiune în focar, temperatură abur viu şi intermediar, etc.)

Faţă de grupul nr. 6, grupurile 4 şi 5 au fost dotate cu sisteme numerice de reglaj pe turbină, de tip Alspa P320, furnizate de Alstom Power, care să satisfacă cerinţele de funcţionare a grupurilor în reglaj primar şi secundar în conformitate cu reglementările UCTE.

Grupul nr. 3 a fost dotat cu un sistem distribuit de control Ovation furnizat de Emerson Process Management şi de asemenea cu sistem REH numeric cu comandă independentă pe ventilele de reglare IP pe admisia aburului în turbină.

II. FUNCŢIILE DCS OVATION

DCS Ovation este un sistem unitar, care integrează funcţiile de conducere operativă a procesului tehnologic (supraveghere, reglare, comandă protecţii, ghid operator, protocolare-raportare, calcule tehnice, arhivare pe termen lung), funcţiile sistemului informatic de management proces (calcule tehnico-economice, diagnoza stării tehnice a echipamentelor, optimizarea mersului economic) şi funcţiile subsistemului de inginerie, diagnoză şi mentenanţă ale sistemului.

II.1. Funcţii operative

a) Funcţia de supraveghere – are ca scop informarea operativă a personalului de exploatare asupra evoluţiei parametrilor din proces, măsuraţi sau calculaţi, asupra stării blocului şi echipamentelor componente, asupra evenimentelor care au loc în cadrul procesului supravegheat (limite de semnalizare, avarii), precum şi indicarea tendinţelor de evoluţie a parametrilor importanţi.

Supravegherea se realizează la nivelul interfeţei om-proces din camera de comandă a blocului prin prezentarea informaţiei pe display-uri. Datele de proces

Pagina 4 din 67

sunt afişate într-o structură ierarhizată de imagini, de la nivelul imaginii generale a blocului până la nivelul imaginilor zonale sau de detaliu. Imaginile de proces reprezintă agregate, circuite sau echipamente de proces, împreună cu valorile curente ale parametrilor din proces.

Imaginea generală a blocului cu suprapunerea unor informaţii curente despre proces şi cu ferestre temporare cu informaţii suplimentare sau ferestre video reprezintă modul ilustrativ a stării blocului.

Pe lângă imagini, operatorul are la dispoziţie informaţii privind alarmele şi alte informaţii suplimentare realizate prin următoarele funcţiuni:

- afişare curbe (trenduri) ale mărimilor din proces;- afişare prin bare;- afişare caracteristici;- afişare secvenţă de evenimente.b) Funcţia de reglare automată – are ca scop reglarea automată a

principalilor parametri ai blocului la valori fixe sau după curbe prestabilite, reglarea coordonată cazan-turbină, etc., în scopul menţinerii procesului în domeniul funcţionării normale la apariţia unor perturbaţii interne/externe sau la modificarea referinţei de sarcină în domeniul 40…100%.

c) Funcţia de comandă – are ca scop realizarea comenzilor individuale pentru toate acţionările blocului, realizarea comenzilor secvenţiale la nivel de grupă (subgrupă) funcţională sau pentru agregatele blocului în perioadele de pornire-oprire şi în cazul funcţionării anormale, pentru readucerea instalaţiei în zona funcţionării normale.

d) Funcţia de protecţie – are ca scop aducerea în stare de siguranţă (oprire) a principalelor agregate ale blocului şi a altor echipamente şi instalaţii importante ale blocului sau executarea unor acţiuni de prevenire a avarierii acestora în zona de funcţionare interzisă.

e) Funcţia de ghid operator – are ca scop să ofere operatorului informaţii despre modul optim de intervenţie în diferite situaţii. Ghidul operator ajută operatorul în realizarea succesiunii paşilor de pornire-oprire, a condiţiilor de desfăşurarea a acestora (limite de manevră, viteză de încărcare), iar în cazul existenţei secvenţelor automate ajută operatorul în urmărirea acestor secvenţe.

f) Funcţia de comunicare cu alte sisteme – are ca scop asigurarea schimbului de informaţii între sistemul de conducere operativă proces şi alte sisteme informaţionale din centrală sau de la nivelul ierarhic superior.

II.2. Funcţii neoperative

a) Funcţia de protocolare-raportare – asigură generarea automată sau la cerere a diferite tipuri de protocoale.

b) Funcţia de arhivare pe termen lung.c) Funcţia de realizarea a unor calcule tehnice

Pagina 5 din 67

II.3. Funcţii semioperative

Funcţiile semioperative ale DCS Ovation se realizează prin intermediul staţiei de inginerie.

a) Configurabilitatea – permite realizarea unui proces complet de proiectare a aplicaţiei, de dezvoltare a software-ului din faza de uzinare a echipamentului, până la faza de testare şi PIF sau chiar cu grupul în funcţiune,

b) Autodiagnoza – asigură identificarea automată a defectelor proprii DCS, inclusiv a traductoarelor legate la sistem.

c) Mentenanţa întregului sistem distribuit de automatizare – traductoare, echipament de interfaţă şi sistem de comunicare, sistem de operare.

d) Documentarea – sistemul cuprinde documentaţia actualizată, care poate fi citită, editată, imprimată, copiată.

III. STRUCTURA SISTEMULUI

Structura DCS Ovation este prezentată în figura 3.1.

Figura 3.1. Structura DCS Ovation – grupul nr. 3 Rovinari

Pagina 6 din 67

Sistemul DCS Ovation de la grupul nr. 3 Rovinari cuprinde următoarele subsisteme:

- subsistemul de automatizare proces;- subsistemul de comunicaţii;- subsistemul de operare (interfaţa cu operatorul);- subsistemul de inginerie, diagnoză şi mentenanţă;- subsistemul de management proces, subsistemul de raportare/arhivare.

Sistemul Ovation este alcătuit sub forma a două reţele Ethernet 10/100 redundante, reţele la care sunt conectate controllerele, staţiile de inginerie, operare, AMS şi HSR şi imprimantele de reţea. O reprezentare schematică a acestor reţele este redată în figura 3.2. Fiecare element conectat la reţeaua Ovation poartă denumirea generică de drop.Sistemul cuprinde două switch-uri redundante (Root şi Backup) de tipul Cisco Systems Catalyst 2950 cu câte 24 de porturi, porturile 2 şi 3 fiind folosite pentru interconexiunea între switch-uri.

Figura 3.2. Reţeaua Ovation

III.1. Controlere Ovation

Controllerele Ovation sunt controllere de proces bazate pe procesoare Intel Pentium şi rulează pe sisteme de operare comerciale. Controllerul utilizează o interfaţă „off-the-shelf” pentru a fi conectat la reţeaua Ovation.

Controllerul execută strategiile de control modulat şi secvenţial şi are următoarele funcţii:

- originează şi recepţionează puncte de proces;- permite adăugarea, ştergerea şi modificarea de puncte on-line;- furnizează alarme pentru punctele ce-şi au originea ]n controler;- citeşte modulele I/O şi converteşte datele în puncte de proces;- citeşte punctele de proces şi scrie datele în modulele I/O;- execută algoritmii de control;

Pagina 7 din 67

- permite adăugarea, ştergerea şi modificarea controlului on-line.Controlerele Ovation utilizează memorii Compact Flash care prezintă

diverse avantaje, din care amintim reducerea mentenanţei, eliminarea PROM-urilor, stocarea algoritmilor, logicii, sistemului de operare, etc.

Fiecare dulap cu controllere conţine o pereche de controllere (primary şi backup) şi este prevăzut cu ramuri cu module I/O pentru conexiunea cu procesul. Controllerele sunt redundante, astfel încât în cazul „căderii” celui aflat în control, controllerul aflat în back-up preia toate funcţiile fără şoc.

Sistemul implementat la grupul nr. 3 Rovinari cuprinde 10 perechi de controllere. Controllerele sunt organizate astfel încât să acopere diferite noduri tehnologice ale grupului, după cum urmează:

- controllerele 1/51 – VA1 , VG1, PAR1, morile 1, 2 şi 6;- controllerele 2/52 – VA2, VG2, PAR2, morile 3, 4, 5;- controllerele 3/53 – arzătorii de gaz şi de păcură;- controllerele 4/54 – apă de alimentare, EPA1, apă-abur viu parte stângă;- controllerele 5/55 – EPA2, apă-abur viu parte dreaptă;- controllerele 6/56 – legătura cu sistemul REH TA, bypass MP, prize TA;- controllerele 7/57 – circuit condensat, temperaturi generator;- controllerele 8/58 – pompe de circulaţie, legătura cu REH TPA;- controllerele 9/59 – protecţii TA, protecţii cazan;- controllerele 10/60 – staţie de tratare condensat;

După cum se observă în figura 3.1., la controllerele 4/54, 5/55 şi 7/57 sunt conectate staţii Ovation cu module I/O amplasate în apropierea zonelor de colectare a semnalelor (cota 92, cota 45 şi generator). Aceste staţii sunt legate la controllere cu fibră optică prin intermediul unor module de interfaţă specifice.

Modulele I/O principale sunt:

a) Module de intrare pentru semnale analogiceModulele de intrare pentru semnale analogice preiau informaţiile din

proces de la diferitele traductoare de măsură: termocupluri, termorezistenţe, traductoare de presiune, deplasare, etc. cu ieşire în semnal unificat 4…20 mA.

Dintre aceste module amintim:- HART Analog Input Module 4…20 mA – Aceste module preiau semnale

4…20 mA de la traductoare şi permit şi conectarea la traductoare cu protocol HART (Highway Addressable Remote Transducer).

- Analog Input Module pentru termocupluri – acest tip de modul conţine o termorezistenţă internă care este folosită pentru compensarea temperaturii sudurii reci a termocuplului.

