Розробка скоординованої системи автоматичного керування процесом горіння котлоагрегата з корекцією за вмістом кисню

Автор(и)

  • Петро Олексійович Качанов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-7532-5913
  • Микола Валерійович Тарасенко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-6877-0173

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.363894

Ключові слова:

система автоматичного керування, Simulink, імітаційна модель, котельна установка, паливно-повітряне співвідношення

Анотація

Об’єктом дослідження є автоматична система керування процесом горіння котлоагрегату, яка координує подачу палива та повітря, стабілізує тягу топки та забезпечує повільну корекцію надлишку повітря на основі виміряного вмісту кисню в димових газах. Система координує подачу палива та повітря, застосовуючи поступову корекцію надлишку повітря на основі виміряного вмісту кисню в димових газах. Основною проблемою є забезпечення скоординованого керування паливним, повітряним та тяговим каналами в умовах інерції установки, транспортних затримок, обмежень виконавчих механізмів, змін властивостей палива та впливу навантаження. Для вирішення цієї проблеми пропонується структура керування з розділенням на швидкий та повільний рівні, скоординовані між собою. У цій структурі швидкий рівень керування генерує задане значення витрати повітря, використовуючи сигнал витрати палива. Повільніший рівень керування застосовує обмежену корекцію коефіцієнта співвідношення палива та повітря відповідно до відхилення концентрації кисню від її заданого значення. Запропонована структура керування була протестована за допомогою моделювання в MATLAB/Simulink (The MathWorks, Inc., USA). Отримані перехідні характеристики демонструють реакцію системи на зміну заданого значення теплового навантаження. Керуючий сигнал паливного каналу залишався в допустимому діапазоні, що підтверджує коректну роботу обмежень та відсутність накопичення інтегральної складової за фізично допустимими межами. Система показує ефективну компенсацію збурень навантаження та відновлення необхідного рівня кисню без стійких коливань. Отримані результати демонструють чітке розділення між швидкою координацією потоку та повільною корекцією на основі кисню. Завдяки цьому розділенню канал газоаналізатора не погіршує динамічні характеристики швидших контурів керування. Результати дослідження можуть бути використані для модернізації та налаштування систем керування горінням у котельних агрегатах теплоенергетичних установок та промислових котельнях.

Біографії авторів

Петро Олексійович Качанов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматики та управління в технічних системах

Микола Валерійович Тарасенко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Аспірант

Кафедра автоматики та управління в технічних системах

Посилання

  1. Gilman, G. F. (2010). Boiler control systems engineering. Isa. Available at: https://kh.aquaenergyexpo.com/wp-content/uploads/2023/06/boiler-control-system-engineering.pdf
  2. Ganapathy, V. (2002). Industrial boilers and heat recovery steam generators: design, applications, and calculations. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9780203910221
  3. Lindsley, D., Grist, J., Parker, D. (2018). Thermal power plant control and instrumentation: the control of boilers and HRSGs. Institution of Engineering and Technology, 330. https://doi.org/10.1049/PBPO119E
  4. Chernyak, O., Svitiy, I. (2024). To problem of boiler DKVr-10-13 automation in food enterprises’ boiler-houses. Automation of Technological and Business Processes, 16 (2), 29–38. https://doi.org/10.15673/atbp.v16i2.2839
  5. Bhowmick, M., Bera, S. C. (2012). An approach to optimum combustion control using parallel type and cross-limiting type technique. Journal of Process Control, 22 (1), 330–337. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2011.06.016
  6. Lee, T., Han, E., Moon, U.-C., Lee, K. Y. (2020). Supplementary Control of Air-Fuel Ratio Using Dynamic Matrix Control for Thermal Power Plant Emission. Energies, 13 (1), 226. https://doi.org/10.3390/en13010226
  7. Kilicaslan, I., Ozdemir, E. (2005). Energy Economy With a Variable Speed Drive in an Oxygen Trim Controlled Boiler House. Journal of Energy Resources Technology, 127 (1), 59–65. https://doi.org/10.1115/1.1849227
  8. Dukelow, S. G. (1986). The control of boilers. ISA. Available at: https://www.scribd.com/document/394874797/Sam-G-Dukelow-the-Control-of-Boilers
  9. Seborg, D. E., Edgar, T. F., Mellichamp, D. A., Doyle III, F. J. (2016). Process dynamics and control. John Wiley & Sons. Available at: https://elmoukrie.com/wp-content/uploads/2022/06/process-dynamics-and-control-dale-e.-seborg-thomas-f.-edgar-etc.-z-lib.org_.pdf
  10. Shinskey, F. G. (1979). Process control systems. McGraw-Hill, Inc. Available at: https://skoge.folk.ntnu.no/puublications_others/books/Shinskey-1967-Process%20Control%20Systems.pdf
  11. Novikov, P., Shtifzon, O., Bunke, O., Batiuk, S. (2022). Selecting a method for the parametric adaptation of pi-controller in the control systems of boiler assemblies at thermal power stations with supercritical parameters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (116)), 61–68. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254116
  12. Astrom, K. J. (1995). PID controllers: theory, design, and tuning. The international society of measurement and control. Available at: https://www.ucg.ac.me/skladiste/blog_2146/objava_92847/fajlovi/Astrom.pdf
Development of a coordinated system for automatic control of the combustion process of a boiler unit with correction for oxygen content

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-09

Як цитувати

Качанов, П. О., & Тарасенко, М. В. (2026). Розробка скоординованої системи автоматичного керування процесом горіння котлоагрегата з корекцією за вмістом кисню. Technology Audit and Production Reserves, 6–13. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.363894

Номер

Article in Press

Розділ

Системи та процеси керування

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Petro Kachanov, Mykola Tarasenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.