Температурно-временной интеграл или как КТР-121 решает, когда включать ступень горелки
Ступенчатой горелке нельзя сказать «давай чуть больше». У нее есть только две или три мощности и ничего между ними. Регулятор, который выдает 63 процента, ей бесполезен. Поэтому в КТР-121 для ступенчатых горелок работает отдельный метод – температурно-временной интеграл. Расскажем, как он устроен, откуда берутся его параметры и что показывать на пусконаладке, когда спрашивают, почему вторая ступень не включается.
Задача, которую ПИД решить не может
Модулируемая горелка и ПИД созданы друг для друга. Подача просела на полградуса, регулятор добавил пару процентов мощности, подача вернулась. Мощность меняется плавно, температура держится у уставки, никто ничего не переключает.
Двухступенчатая горелка живет иначе. Первая ступень – это, скажем так, половина мощности, вторая – полная. Нагрузка котельной почти никогда не совпадает ни с той, ни с другой. При нагрузке в две трети первая ступень не тянет, а вторая перегревает. Единственный способ отдать две трети – это часть времени работать на второй ступени, часть на первой. Вопрос в том, как часто переключаться.
Если поставить на такую горелку ПИД и округлять его выход до ближайшей ступени, ответ будет – «очень часто». Регулятор рассчитал 63 процента, округлили до 50, подача пошла вниз, регулятор насчитал 70, округлили до 100, подача пошла вверх. Ступень щелкает каждую минуту, температура держится неплохо, а горелка и газовая арматура изнашиваются в режиме, для которого их не проектировали. Поэтому нужен регулятор, который отвечает на другой вопрос: «Не пора ли переключать?»
Интеграл без формул
Бояться слова «интеграл» и судорожно вспоминать школьный курс не надо. Здесь он обозначает площадь. Отложим на графике температуру подачи и проведем линию уставки. Пока подача ниже уставки, между кривой и линией образуется фигура. Ее площадь и есть искомый температурно-временной интеграл. Глубокий провал на минуту и мелкое сползание на десять минут могут дать одну и ту же площадь, и с точки зрения ТВИ это одно и то же событие. Котельной не хватило одного и того же количества тепла.
Единица измерения получается составная, градусы, умноженные на секунды. На экране прибора значения выглядят как 180 или 420, без единиц. Так их и стоит воспринимать – как накопленный недогрев или перегрев.
Как считает КТР-121
У котлового регулятора КТР-121.01.10 две границы регулирования: верхняя (Тпр max) и нижняя (Тпр min). Между ними прибор сам считает середину (Тср). Для примера возьмем 80 и 70, середина 75. В каскаде границы приходят от каскадного регулятора по RS-485, и котловой прибор может сдвинуть их под себя поправкой (Корр.Уст), если котел инерционнее соседей.
Дальше все крутится вокруг двух счетчиков. Пока подача ниже середины, раз в секунду к первому счетчику (Интег+) прибавляется разница между серединой и текущей температурой. Ниже на два градуса, значит плюс два в секунду. Ниже на пять – значит, плюс пять. Счетчик дорос до порога, заданного в параметре с тем же именем, и включается следующая ступень. Второй счетчик (Интег-) работает зеркально, копит перегрев и по достижении своего порога отключает старшую ступень.
Два правила делают эту схему устойчивой. Первое – счетчики не копятся одновременно. Как только выполнилось условие для одного, другой сбрасывается в ноль. Полчаса недогрева не переносятся на вечер. Второе – в промежутке между границами, где ни одно условие не выполнено, накопленное сохраняется. Подача вернулась в коридор, счетчик замер и ждет.
Три ступени, три порога
Порог, с которого начинается счет на включение, для всех ступеней один – это середина коридора. А вот перегрев каждая ступень копит от своей отметки. Первая ступень отключается, если подача перевалила верхнюю границу. Вторая начинает копить перегрев уже выше середины. Третья – выше нижней границы. Чем старше ступень, тем раньше прибор начинает сомневаться, нужна ли она.
Логика простая. Первая ступень – это дежурная мощность, ее лучше не гасить лишний раз. Третья – это пик, который включили на время, и держать ее при температуре выше нижней границы уже незачем. Между ними вторая.
Когда ждать нельзя
Интеграл нужен, чтобы не дергаться на мелочах. Но провал подачи ниже нижней границы мелочью не считается. Здесь прибор включает ступень немедленно, без всякого счета. Так же немедленно отключается вторая ступень двухступенчатой горелки, когда подача перевалила верхнюю границу. У трехступенчатой сразу гаснет третья ступень, а вторая уходит только по температуре сигнализации (Тпр сиг).