- Analog Input Module pentru termorezistenţe.Modulul de intrare pentru semnale analogice poate avea diferite

configurări, după cum urmează:- ±50 mV cu compensare (termocupluri);- ±100 mV cu compensare (termocupluri);- ±1 V, ±5 V, ±10 V;- 0(4)…20 mA.

Pagina 8 din 67

Diagrama de conexiuni este prezentată în figura 3.3.

Figura 3.3. Modul de intrare pentru semnale analogice.

În cazul în care modulul de intrare primeşte semnal de intrare de la termocupluri, schema de conexiune este prezentată în figura 3.4.

Figura 3.4. Conexiune pentru termocupluri

Pagina 9 din 67

După cum se observă, modulul conţine un senzor de temperatură intern. Acesta măsoară temperatura modulului şi această mărime este folosită la compensarea temperaturii sudurii reci a termocuplului. Acest lucru determină măsurarea cu precizie a temperaturilor utilizând termocupluri.

Modul de intrare pentru termorezistenţe (RTD Module) este utilizat pentru conversia în semnale digitale a semnalelor provenite de la termorezistenţe. Datele digitizate sunt transmise la controler.

Modulul poate fi configurat pentru diferite tipuri de termorezistenţe (Pt100, Cu50, etc.)

Schema de conexiuni este prezentată în figura 3.5.

Figura 3.5. Modul de intrare pentru termorezistenţe

Modul de intrare HART pentru semnale analogice (HART High Performance Analog Input) este un modul standard Ovation prevăzut cu 8 canale de intrare separate galvanic pentru semnale 4…20 mA. Fiecare canal poate fi configurat, prin intermediul unor jumperi, pentru traductoare alimentate din câmp sau alimentate local .

Protocolul HART este un protocol digital de comunicaţie destinat pentru măsurătorile parametrilor din procesele industriale care permite programarea

Pagina 10 din 67

(setarea) on-line a traductoarelor. HART utilizează un semnal de joasă frecvenţă ce este suprapus peste semnalul util de 4…20 mA. Deoarece amplitudinea semnalului HART este redusă şi valoarea medie a acestuia este nulă, semnalul de curent 4…20 mA nu este afectat.

Utilizând protocolul HART, traductoarele inteligente ne pot oferi informaţii nu numai despre parametrul de bază măsurat (de exemplu o presiune), ci şi despre alte mărimi şi despre starea traductorului (diagnoză, timp de funcţionare, etc.).

Schema bloc şi diagrama de conexiuni a modulului este prezentată în figura 3.6.

Figura 3.6. Modul de intrare HART pentru semnale analogice

Pagina 11 din 67

b) Module de intrare pentru semnale digitale:- Compact Contact Input – sunt prevăzute cu 16 canale individuale de

intrare pentru semnal tip contact.

Figura 3.7. Modul de intrare pentru semnale digitale (contact)

- SOE input (Sequence of Events)– acestea sunt module de intrare pentru contacte (16 canale) cu menţiunea că fiecare canal este scanat la fiecare 125 microsecunde, astfel încât să se poată determina cu exactitate momentul modificării 0/1 a semnalului. Acest tip de module este folosit în special pentru realizarea secvenţei evenimentelor în cazul unor situaţii deosebite de funcţionare.

c) Module de ieşire pentru semnale analogice.Modulul de ieşire pentru semnale analogice converteşte un semnal

analogic intern al sistemului Ovation într-un semnal unificat de ieşire 4…20 mA.

Modul conţine 4 canale individuale cu ieşire 4…20 mA.Semnalele analogice ce sunt alocate unui modul de ieşire pentru semnale

analogice trebuie să fie calibrate în domeniul 0…100%, conversia fiin liniară (la 0% corespund 4 mA, iar la 100% corespund 20 mA).

Diagrama de conexiuni pentru un canal este redată în figura 3.8.

Pagina 12 din 67

Figura 3.8. Modul de ieşire pentru semnale analogice

d) Module de ieşire pentru semnale digitale.Acest tip de modul converteşte un semnal logic intern al sistemului

Ovation într-un nivel de tensiune. Modulul conţine 16 canale individuale de ieşire, diagrama de conexiuni pentru un canal fiind redată în figura 3.9.

Figura 3.9. Modul de ieşire pentru semnale logice

Pagina 13 din 67

III.2. Staţia de inginerie

Staţia de inginerie este un PC Dell Precision 650 cu două display-uri, cu sistemul de operare Microsoft Windows XP şi constituie şi server pentru reţeaua Ovation.

Prin intermediul staţiei de inginerie se execută diferite operaţii de configurare (folosind pachete software specifice): se pot adăuga sau şterge elemente în reţea, se configurează controllerele (puncte, algoritmi, module, etc.).

III.3. Staţiile de operare

Staţiile de operare sunt PC-uri Dell Optiplex GX270, cu unul sau două display-uri. Aceste staţii sunt interfaţa între operator şi sistem (MMI – Man Machine Interface). De la nivelul acestor staţii operatorul poate executa comenzi de pornire/oprire a agregatelor, comutare automat/manual, etc. şi este informat on-line de starea agregatelor, valorile parametrilor funcţionali ai instalaţiei tehnologice, evenimente, se pot vizualiza trenduri, etc.

III.4. Staţia de istoric (HSR)

Staţia HSR este un PC Dell Poweredge 4600 cu capacitate de stocare foarte mare. Pe această staţie sunt stocate date din sistem, existând apoi posibilitatea de a fi uşor apelate şi a vizualiza liste de evenimente, liste de alarme, trenduri istorice, etc.

Fiecare punct al sistemului poate fi configurat pentru a fi stocat în staţia HSR. Pentru semnalele analogice se pot seta perioada de scanare şi valoarea insensibilităţii.

III.5. Staţia AMS

Staţia AMS (Asset Management System) este un PC Dell Optiplex GX270 cu aplicaţia AMS Suite: Intelligent Device Manager.

De le nivelul acestei staţii se poate executa configurarea on-line a traductoarelor cu protocol HART. În figura 3.10 este prezentată fereastra de configurare a unui traductor de temperatură

Pagina 14 din 67

Figura 3.10. AMS Suite: Intelligent Device Manager

III.6. Imprimante

Sistemul este prevăzut cu 3 imprimante de reţea (două HP 5100 Laserjet şi una HP 2600 Color Printer). De asemenea, staţia de operare 211 este prevăzută cu o imprimantă color pentru alarme Genicom 3850.

Cu ajutorul acestora se pot lista trenduri, scheme funcţionale, grafice alarme, etc.

IV. SOFTWARE DCS OVATION

Sistemul Ovation cuprinde softuri specifice pentru operare şi configurare. La grupul nr. 3 Rovinari sunt versiuni ale softurilor Ovation pentru sistemul de operare Microsoft Windows XP. Principalele pachete sunt:

- Ovation Engineering Tools;- Ovation Applications;- Ovation Utilities.

Pagina 15 din 67

IV.1. Ovation Engineering Tools

Pachetul Ovation Engineering Tools conţine aplicaţiile necesare ingineriei de sistem. Dintre aceste aplicaţii amintim Ovation Developers Studio, Ovation Control Builder şi Ovation Graphic Builder.

IV.1.1. Ovation Developer Studio

Ovation Developer Studio este prezentat în figura 4.1. Cu ajutorul acestei aplicaţii se configurează reţeaua Ovation, realizându-se în principal următoarele operaţii:

- se adaugă, modifică sau şterg elemente ale reţelei (drop-uri: staţii de lucru, controllere);

- se configurează fiecare drop al reţelei;- se stabileşte ierarhia de acces în cadrul sistemului;

Figura 4.1. Ovation Developer Studio

În partea din stânga se poate observa structura arborescentă a reţelei Ovation.

Pagina 16 din 67

Sub Graphics se regăsesc Diagrams – diagramele cu schemele tehnologice – şi Macros – macro-urile utilizate în sistem.

Drop-urile 1/51 până la 10/60 sunt controllerele, iar 190, 200, 210, etc. reprezintă PC-urile din reţea (staţia de inginerie, staţiile de operare, staţia AMS, staţia HSR).

Fiecare controller conţine:- Configuration – în această zonă se setează conexiunea la reţea a

controllerului;- Points – în această zonă se configurează punctele aferente unui controller:

Analog Points, Digital Points, Packed Points, Algoritm Points, Drop Points, Module Points, Node Points, Packed Digital Points. Punctele analogice sau digitale pot fi Slow (sunt trimise pe reţea la fiecare secundă) sau Fast (sunt trimise pe reţea la fiecare 100 ms). Pentru punctele analogice se setează tipul de conversie (0 – nu se aplică nici o conversie, intrarea fiind egală cu ieşirea; 1 – liniară de forma C0x+C1; 2 – polinomială de forma C0+C1x+C2x2+C3x3+C4x4+C5x5 şi se setează valoarea acestor coeficienţi;

- I/O Devices – în această zonă se configurează modulele I/O ataşate controllerului.

- Control Tasks – sistemul cuprinde diferite control task-uri, unele cu ciclu de actualizare implicit (100 ms sau 1 s), iar altele cu ciclu de actualizare configurabil (începând de la 10 ms). De exemplu, definind o schemă funcţională şi punctele aferente acesteia într-un Control Task cu 10 ms, toate calculele se execută cu un ciclu de timp de 10 ms, chiar dacă rezultatele sunt trimise pe reţea la 100 sau la 1000 ms (în funcţie de cum este definit punctul: slow sau fast).În partea dreaptă a ferestrei se poate observa meniul de configurare al unui

punct din controllerul 1 (Presiune aer după PAR 1). Se pot seta numele punctului, alocarea hardware (în ce modul I/O şi pe ce canal), instrumentaţia, etc.

IV.1.2. Ovation Control Builder

Cu această aplicaţie se realizează schemele funcţionale (algoritmii şi conexiunea între aceşti algoritmi) pentru obţinerea rezultatului propus al procesului de control.

Ovation Control Builder este prezentat în figura 4.2.După cum se observă, Control Builder este de fapt Autocad peste care

sunt suprapuse comenzi specifice.Control Builder conţine o bibliotecă de blocuri funcţionale (funcţii logice,

funcţii aritmetice, blocuri referinţă, algoritmi PID, etc.). Fiecare bloc poate fi apelat şi inserat în schema funcţională, interconexiunile acestor blocuri realizându-se prin „desenarea” de linii între fiecare dintre blocuri.

Pagina 17 din 67

Salvând o astfel de schemă funcţională, sistemul creează, pe lângă graficul aferent, şi un fişier .dwg, astfel încât în orice moment avem documentaţia actualizată a schemelor logice.

Schemele funcţionale se creează în Control Task-ul dorit, în funcţie de procesul controlat.

Prin transferul către controller, se încarcă atât puncte, cât şi algoritmi.

Figura 4.2. Ovation Control Builder

IV.1.3. Ovation Graphic Builder

Cu această aplicaţie se creează diagramele (ecranele) necesare operatorului pentru a executa comenzi, comutări ale stărilor automat/manual, vizualizarea schemelor tehnologice cu parametrii importanţi, etc.

Ovation Graphic Builder este prezentat în figura 4.3.În acest program, prin comenzi specifice, se pot desena schemele

tehnologice, se pot aloca macro-uri pentru comenzi, pentru afişare de parametrii, se pot seta modificări de culoare pentru starea agregatelor sau pentru cazul în care o mărime este în afara domeniului de funcţionare normală, etc.

Pagina 18 din 67

Figura 4.3. Ovation Graphic Builder

IV.2. Ovation Applications

Acest pachet cuprinde aplicaţiile necesare operatorilor: afişare de grafice cu valori on-line ale parametrilor, posibilitatea executării de comenzi pornit/oprit, de modificare a regimului de lucru automat/manual, vizualizarea de trenduri, liste de alarme, secvenţe de evenimente, etc. (figura 4.4.).

Figura 4.4. Ovation Applications

Pagina 19 din 67

Dintre aceste aplicaţii, cele mai importante sunt:- Alarms;- Graphics;- Historical Review;- Point Information;- Trend

IV.2.1. Alarms

Această aplicaţie permite operatorului vizualizarea on-line sau istoricul alarmelor (a punctelor care sunt setate a fi tratate ca alarme). Fereastra cu alarme este prezentată în figura 4.5.

Figura 4.5. Lista de alarme

Se pot lua la cunoştinţă (confirma), filtra, reseta alarme. Se poate vizualiza lista de alarme on-line, istoricul, lista alarmelor confirmate sau lista alarmelor resetate.

Pentru fiecare alarmă în parte se poate seta o anumită prioritate (de la 1 la 8), prioritate care determină culoarea textului şi sunetul redat.

Pagina 20 din 67

IV.2.2. Graphics

Este aplicaţia de bază pentru operare. Prin intermediul acestei aplicaţii se vizualizează grafice (scheme ale instalaţiei tehnologice) cu valori on-line ale parametrilor, se execută comenzi pornit/oprit, comenzi de modificare a regimului de lucru automat/manual, etc.

Un astfel de grafic este prezentat în figura 4.6 (schema tehnologică de la alimentarea cu cărbune a MV1).

Figura 4.6. Graficul „Alimentare cărbune moara 1”

Se poate observa într-o fereastră caseta de comandă a distribuitorului de cărbune MV1. Aceste ferestre de comandă se apelează prin executarea unui clic pe simbolul elementului respectiv (motor, clapetă, ventil, vană, etc.).

Pe grafic se vizualizează on-line atât valorile parametrilor (debit combustibil, poziţie a clapetelor de aer, etc.), cât şi starea agregatelor (cu culoarea roşie sunt figurate motoarele pornite sau ventilele/clapetele deschise, iar cu culoarea verde motoarele oprite sau ventilele/clapetele închise). De asemenea, este vizualizat şi regimul de lucru automat/manual.

Pe bara din subsolul graficului sunt parametrii principali de funcţionare ai grupului.

Pagina 21 din 67

În figura 4.7. este prezentat graficul pentru controlul turbinei, iar în figura 4.8 graficul pentru reglarea sarcinii blocului.

Figura 4.7. Graficul „Reglajul TA”

Graficul pentru reglajul turbinei cuprinde tastele de comandă şi sunt afişate semnalele analogice şi digitale aferente sistemului de reglare pe turbină.

Graficul cuprinde diverse zone: zona pentru lansarea turbinei (controlul vitezei), zona pentru reglajul deschiderii (consemnul de deschidere, comutare automat/manual), zona de limitare deschidere IP, zona de afişare valori analogice aferente ventilelor de reglare, zona de semnale digitale, etc.

În graficul pentru reglarea sarcinii se regăsesc masterul pentru turbină, masterul pentru cazan, referinţele pentru sarcina electrică a blocului şi pentru presiunea aburului viu şi casete de selectare a modului de funcţionare al reglajului sarcinii.

Se pot selecta următoarele moduri de funcţionare:- Boiler Follow 1 (cazan urmăreşte 1) – masterul cazan reglează presiunea

(reglaj PI), iar masterul turbinei este pe manual;- Boiler Follow 2 (cazan urmăreşte 2) – masterul cazan reglează presiunea

(reglaj PI), iar masterul turbinei reglează sarcina electrică cu reglaj P;

Pagina 22 din 67

- Turbine Follow 1 (turbină urmăreşte 1) – masterul turbină reglează presiunea (reglaj PI), iar masterul cazan este pe manual;

- Turbine Follow 2 (turbină urmăreşte 2) – masterul turbină reglează presiunea (reglaj PI), iar masterul cazan reglează sarcina electrică cu reglaj P;

- Coordinate Boiler Follow (reglare coordonată cazan urmăreşte) – masterul cazan reglează presiunea (reglaj PI), iar masterul turbinei reglează sarcina electrică cu reglaj PI;

- Coordinate Turbine Follow (reglare coordonată turbină urmăreşte) – masterul turbină reglează presiunea (reglaj PI), iar masterul cazan reglează sarcina electrică cu reglaj PI.

Figura 4.8. Graficul pentru reglarea sarcinii

În zona superioară a graficului se disting casete de acces rapid (printr-un clic pe caseta respectivă) la graficele cu schemele funcţionale principalele (circuitul de aer de ardere, apă de alimentare, combustibil, temperatură abur, control turbină, etc.).

În partea inferioară a graficului se regăseşte o bandă cu parametrii importanţi ai grupului: modul de reglare a sarcinii, sarcina electrică, presiunea

Pagina 23 din 67

aburului viu, debit de aer, presiunea în focar, debitul de combustibil, debitul de abur, debitul de apă de alimentare, etc.

IV.2.3. Historical Reviews

Cu această aplicaţie se pot vizualiza succesiunile diferiţilor parametrii din sistem. Aplicaţia este prezentată în figura 4.9.

Figura 4.9. Historical Reviews

Aplicaţia este utilă în realizarea unor analize postavarie pentru determinarea mărimii care a generat ieşirea din zona de funcţionare normală şi permite vizualizarea a:

- puncte PNT - se pot seta filtre (calitatea punctului, dacă punctul a atins o limită ce constituie alarmă, alarmă a senzorului, scoatere din scanare, etc.) astfel încât în listă sunt trecute punctele care au îndeplinit unul din criteriile de filtrare în perioada de timp selectată de operator.

- Alarme ALM – se pot seta filtre pentru fiecare tip de alarmă şi se vizualizează alarmele apărute în perioada de timp selectată de operator.

Pagina 24 din 67

- Evenimente operator OPE – se pot vizualiza toate comenzile (tastare, simulare, etc.) de la toate staţiile de lucru sau de la fiecare staţie în parte în perioada de timp selectată de operator.

- Secvenţa evenimentelor SOE – se poate vizualiza secvenţa de evenimente în perioada de timp selectată de operator. Este necesar a fi definite punctele care sunt considerate evenimente.

IV.2.4. Point Information

Cu ajutorul acestei aplicaţii se pot vizualiza toate informaţiile despre fiecare punct. În figura 4.10. este prezentată măsura de presiune a aerului după PAR (preîncălzitorul de aer).

Figura 4.10. Point Information

Sub Point Information se regăsesc diferite casete:- Point – se regăsesc informaţii generale despre punct (descriere, drop-ul

care generează punctul, frecventa, etc.);- Config – configurarea alarmelor/limitelor, flag-uri:- Security – se regăseşte lista grupurilor care au acces de a modifica

punctul (de regulă inginerii de sistem);- Value/Status – se pot vizualiza: valoarea punctului, calitatea acestuia

(good, fair, poor, bad), dacă este sau nu scos din scanare; de sub această casetă se pot face simulări (de către persoanele autorizate);

- Mode - se poate forţa punctul pentru a avea o anumită calitate;- Hardware – se vizualizează alocarea hardware a punctului;

Pagina 25 din 67

- Initial – valoarea iniţială a punctului la punerea sub tensiune a controllerului;

- Alarm – se pot vizualiza tipurile de alarme pentru punctul respectiv; se poate elimina verificarea alarmelor pentru punctul respectiv;

- Instrumentation – se vizualizează calibrarea punctului (pentru cele analogice);

- Limits – se pot vizualiza limitele inferioare şi/sau superioare definite pentru punctele analogice; de asemenea, se pot modifica on-line valorile pentru aceste limite;

- Display – sunt vizualizate numărul diagramei ce generează punctul şi numărul de digiţi după virgulă;

- Ancilary – cuprinde informaţii suplimentare despre punct: dulapul la care este conectat, tipul traductorului, descrierea în limba engleză, etc.