Есть и второй способ ускорить старт котла, на случай, когда подача провалилась резко и ждать, пока наберется интеграл, нельзя. Параметр Дельта.Вкл задает, на сколько градусов ниже верхней границы должна опуститься подача, чтобы котел запустился сразу, без расчета. При нуле функция выключена, и котел стартует по обычному счету от середины коридора.
Время стабилизации
Ступень включилась, а датчик подачи об этом еще не знает. Горелка выходит на мощность десятки секунд, вода от котла до датчика идет еще какое-то время, и все это время подача продолжает падать. Если счетчик в этот момент работает, он честно копит недогрев и через минуту включает еще одну ступень, которая уже не нужна. Потом подача взлетает, копится перегрев, две ступени гаснут одна за другой, и горелка входит в ритм, который наладчики называют тактованием.
От этого защищает параметр Вр.Стаб. После смены мощности прибор на заданное время замораживает расчет интегралов и дает котлу показать, что изменилось. Времени два: одно на включение (Вр.Стаб+), другое на отключение (Вр.Стаб-), диапазон от 0 до 200 секунд. Таймер не работает при запуске насоса, розжиге и холодном пуске, там свои выдержки, и сбрасывается при достижении температуры сигнализации.
Два с половиной часа из жизни котла
Соберем все вместе на одном котле с двухступенчатой горелкой. Пороги 420 на включение и на отключение, стабилизация 11 секунд, коридор от 70 до 80. Первые полчаса нагрузка небольшая, первой ступени хватает, подача медленно сползает к середине. Ниже середины начинает расти Интег+, сначала медленно, потом быстрее, потому что недогрев растет. На 39-й минуте счетчик дошел до 420, вторая ступень в работе.
Подача идет вверх, пересекает середину, и с этого момента копится уже Интег-. Через 17 минут он дошел до порога, вторая ступень отключилась. Дальше цикл повторяется с периодом около получаса, и это нормальная работа ступенчатой горелки при нагрузке между ступенями. ТВИ не убирает переключения – он задает их темп.
На 119-й минуте в сети резкий разбор, подача проваливается и уходит ниже нижней границы. Здесь прибор не считает ничего, вторая ступень включается сразу. Интег+ к этому моменту успел набрать около 280 и до порога не дошел, что видно на нижнем графике.
Как настраивать
Для начальной оценки порогов нужны две величины – на сколько градусов и за какое время подача на этом объекте обычно уходит от середины коридора. Порог равен половине их произведения, где ΔT – в градусах, t – в секундах.
Рассмотрим пример. Утренний разбор горячей воды проваливает подачу на 6 градусов за минуту, и вторая ступень нужна как раз к концу этого провала, значит Интег+ равен 6 на 60 пополам, 180. Перегрев после включения ступени в том же примере 3 градуса за 20 секунд, Интег- равен 30. Значения около 420 в обе стороны подходят более спокойным объектам, где температура ходит медленно.
Тем, кто не хочет считать, прибор предлагает шкалу на экране быстрых настроек (Скорость реакц), от резкого края до плавного. Она двигает те же интегралы. Левый край для малоинерционных систем и котлов до мегаватта, правый для инерционных систем и котлов больше мегаватта. Время стабилизации ставят по тому же принципу, короткое на быстром котле, длинное на тяжелом.
Проверять настройку удобнее всего по главному экрану. На нем в строке До Подкл. виден обратный отсчет до переключения ступени, а рядом остаток времени стабилизации (Стаб). Если До Подкл. постоянно уходит в ноль и возвращается, порог мал. Если подача уже давно ниже середины, а отсчет идет минутами, порог велик. На объектах с панелью СПОТ-К подбор идет быстрее, тренд температуры подачи виден на графике панели, и стоять у шкафа с секундомером не нужно.
Коротко о главном
Итак, ТВИ отвечает на вопрос «пора ли переключать ступень», а ПИД на вопрос «сколько дать мощности». Ступенчатой горелке нужен первый ответ. Интеграл – это площадь между подачей и серединой коридора, порог включения и отключения задается отдельно, у каждой ступени свой уровень для перегрева. Ниже нижней границы включение сразу, выше верхней отключение сразу. Время стабилизации дает котлу показать результат до следующего решения. Начальные пороги считаются как половина произведения провала на его длительность, остальное подбирается по строке До Подкл. на главном экране.