IV.2.5. Review

Este o aplicaţie similară lui Historical Review, dar numai pentru puncte. Se pot seta diferite elemente de filtrare calitatea punctului, dacă punctul a atins o limită ce constituie alarmă, alarmă a senzorului, scoatere din scanare, etc.).

IV.2.6. Trend

Este aplicaţia cu care se pot executa trenduri live sau istorice pentru punctele din cadrul sistemului. În figura 4.11 este prezentat un trend istoric.

Pentru trendurile live există perioade prestabilite de timp: 10 min., 30 min., 100 min., etc. până la 33,3 zile. Pentru trendurile istorice există posibilitatea setării duratei şi a momentului de început sau sfârşit pentru trend, sau setarea momentelor de început şi sfârşit pentru trend.

Operatorul poate adăuga sau elimina puncte de pe un trend, poate seta limitele de afişare pentru fiecare punct în parte, poate seta durata trendului, etc.

Pentru trendurile istorice, numărul maxim de puncte ce se pot vizualiza simultan pe un singur trend este 8

Pe fiecare staţie de lucru se pot deschide simultan mai multe trenduri astfel încât, chiar în cazul trendurilor istorice, se poate face o analiză facilă a evoluţiei parametrilor în timp.

Culoarea implicită a fiecărei mărimi de pe trend se schimbă în cazul modificării calităţii punctului respectiv, astfel rezultând determinarea facilă a perioadelor în care un punct a ieşit din zona normală de funcţionare.

Pagina 26 din 67

Figura 4.11. Trend istoric

IV.3. Ovation Utilities

Sub Ovation Utilities se regăseşte aplicaţia Sensor Calibration. Cu această aplicaţie se execută calibrarea semnalelor analogice figura 4.12.

Tipul de conversie poate fi: - 0 – nu se aplică nici o conversie, intrarea fiind egală cu ieşirea;

- 1 – liniară de forma C0x+C1;- 2 – polinomială de forma C0+C1x+C2x2+C3x3+C4x4+C5x5 folosită în

special la mărimile de intrare în tensiune de la termocupluri (a căror caracteristică nu este liniară).

În figura 4.10 este prezentată calibrarea pentru măsura de presiune retur păcură grupa 5. Traductorul furnizează 4…20 mA pentru presiune cuprinsă între 0…60 bar. Tipul de conversie este 1 (liniară) de forma C0x+C1. În prima coloană se introduc valorile semnalului (în amperi, 0,004, respectiv 0,02), iar în coloana a doua se introduc valorile fizice ale mărimii măsurate (0, respectiv 60 bar). Cu un clic pe caseta „Calc Coeff” sistemul calculează coeficienţii de conversie, care apoi sunt memoraţi în sistem cu clic pe caseta „Store Coeff”.

Sub meniul Plot Point se poate vizualiza plotarea conversiei (reprezentarea grafică a conversiei).

Pagina 27 din 67

Figura 4.12. Sensor Calibration

V. SISTEMUL DE REGLARE AUTOMATĂ A PRESIUNII AERULUI DE ARDERE

V.1. Schema circuitului aerului de ardere

Schema circuitului de alimentare cu aer a cazanului de la grupurile de 330 MW de la termocentrala Rovinari este prezentată în figura 5.1.a, în care:

- VA – ventilator de aer;- VGA – ventilator de gaze de ardere;- PAA – preîncălzitor de aer cu abur;- PAR – preîncălzitor de aer rotativ;- EF – electrofiltru;- MV – moară-ventilator.

Cele două ventilatoare de aer aspiră aerul rece din atmosferă. Debitul de aer vehiculat de fiecare ventilator de aer se reglează prin intermediul aparatelor directoare din aspiraţia ventilatoarelor.

Pagina 28 din 67

Aerul refulat de ventilator trece prin cele două preîncălzitoare de aer (cu abur şi cel rotativ) pentru a i se creşte temperatura înainte de introducerea în focarul cazanului.

Ieşirile din cele două preîncălzitoare de aer rotative sunt conectate la colectorul comun de aer, colector a cărei presiune trebuie reglată.

Din colector, circuitul de aer se împarte către arzătorii de păcură (pe faţa cazanului – grupele 2 şi 3, iar pe spatele cazanului – grupele 5 şi 6) şi către morile ventilator (1, 2 şi 6, respectiv 3, 4 şi 5).

Pe fiecare canal de aer către arzătorii de păcură există clapete de reglare a debitului de aer către aceşti arzători. De asemenea, există clapete de reglare a debitului total de aer pe grupe de mori (1, 2 şi 6, respectiv 3, 4 şi 5).

Aerul general de la grupele de mori este împărţit pe fiecare moară în parte în aer secundar, care este direcţionat la arzătoarele de praf cărbune şi în aer primar care este direcţionat în aspiraţia morii ventilator.

Pentru fiecare moară în parte există clapete de reglare atât pentru debitul de aer secundar, cât şi pentru debitul de aer primar.

Tot din canalele de aer general pe grupe de mori se prelevează aerul terţiar pentru grătarele postardere. Şi pentru debitul de aer terţiar există clapete de reglare a debitului.

În figura 5.1.b este prezentată interfaţa grafică pe calculator a circuitului aerului de ardere realizată în cadrul sistemului Ovation. Această grafică este prezentă pe display-ul operatorului din camera de comandă.

V.1.1.Necesitatea reglării automate a presiunii aerului de ardere

În funcţie de sarcina la care funcţionează cazanul, trebuie introdus în focarul cazanului un anumit debit de combustibil. Pentru arderea completă a acestui debit de combustibil este necesar a fi introdusă o cantitate de aer corespunzătoare.

Cantitatea de aer introdusă pentru fiecare din combustibilii utilizaţi (cărbune, gaz sau păcură) este reglată prin intermediul clapetelor de reglare a debitului de aer. Pentru ca aceste clapete să fie menţinute în domeniul de reglare (undeva între 25% şi 75% deschidere, zonă în care caracteristica debit – cursă a acestor clapete este aproximativ liniară), este necesară menţinerea unei anumite presiuni a aerului de ardere în colectorul de aer aflat în amonte de clapetele de reglare a debitului de aer.Menţinerea la valoarea prescrisă a presiunii aerului de ardere în colectorul de aer permite adaptarea necesarului de aer la variaţiile de sarcină ale grupului şi implicit o funcţionare corespunzătoare a întregii instalaţii tehnologice în conformitate cu cerinţele pieţei de energie.

Pagina 29 din 67

Figura 5.1.a. Schema circuitului de aer la cazanul de 1035 t/h

Pagina 30 din 67

Fig

ura

4.1.

b. I

nter

faţa

gra

fică

a c

ircu

itul

ui d

e ae

r la

caz

anul

de

1035

t/h

Pagina 31 din 67

V.2. Prezentarea schemei de principiu a sistemului de reglare automată a presiunii aerului de ardere

Pentru reglarea automată a presiunii aerului de ardere în colectorul comun de aer este implementată o schemă în buclă de reglare cu reacţie de poziţie (figura 5.2) în care:

- C1, C2 – comparatoare;- R1, R2 – regulatoare;- EE – element de execuţie;- IT – Instalaţia tehnologică;- TP – traductor de poziţie a elementului de execuţie;- TM – traductor de măsură (a presiunii aerului de ardere).

R 2

T M

-

R e f e r i n t a C 1+R 1

-

+ C 2E E I T

T P

Figura 5.2 Schema bloc a SRA a presiunii aerului de ardere.

Regulatorul R1 este un regulator continuu reprezentat de un algoritm PID (din care se vor selecta fie toate componentele legii de reglare – P, I, D – fie numai anumite componente, în funcţie de tipul procesului, în cazul nostru alegându-se un regulator PI, funcţia D fiind inhibată).

Regulatorul R2 este un regulator discontinuu, de tip tripoziţional, care furnizează semnalul de comandă către elementul de execuţie.

Elementul de execuţie este reprezentat de cele două aparate directoare ale ventilatoarelor de aer.

Traductorul de poziţie TP a elementului de execuţie furnizează un semnal de 4…20 mA pentru toată cursa aparatului director (de la închis complet la deschis complet).

Traductorul de măsură TM a presiunii furnizează un semnal de 4…20 mA pentru domeniul de presiune 0…750 mmH2O.

Plecând de la cele expuse, sistemul de reglare automată a presiunii aerului de ardere este implementat în cadrul unui sistem distribuit de control (DCS) – Ovation – furnizat de firma Emerson Process Management.

Schema de principiu a sistemului de reglare automată a presiunii aerului de ardere de la blocul nr. 3 de la termocentrala Rovinari este prezentată în figura 5.3, în care:

- P.A.A. – preîncălzitor de aer cu abur (calorifer);- P.A.R. – preîncălzitor de aer rotativ.

Pagina 32 din 67

M a s t a t i o n 1

P . A . R .

P . A . R .

T r a d u c t o a r ed e p r e s i u n e

La c

lape

te r

egla

re d

e bit

a er

P . A . A .

P . A . A .

T r a d u c t o rd e p o z i t i e

I

MZ

1 d i n 2

IT r a d u c t o rd e p o z i t i e M

Z

R e f e r i n t ap r e s i u n e a e r

S e m n a l d ee c h i l i b r a r e

- 1 0 % . . . + 1 0 %

1 0 0 %

P I

M a s t a t i o n 2

Figura 5.3. Schema de principiu a SRA a presiunii aerului de ardere.

La intrările regulatorului PI sunt prezente semnalul de referinţă pentru presiunea aerului de ardere (la intrarea STPT – „setpoint”) şi semnalul de presiune aer ardere după P.A.R. (la intrarea PV – „process variable”). Cele două intrări sunt în domeniul 0…750 mm H2O, domeniu corespunzător celor două traductoare de măsură a presiunii.

Referinţa de presiune a aerului de ardere poate fi setată manual de către operatorul din camera de comandă termică a grupului sau poate fi setată automat în funcţie de sarcina grupului (un semnal ce provine de la regulatorul de sarcină bloc – LDC – „Load Demand Calculator”).

Traductoarele de măsură a presiunii sunt în domeniul 0…750 mm H2O / 4…20 mA. La intrarea în sistem acest semnal este convertit din nou în domeniul 0…750 mm H2O printr-o conversie liniară de forma C0 · X + C1 unde X reprezintă curentul de intrare în amperi. Astfel, pentru aceşti coeficienţi se obţin valorile C0 = 46785, respectiv C1 = –187,5. Aceste semnale sunt prezente la intrarea unui bloc „1 din 2” care furnizează la ieşire fie numai una dintre mărimile de intrare, fie cea mai mică, fie cea mai mare, fie media celor două (cel mai des folosită). Acest bloc este extrem de util în cazul defectării unuia dintre

Pagina 33 din 67

cele două traductoare, având posibilitatea de a selecta on-line ca mărime de control valoarea provenită de la traductorul care funcţionează corect.

Semnalul de ieşire din regulatorul PI (în domeniul 0..100%) este prezent la intrarea celor două blocuri de comandă (Mastation – „Master Station”) din care se setează consemnul de deschidere pentru cele două aparate directoare ale ventilatoarelor de aer. Consemnul de deschidere este prezent la intrarea unui regulator tripoziţional împreună cu semnalul de poziţie a aparatului director. În funcţie de diferenţa dintre consemn şi semnalul de poziţie regulatorul tripoziţional va comanda în impulsuri fie închiderea aparatului director, fie deschiderea acestuia, fie se va afla în aşteptare.

Cele două Mastation pot funcţiona în regim manual, caz în care operatorul setează consemnul de deschidere, sau în regim automat, caz în care consemnul de deschidere este setat în funcţie de ieşirea din regulatorul PI.

În regim automat, semnalul de ieşire din regulatorul PI este corectat prin înmulţirea cu o mărime cuprinsă între 0,9 şi 1,1 (suma corecţiilor pentru cele două ventilatoare va fi egală întotdeauna cu 2) pentru a se putea asigura aceeaşi încărcare a ventilatoarelor de aer (acelaşi curent electric absorbit de motoarele ventilatoarelor de aer) şi deci se poate funcţiona cu deschideri diferite ale aparatelor directoare.

V.2.1.Exemplificarea funcţiilor de transfer

Ţinând cont de schema de principiu a SRA a presiunii aerului de ardere vom considera parte fixă a acestui SRA ansamblul format din cele două Mastation, regulatoarele tripoziţionale, elementele de execuţie, traductoarele de poziţie a aparatelor directoare şi instalaţia tehnologică. Funcţia de transfer a părţii fixe se va nota HPF(s). Această parte fixă a SRA are aceleaşi caracteristici indiferent dacă sistemul de reglare automată a presiunii aerului de ardere este în regim de funcţionare „automat” sau „manual”.

Schema simplificată a SRA devine cea prezentată în figura 5.4, unde:- PI – regulator de tip PI;- PF – partea fixă a SRA;- TM – traductor de măsură a presiunii.

P IR e f e r i n t a p r e s i u n e

P F

T M

Figura 5.4. Schema bloc

Pagina 34 din 67

Simbolizând obiectele cu ajutorul funcţiilor de transfer corespunzătoare se obţine schema din figura 4.5 unde H(s) reprezintă funcţia de transfer a regulatorului PI.

H ( s )R e f e r i n t a p r e s i u n e

P FH ( s )

K

Figura 5.5 Schema bloc cu funcţiile de transfer

Pentru traductoarele de măsură a presiunii, funcţia de transfer este în general similară cu a unui element de întârziere de ordinul I:

.

Traductoarele de măsură a presiunii aerului de ardere sunt cu protocol HART şi sunt furnizate de firma Endress & Hauser. Timpul de răspuns pentru aceste traductoare este foarte mic (fiind setabil şi este de ordinul a 100 ms), fiind neglijabil în comparaţie cu celelalte constante de timp ale procesului. Prin urmare, funcţia de transfer a traductorului de măsură poate fi asimilată cu o constantă.

V.3. Determinarea funcţiei de transfer a părţii fixe a SRA

V.3.1.Metode experimentale de identificare

Identificarea proceselor din buclele de reglare automată are ca scop obţinerea funcţiilor de transfer ale proceselor. Aceasta cuprinde: organizarea şi realizarea experimentărilor, interpretarea şi prelucrarea rezultatelor experimentărilor şi deducerea modelului matematic al procesului.

Metodele de identificare expuse în continuare presupun cunoaşterea anticipată a tipului funcţiei de transfer şi a răspunsului indicial (răspunsul sistemului la aplicarea unui semnal treaptă unitară la intrare), rămânând să se determine constantele de timp şi cele de amplificare ale acestor funcţii; de asemenea se, determină ordinul unor poli multipli.S-a ales metoda de analiză indicială deoarece rezultatele obţinute pe această cale sunt reprezentate prin curbe experimentale care cuprind elementele necesare pentru determinarea completă a modelului matematic liniarizat al procesului, atât în domeniul timpului, cât şi în domeniul complex. Metoda se bazează pe

Pagina 35 din 67

aplicarea unei mărimi de intrare treaptă unitară, răspunsul fiind în majoritatea cazurilor unul aperiodic (figura 5.6).

Amplitudinea treptei aplicate va fi predeterminată în funcţie de experienţa acumulată în timpul exploatării.

La instalaţiile termice apare imposibilitatea generării unui semnal treaptă pentru anumite mărimi. În acest caz se va genera un semnal rampă.

În multe cazuri, sistemul studiat este neliniar, adică funcţia sa de transfer variază cu sarcina. Deoarece metodele de identificare duc la modele matematice liniarizate, experimentările se vor face în zona de funcţionare la parametri nominali ai cazanului.

x

e

x i

t

Figura 5.6. Răspuns indicial

Înregistrările vor cuprinde atât variaţia mărimii de ieşire, cât şi variaţia mărimii de intrare, înregistrări care constituie informaţie brută asupra caracteristicilor dinamice ale procesului, în continuare fiind necesare operaţii de analiză şi prelucrare.

Metodele de identificare ce se analizează în continuare se referă la un număr relativ restrâns de funcţii de transfer bazate pe forma răspunsurilor indiciale.

5.3.1.1. Metodă de identificare pentru un element proporţional cu întârziere de ordinul I

Funcţia de transfer a unui astfel de element este: .

Răspunsul indicial este prezentat în figura 5.7.Factorul de amplificare K se determină din raportul dintre valoarea

staţionară a mărimii de ieşire şi valoarea semnalului treaptă aplicat. Constanta de timp se determină prin măsurarea segmentului AB, punctul B fiind determinat de intersecţia tangentei în origine la curba răspunsului indicial cu valoarea de regim staţionar.

Pagina 36 din 67

0

Ak x i

x i1

x e

CT

B

t

t

Figura 5.7. Răspuns indicial al unui element proporţionalcu întârziere de ordinul I

5.3.1.2. Metodă de identificare pentru un element proporţional cu întârziere de ordinul II

Funcţia de transfer a unui astfel de element este:

în care necunoscutele sunt constanta de amplificare K, constanta de timp T şi coeficientul b.

Răspunsul indicial este prezentat în figura 5.8.a.Constanta de amplificare K se determină va la punctul anterior. Pentru

determinarea lui T şi b se procedează în felul următor:- prin punctul de inflexiune A se duce tangenta la curba răspunsului indicial

xe(t) şi se determină constantele de timp T1, T2 şi T3.- se calculează T2/T1, iar din nomograma din figura 5.8.c se determină

constanta b;- corespunzător acestei valori a lui b din nomograma din figura 5.8.b se

determină raportul T3/T şi se calculează valoarea lui T.

x e

2 0

c )

84b

0

TT 1

2

1 2

1 6

8

A

T 3

T 1 T 2

a )

t

K

b )

0

1

2T 3T

4b

Figura 5.8. Răspuns indicial al unui element proporţionalcu întârziere de ordinul II

Pagina 37 din 67

5.3.1.3. Metodă de identificare pentru un element proporţional cu întârziere de ordinul n şi timp mort (metoda lui Strejc).

Funcţia de transfer a unui astfel de element este: .

Metoda deducerii din curba indicială a parametrilor acestei funcţii de transfer cu bună aproximaţie este metoda lui Strejc.Metoda se bazează pe o serie de construcţii grafice realizate pe curba indicială din figura 5.9. Punctul I reprezintă punctul de inflexiune al răspunsului indicial.

Pentru obţinerea parametrilor n şi T după măsurarea valorilor Tn, Ta, Ti, Tt

şi xei se va folosi tabelul 5.1.

Figura 5.9. Răspuns indicial al unui element proporţionalcu întârziere de ordinul n şi timp mort

Ordinul n este dat în coloana 1 de valorile corespunzând coloanei 4 din tabel. Practic, raportul Tn/Ta calculat cu valorile segmentelor din figura 3.15 nu va coincide cu datele înscrise în coloana 4 şi se recomandă să se ia pentru n numărul întreg imediat inferior. Dacă nu există o influenţă perturbatoare se pot controla rezultatele obţinute folosind coloanele 5…8. Ordinul n fiind cunoscut, constanta de timp se poate obţine cu ajutorul coloanelor 2 şi 3.

Timpul mort nu coincide în general cu timpul Tm dedus din porţiunea iniţială a curbei indiciale experimentale, ci este un timp mort de calcul, determinat astfel încât funcţia de transfer să reprezinte o aproximare cât mai bună a răspunsului indicial. Timpul mort reprezintă suma dintre Tm citit pe diagramă şi un timp mort fictiv ’ introdus ca urmare a rotunjirii raportului Tn/Ta, impusă de obţinerea unui n întreg.

Dacă rezultatele obţinute pentru constanta de timp T folosind coloanele 2 şi 3 nu sunt aproximativ egale (datorită erorilor de citire şi măsurare) se va da o translaţie curbei către stânga, deci se va modifica Tm până ce pentru T se va obţine aceeaşi valoare. Această translaţie reprezintă tocmai valoarea timpului mort fictiv.

Pagina 38 din 67

Tabelul 5.1

n xei

1 1 0 0 0 0 1 12 2,718 0,282 0,104 1 0,264 2,000 0,7363 3,695 0,805 0,218 2 0,323 2,500 0,6774 4,463 1,425 0,319 3 0,353 2,888 0,6475 5,119 2,100 0,410 4 0,371 3,219 0,6296 5,699 2,811 0,493 5 0,384 3,510 0,6167 6,226 3,549 0,570 6 0,394 3,775 0,6068 6,711 4,307 0,642 7 0,401 4,018 0,5999 7,164 5,081 0,709 8 0,407 4,245 0,59310 7,590 5,869 0,773 9 0,413 4,458 0,587

Când pentru ordinul n se ia valoarea exactă (corespunzătoare lui Tn/Ta) timpul mort care se ia în considerare este Tm.

În unele cazuri, existenţa unui timp mort este o piedică în folosirea metodelor de acordare.

Pentru aceasta se poate face o asimilare a timpului mort (e -∙s) cu un element de întârziere.

Având o funcţie de transfer de forma

obţinută prin una dintre metodele prezentate, se poate face aproximaţia:

Se calculează n’ astfel ca raportul / n’ să fie egal cu constanta de timp T obţinută mai sus. Deci n’ = /T.

Funcţia de transfer se prezintă sub forma unui produs:

5.3.1.4. Alegerea unei metode de identificare

În cazul general în care nu există informaţii apriorice asupra tipului de proces de identificat (nu se cunoaşte nimic referitor la forma funcţiei de transfer) se va aplica metoda de identificare a lui Strejc, valabilă pentru n ≥ 1.

În cazul în care se cunoaşte tipul funcţiei de transfer, se vor aplica metodele prezentate pentru funcţiile particulare (pentru elementele de întârziere de ordinul I şi II).

Pagina 39 din 67

5.3.1.5. Reguli de prelucrare a răspunsurilor indiciale obţinute cu ajutorul metodei de identificare propusă.

Având în vedere că pentru procesele simple identificarea este relativ uşoară, se vor prezenta regulile de aplicare a metodei Strejc, metodă valabilă pentru majoritatea proceselor termice din cazan. Notaţiile folosite sunt cele din figura 5.9.

Pentru determinarea coeficientului de amplificare se va calcula raportul dintre diferenţa semnalului de ieşire (diferenţa dintre noua valoare de regim staţionar şi valoarea înainte de aplicarea treptei la intrare) şi valoare semnalului treaptă aplicat. Acest coeficient de amplificare este o mărime dimensională.

Pentru determinarea constantei de timp se vor efectua următoarele operaţii:

1. Prin punctul de inflexiune I se duce tangenta la curba răspunsului indicial. Se determină punctul B la intersecţia cu axa absciselor şi punctul C care reprezintă proiecţia punctului D (intersecţia tangentei cu noua valoare de regim staţionar) pe axa absciselor.

2. Din punctul de inflexiune se ridică o verticală care determină la intersecţia cu noua valoare de regim staţionar punctul E.

3. Se determină punctul F la intersecţia verticalei prin A cu noua valoare de regim staţionar. A este punctul de început al procesului tranzitoriu.

4. Se determină prin măsurare valorile pentru Tn, Ta, Ti, Tr şi în cazul în care există, se va determina valoarea timpului mort real Tm.

5. Se vor calcula rapoartele Tn/Ta şi Tr/Ta. Valoarea ordonatei în punctul I reprezintă xei.

6. Valoarea găsită pentru Tn/Ta se va introduce în tabelul 5.1, alegând valoarea imediat inferioară în cazul în care valoarea raportului nu coincide cu una din valorile din tabel. Corespunzător acestei valori se determină ordinul n al numitorului funcţiei de transfer.

7. Cu ajutorul coloanei a doua din tabel se poate determina constanta de timp T, Ta fiind cunoscut.

8. Folosind coloana a treia din tabelul 5.1 şi valoarea lui T se va determina o valoare de calcul Tnc corespunzătoare valorii n deja alese.

Pagina 40 din 67

9. Se va face diferenţa între Tn măsurat pe diagramă şi Tnc şi se obţine valoarea timpului mort de corecţie ’.

10.Se va scrie funcţia de transfer sub forma:

11.În cazul existenţei unui timp mort real Tm, funcţia de transfer se va scrie sub forma:

,

în care = Tm + ’.

12.Când dorim ca în funcţia de transfer să nu mai apară timpul mort , atunci acesta se aproximează cu un element de întârziere de ordinul n’ în care n’ = /T şi deci funcţia de transfer se va scrie:

.

Observaţie: Operaţiile de alegere ale lui n şi T se pot verifica cu ajutorul coloanelor 5…8 din tabelul 5.1, procedând în acelaşi fel ca mai sus pentru constantele Tn şi Ta.

V.3.2.Determinarea funcţiei de transfer a părţii fixe a SRA

Pentru determinarea funcţiei de transfer a părţii fixe s-a folosit o metodă experimentală, prin aplicarea unui semnal treaptă la intrarea acestui bloc şi determinarea răspunsului.

Având cele două Mastation în regim de funcţionare „automat” s-au simulat variaţii treaptă ale semnalului de ieşire din regulatorul PI în ambele sensuri (la scădere şi la creştere). Aceste variaţii au fost de 5% în ambele sensuri (variaţie admisă a se aplica pentru presiunea aerului de ardere).

S-a obţinut înregistrările prezentate în diagrama din figura 5.10, în care:- NG10P003-S1 – presiune aer de ardere;- AIRMSTR-OUT1 – ieşire regulator presiune aer de ardere;- NG10Z001 – poziţie aparat director VA1;- NG20Z001 – poziţie aparat director VA2.După cum se observă, variaţiile de presiune au cam aceeaşi valoare atât la

închiderea aparatelor directoare, cât şi la deschiderea aparatelor directoare.Aceste înregistrări au început după simularea semnalului treaptă având

prezent un regim staţionar, înregistrarea terminându-se după atingerea unui alt regim staţionar.

Pagina 41 din 67

Toate buclele de reglare automată ce sunt susceptibile de a modifica presiunea aerului de ardere (în special cele de reglare a debitului de aer) erau comutate în regimul de funcţionare „manual” şi nu s-a efectuat nici o comandă manuală asupra organelor de reglare aferente acestora, pentru ca răspunsul să fie determinat numai de variaţia deschiderii aparatelor directoare ale ventilatoarelor de aer.

Pentru determinarea funcţiei de transfer a părţii fixe înregistrările au fost salvate ca fişier text şi apoi exportate într-un fişier Microsoft Excel, obţinându-se un tabel de date (luând în considerare numai partea de deschidere a aparatelor directoare) în care la fiecare secundă este redată valoarea parametrilor înregistraţi.

Selectând numai o anumită porţiune din acest răspuns şi prelucrând aceste date se obţine diagrama din figura 5.11.

În figura 5.11, cu culoarea albastru (Serie 1) este reprezentată presiunea aerului de ardere (scala din dreapta – în mmH2O), iar cu culoarea roşie (Serie 2) este reprezentat semnalul treaptă aplicat (scala din stânga – în %).

După cum se observă, răspunsul este cel al unui element de ordinul n cu timp mort, iar pentru identificare se va utiliza metoda Strejc. Funcţia de transfer este de forma:

Din figură se citesc următoarele valori:- Tm= 4,5 s;- Tn= 3 s;- Ta= 12,7 s;- Ti= 9,5 s;- Tr= 6,2 s;

La aplicarea semnalului treaptă de 5% s-a obţinut o variaţie a presiunii aerului de ardere de la 258 la 273 mmH2O.

Constanta K are valoarea: .

Se calculează raportul .

Din tabelul 3.2 se alege valoarea lui n imediat inferioară a raportului Tn/ Ta. Se observă că valoare imediat inferioară lui 0,236 este 0,218 căreia îi corespunde n = 3.

Pentru n = 3 se obţine, din coloana a doua şi a treia a tabelului, valoarea constantei de timp T, şi anume:

- din coloana a doua se citeşte , de unde

Pagina 42 din 67

Fig

ura

5.10

Răs

puns

ul in

dice

al a

l păr

ţii f

ixe

a S

RA

a p

resi

unii

aer

ului

de

arde

re

Pagina 43 din 67

Date/Time NG10P003-S1 AIRMSTR-OUT1 NG10Z001XQ50 NG20Z001XQ503/28/2006 10:47:06 AM 258,97 74 79,77 68,423/28/2006 10:47:07 AM 258,89 74 79,76 68,423/28/2006 10:47:08 AM 258,75 74 79,74 68,423/28/2006 10:47:09 AM 258,68 74 79,73 68,423/28/2006 10:47:10 AM 258,43 74 79,76 68,423/28/2006 10:47:11 AM 258,05 74 79,74 68,423/28/2006 10:47:12 AM 257,83 74 79,72 68,423/28/2006 10:47:13 AM 257,76 74 79,76 68,423/28/2006 10:47:14 AM 257,96 74 79,74 68,423/28/2006 10:47:15 AM 258,33 74 79,76 68,423/28/2006 10:47:16 AM 258,46 76,5 79,64 68,423/28/2006 10:47:17 AM 258,52 79 79,64 68,663/28/2006 10:47:18 AM 258,65 79 79,55 69,123/28/2006 10:47:19 AM 258,64 79 81 69,563/28/2006 10:47:20 AM 258,67 79 81 71,043/28/2006 10:47:21 AM 258,94 79 82,3 71,043/28/2006 10:47:22 AM 259,36 79 82,84 71,873/28/2006 10:47:23 AM 259,9 79 83,22 71,883/28/2006 10:47:24 AM 260,76 79 84,71 71,883/28/2006 10:47:25 AM 261,86 79 84,7 71,883/28/2006 10:47:26 AM 263,04 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:27 AM 264,1 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:28 AM 264,99 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:29 AM 265,87 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:30 AM 266,97 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:31 AM 268,14 79 84,7 72,793/28/2006 10:47:32 AM 269,13 79 84,71 72,793/28/2006 10:47:33 AM 269,78 79 84,7 73,673/28/2006 10:47:34 AM 270,19 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:35 AM 270,62 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:36 AM 271,06 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:37 AM 271,4 79 84,69 73,683/28/2006 10:47:38 AM 271,59 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:39 AM 271,75 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:40 AM 271,89 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:41 AM 272,08 79 84,71 73,683/28/2006 10:47:42 AM 272,38 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:43 AM 272,68 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:44 AM 272,91 79 84,71 73,683/28/2006 10:47:45 AM 273 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:46 AM 272,97 79 84,71 73,683/28/2006 10:47:47 AM 272,99 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:48 AM 272,96 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:49 AM 272,82 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:50 AM 272,71 79 84,71 73,683/28/2006 10:47:51 AM 272,57 79 84,7 73,683/28/2006 10:47:52 AM 272,46 79 84,71 73,683/28/2006 10:47:53 AM 272,64 79 84,72 73,68

Pagina 44 din 67

70

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

240

245

250

255

260

265

270

275

280

Serie2

Serie1

Tm

T Tn a

T Ti r

Figura 5.11. Răspunsul indicial al părţii fixe a SRA a presiunii aerului de ardere

Pagina 45 din 67

- din coloana a treia se citeşte , de unde

Deoarece valorile lui T obţinute folosind cele două coloane nu sunt egale se trece la calcului timpului mort fictiv.

Se scrie, conform tabelului: , de unde Tnc = 0,805 ∙ 3,43 = 2,76

sec.Se calculează diferenţa dintre Tn măsurat pe diagramă şi Tnc determinat

prin calcul şi se obţine timpul mort de corecţie.’ = Tn - Tnc = 3 – 2,76 = 0,24 sec.

Se face calculul timpului mort real: = ’ + Tm = 4,5 + 0,24 = 4,74 sec.

Funcţia de transfer capătă forma:

.

Dacă dorim ca în funcţia de transfer să nu mai apară timpul mort , se consideră

.

Se calculează n’ astfel ca raportul / n’ să fie egal cu constanta de timp T

obţinută mai sus. Deci .

Funcţia de transfer va căpăta forma:

.

V.4. Determinarea parametrilor de acord optimi ai regulatorului PI

Pagina 46 din 67

V.4.1.Descrierea algoritmului PID din cadrul sistemului Ovation

Algoritmul PID din cadrul sistemului Ovation asigură funcţiile de reglare P, I, D conectate în paralel. Valoarea de ieşire din acest algoritm este limitată prin limite definite de utilizator.

Simbolul funcţional al unui astfel de algoritm este reprezentat în figura 5.12, în care:

- STPT (Setpoint) – intrare semnal de referinţă;- PV (Process Variable) – intrare semnal de măsură;- PGAIN – constanta de proporţionalitate;- DGAIN – constanta de derivare;- DRAT – timpul de derivare;- OUT – semnalul de ieşire.

Figura 5.12. Algoritm PID

Pentru ambele semnale de intrare (STPT şi PV) există valori setabile pentru GAIN şi BIAS care trebuie setate astfel încât la intrarea PID să fie în domeniul 0…100%.

Diagrama funcţională (cu funcţiile de transfer) a PID este redată în figura 5.13, iar valoarea semnalului de ieşire în funcţie de semnalul de intrare este dată de relaţia:

în care:- OUT – semnalul de ieşire:- KP – constanta de proporţionalitate;- Error – diferenţa dintre PV şi STPT;- τi – timp de integrare;- Kd – constantă de derivare;- τd – timp de derivare;- s – operatorul Laplace.- din poate fi eroarea, referinţa sau variabila din proces.

Pagina 47 din 67

Figura 5.13. Diagrama funcţională (cu funcţiile de transfer) a PID.

Notă: Semnalul de ieşire este limitat inferior şi superior de limitele impuse algoritmului.

În cadrul sistemului Ovation, pentru vizualizarea mărimilor de intrare – ieşire, vizualizarea parametrilor precum şi setarea acestor parametri, algoritmul PID se prezintă sub forma unor „ferestre” sub Windows – figura 5.14 a, b, c şi d.

În meniul „In/Out” se pot citi valorile PV – mărimea din proces, STPT – valoarea de referinţă şi OUT – semnalul de ieşire din regulator (semnale care se regăsesc şi sub meniul „Control”), precum şi alte mărimi de stare ale regulatorului.

În meniul „Tune” se pot vizualiza parametrii de acord ai regulatorului. În acest meniu există şi posibilitatea modificării on-line a tuturor parametrilor (de la „PID Error Deadband” până la „Output Bottom of Scale”.

În meniul „Misc” se regăsesc şi alte condiţii funcţionale ale algoritmului PID.

Pagina 48 din 67

a) b)Figura 5.14. Algoritm PID

Pagina 49 din 67

c) d)Figura 5.14. Algoritm PID

Pagina 50 din 67

V.4.2.Determinarea parametrilor de acord optimi ai regulatorului PI

Pentru determinarea parametrilor de acord optimi ai regulatorului PI s-au folosit două metode, ambele experimentale, metode prezentate în cele ce urmează.

Prima metodă constă în setarea on-line a parametrilor de acord KP şi Ti

direct în cadrul sistemului Ovation (deci modificarea comportării sistemului de reglare automată) şi analiza comportării SRA în buclă închisă.

Plecând de la funcţia de transfer a părţii fixe şi ţinând cont că diferitele metode practice de optimizare recomandă (pentru procesele cu timp mort) o valoare a timpului de integrare (3…3,3)·τ, s-a setat iniţial pentru timpul de integrare o valoare ceva mai ridicată, şi anume 30 secunde.

Primul test a fost efectuat cu o valoare foarte scăzută a factorului de proporţionalitate (KP = 0,2). Modificând semnalul de referinţă a presiunii aerului de ardere s-a obţinut răspunsul din figura 5.15.

După cum se observă din figura 5.15, influenţa componentei proporţionale a regulatorului este practic nulă, anularea abaterii de reglaj datorându-se numai componentei integrale.

Deşi s-a obţinut un răspuns cu suprareglaj nul şi abaterea de reglaj s-a anulat, acesta nu este satisfăcător din cauza duratei mari a regimului tranzitoriu (aproximativ 8 minute).

Comportarea sistemului cu aceşti parametrii de acord a scos în relief faptul că valoarea timpului de integrare este relativ mare, această valoare de 30 de secunde a timpului de integrare s-a păstrat la efectuarea următoarelor teste.

Cea de a doua determinare s-a efectuat cu parametrii setaţi astfel: KP = 1,2 şi Ti = 30 s şi obţinut răspunsul din figura 5.16.

Răspunsul sistemului este de asemenea aperiodic, se constată o îmbunătăţire a dinamicii, suprareglajul fiind nul dar se menţine o valoare ridicată a duratei regimului tranzitoriu.

Analizând răspunsul sistemului pentru KP = 1,2 şi Ti = 30 s se constată necesitatea măririi factorului de proporţionalitate şi necesitatea reducerii timpului de integrare. Valorile setate pentru regulatorul PI au fost KP = 2,5 şi Ti

= 12 s (de aproximativ 3 ori valoarea timpului mort) şi s-a obţinut răspunsul din figura 5.17 se observă o uşoară oscilaţie, fapt care impune reducerea factorului de proporţionalitate.

S-au setat KP = 1,5 şi Ti = 10 s şi cu aceste valori s-a trecut la monitorizarea funcţionării de lungă durată şi analiza comportării SRA la diferitele situaţii din exploatare (modificări ale referinţei presiunii aerului de ardere, modificări ale deschiderii clapetelor de reglare a debitului de aer).

S-a preferat a se obţine răspunsuri aperiodice, fără oscilaţii, chiar dacă anularea abaterii de reglare necesită timp ceva mai îndelungat, pentru a nu afecta funcţionarea de ansamblu a cazanului.

Analizând comportarea sistemului atât la modificări de referinţă, cât şi la perturbaţii, aceste valori au fost considerate ca fiind optime (KP = 1,5 şi Ti = 10s) – figurile 5.18 a, b, c şi 5.19 a, b (înregistrări de 24 de ore).

Pagina 51 din 67

Figura 5.15. Răspuns pentru KP=0,2 şi Ti=30 s.

Pagina 52 din 67

Figura 5.16. Răspuns pentru KP=1,2 şi Ti=30 s.

Pagina 53 din 67

Figura 5.17. Răspuns pentru KP=2,5 şi Ti=12 s.

Pagina 54 din 67

Figura 5.18.a. Răspuns pentru KP=1,5 şi Ti=10 s.

Pagina 55 din 67

Figura 5.18.b Răspuns pentru KP=1,5 şi Ti=10 s.

Pagina 56 din 67

Figura 5.18.c. Răspunsul SRA la modificarea poziţiei clapetelor de reglare a debitului de aer

Pagina 57 din 67

Figura 5.19.a. Funcţionare de durată – 24 de ore

Pagina 58 din 67

Figura 5.19.b. Funcţionare de durată – 24 de ore

Pagina 59 din 67

Pentru o analiză mai amănunţită şi experimentare a mai multor perechi de parametrii KP şi Ti , având în vedere că este dificil de a modifica valorile de referinţă a diferiţilor parametrii funcţionali ai cazanului (presiuni, temperaturi, debite, nivele, etc.) datorită faptului că grupul trebuie să funcţioneze la o anumită putere program, cu abateri foarte mici faţă de această putere, în conformitate cu cerinţele pieţei de energie (iar modificările necesare optimizării ar genera variaţii de sarcină), s-a folosit o a doua metodă de determinare a parametrilor de acord optimi şi anume transpunerea SRA a presiunii aerului de ardere în MatLab şi efectuarea de simulări.

SRA se prezintă ca în figurile 5.4. şi 5.5.

Figura 5.20. Presiunea aerului de ardere în cadrul sistemului Ovation.

Pagina 60 din 67

În cadrul sistemului Ovation măsurile de presiune se regăsesc în valoare numerică în domeniul de 0…750 mmH2O prin conversia explicată la descrierea SRA, conversie ilustrată în figura 5.20.

Ţinând cont de faptul că în algoritmul PID mărimile de intrare sunt aduse în domeniul 0…100% (presiunea aerului de ardere şi semnalul de referinţă pentru presiunea aerului de ardere sunt înmulţite cu 0,1333) şi introducând funcţiile de transfer în schema bloc, se obţine sistemul din figura 5.21.

Figura 5.21. Schema bloc cu funcţiile de transfer.

Având în vedere faptul că în cadrul MATLAB nu se pot implementa decât

funcţii de transfer sub forma , realizarea practică a funcţiei de transfer a

părţii fixe este destul de dificilă.Realizarea acestei funcţii de transfer a fost făcută prin înserierea a patru

funcţii de transfer ale unor elemente proporţionale cu întârziere de ordinul I, ca

în figura 5.22, funcţia de transfer a părţii fixe devenind .

Figura 5.22. Reprezentarea SRA în MATLAB cu partea fixă echivalată prin înserierea a patru elemente proporţionale cu întârziere de ordinul I

Această reprezentare este destul de apropiată de structura reală a SRA a presiunii aerului de ardere.

Pagina 61 din 67

S-a setat valoarea timpului de integrare 999999 (foarte mare) şi s-a obţinut un răspuns oscilant întreţinut pentru valoarea lui KP = 10 (figura 5.23).

Figura 5.23. Răspuns oscilant întreţinut.

După cum se observă, perioada acestor oscilaţii este de aproximativ 23 de secunde.

Aplicând criteriul Nichols-Ziegler, parametrii de acord optimi pentru un regulator PI ar fi: KP = 4,5 şi Ti = 18,4 s. Aceşti parametrii însă sunt daţi pentru

o funcţie de transfer de forma , prin urmare în cadrul simulării

valoarea timpului de integrare optim este Ti = 18,4 : 4,5 ≈ 4 s.Introducând aceste valori în simularea noastră s-a obţinut răspunsul din

figura 5.24.În practică însă, în cazul nostru, existenţa oscilaţiilor nu este benefică,

căutându-se o pereche de parametrii de acord astfel încât să se obţină un răspuns aperiodic, cu durată cât mai redusă.

Perechea parametrilor de acord care satisface această cerinţă este KP = 1,2 şi Ti = 8 s, iar răspunsul este redat în figura 5.25.

Pagina 62 din 67

Figura 5.24. Răspuns oscilant amortizat KP = 4,5 şi Ti = 4 s

Figura 5.25. Răspuns aperiodic pentru KP = 1,2 şi Ti = 8 s

Pagina 63 din 67

Având în vedere faptul că partea fixă are funcţia de transfer de ordinul 4,38, aceleaşi teste au fost efectuate şi pentru o simulare cu înserierea a cinci elemente proporţionale cu întârziere de ordinul I (figura 5.26), funcţia de

transfer a părţii fixe devenind .

Figura 5.26. Reprezentarea SRA în MATLAB cu partea fixă echivalată prin înserierea a cinci elemente proporţionale cu întârziere de ordinul I

Repetând operaţiile, răspunsul cu oscilaţii întreţinute s-a obţinut pentru KP=7,2 şi perioada oscilaţiilor a fost de 31 secunde. Prin urmare, parametrii de acord optimi pentru un regulator PI ar fi: KP = 3,2 şi Ti = 24,8 s, pentru schema noastră rezultând valoarea lui Ti = 24,8 : 3,2 ≈ 7 s.

Cu aceste valori se obţine răspunsul din figura 5.27.

Figura 5.27. Răspuns oscilant amortizat pentru KP = 3,2 şi Ti = 7 s

Pagina 64 din 67

Pentru KP = 1,2 şi Ti = 8 s s-a obţinut răspunsul din figura 5.28, care poate fi considerat aperiodic.

Figura 5.28. Răspuns aperiodic pentru KP = 1,2 şi Ti = 8 s.

După cum se observă, valorile obţinute prin simulare pentru a determina un răspuns aperiodic sunt foarte apropiate pentru ambele cazuri.

VI. Concluzii

Sistemul distribuit de control de la grupul nr. 3 Rovinari – Ovation – Emerson Process Management – reprezintă un pas important în informatizarea şi conducerea proceselor energetice, oferind toate avantajele unei structuri DCS:

o realizarea funcţiilor operative, neoperative şi semioperative, cele mai importante fiind următoarele funcţii : de supraveghere, reglare, comandă, protecţii tehnologice, ghid operator, protocolare-raportare, calcule tehnice, autodiagnoza sistemului;

o posibilitatea stocării/arhivării informaţiilor, cu posibilitatea accesării rapide a evoluţiilor anterioare, stabilirea de similitudini si analize post eveniment;

Pagina 65 din 67

o flexibilitate – orice SRA poate fi optimizat cu instalaţia în funcţiune şi fără şocuri, se pot crea noi configuraţii de comandă si reglaj, toate schemele fiind realizate soft şi se actualizează instantaneu în memoria sistemului;

o adaptabilitate – structura poate fi adaptata unei varietăţi foarte mari de echipamente ce se doresc a fi automatizate, precum şi a tuturor echipamentelor de automatizare moderne utilizate;

o up-grade uşor de realizat – se pot adăuga echipamente tehnologice dotate cu traductoare de măsură şi elemente de execuţie cu care se pot realiza toate funcţiile necesare de automatizare, sistemul fiind expandabil, iar din punct de vedere soft pot fi implementate orice legi de reglaj, funcţii matematice, funcţii logice, etc., totul fiind limitat doar de complexitatea aparatului matematic utilizat de proiectantul de sistem;

o interfaţă prietenoasă cu utilizatorul soft-urilor Ovation, funcţionarea fiind specifică Windows;

o redundanţa sistemului propriu-zis şi a elementelor de câmp, ieşirea accidentală din funcţiune a unui traductor fiind semnalizată echipei de mentenanţă sistemul funcţionând în continuare în regim normal;

o întreaga documentaţie a sistemului, cu descrieri detaliate ale tuturor echipamentelor, soft-urilor şi soluţiilor utilizate este accesibilă în permanenţă personalului operativ şi de mentenanţă;

o fiabilitate generală crescută datorată echipamentelor utilizate deosebit de fiabile şi minimizării structurii legăturilor electrice, cu creşterea imunităţii la perturbaţii;

o procesele desfăşurate în cadrul unui bloc termoenergetic sunt dintre cele mai complexe şi sunt foarte dificil de modelat pe cale analitică, modelarea acestora realizându-se pe baza înregistrărilor asigurate de DCS, prelucrarea acestor înregistrări fiind relativ uşoară obţinându-se rezultate foarte apropiate de cele reale (prin simularea proceselor în diferite programe de simulare).

Pagina 66 din 67

Bibliografie

Belea, C.

Dumitrache, Ion

Klefeny, Gunter

Marin, Constantin ş.a.

Papadache, Ilie

Vînătoru, Matei

ICEMENERG

***

***

Emerson Process Management

Teoria sistemelor automate – Reprografia Universităşii din Craiova, 1971

Tehnica reglării automate – Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1980.

Die Regelung von Dampkraftverken – Mannheim, Wien, Zurich, 1991.

Teoria sistemelor – Craiova, Editura Universitaria, 2001

Alegerea şi acordarea regulatoarelor – Bucureşti, Editura Tehnică, 1975

Procese industriale automatizate – Craiova, Editura Universitaria, 1996.

Instrucţiuni de verificare în condiţii de exploatare a performanţelor instalaţiilor de automatizare din CTE

Instrucţiuni de exploatare a cazanului de 1035 t/h de la CTE Rovinari

Instrucţiuni de exploatare pentru turbina F1C 330 MW.

Algoritm Reference Manual

Ovation Record Type Reference Manual

Ovation I/O Reference Manual

WESAPI Developer’s Reference Manual

Pagina 67 din 67