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1 概述
云浮發(fā)電廠3、4號(hào)機(jī)組分別是2002年和2003年投產(chǎn)的135MW燃煤機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)均由ABB（德國(guó)）公司的SYMPHONY系統(tǒng)構(gòu)成。
本文以在云浮電廠3、4號(hào)機(jī)組應(yīng)用的采用ABB(德國(guó))公司SYMPHONY系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的爐膛壓力控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)運(yùn)算等在控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法。
2 爐膛壓力控制系統(tǒng)的構(gòu)成
圖1 爐膛壓力控制系統(tǒng)框圖
圖1是用SYMPHONY系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具有雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的爐膛壓力控制系統(tǒng)的方框圖簡(jiǎn)圖，整個(gè)系統(tǒng)包括PI控制器，手、自動(dòng)切換邏輯，跟蹤信號(hào)運(yùn)算回路，系統(tǒng)總操，左右側(cè)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉偏置回路，超馳控制回路，速率限制回路，偏差限制邏輯和單臺(tái)風(fēng)機(jī)操作站等部分。
系統(tǒng)的工作過(guò)程為：爐膛壓力測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，偏差值經(jīng)PI控制器運(yùn)算后在系統(tǒng)手/自動(dòng)總操M(fèi)/A站出口分成兩路，再經(jīng)風(fēng)機(jī)出力校正回路、超馳控制回路、輸出速率控制回路，最后到閥門定位操作模塊IDP控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)爐膛壓力控制。為避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作，偏差運(yùn)算回路中還進(jìn)行了爐膛壓力測(cè)量值與設(shè)定值偏差的死區(qū)運(yùn)算，過(guò)濾掉爐膛壓力的正常波動(dòng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的影響。系統(tǒng)手/自動(dòng)總操M(fèi)/A站擔(dān)負(fù)著兩側(cè)風(fēng)機(jī)的出力平衡與手動(dòng)跟蹤功能。為提高爐膛壓力對(duì)送風(fēng)量擾動(dòng)的響應(yīng)能力，在PI控制器的Z端（擾動(dòng)量輸入端）引入了送風(fēng)前饋信號(hào)。
3 參數(shù)運(yùn)算回路功能剖析
3.1 PI控制器增益參數(shù)運(yùn)算回路
本爐膛壓力控制系統(tǒng)為雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)、可調(diào)擋板（動(dòng)葉）的零位、死區(qū)及左、右側(cè)煙道阻力等可能存在的差異，造成左右兩側(cè)擋板（動(dòng)葉）開(kāi)度對(duì)爐膛壓力的響應(yīng)特性不一致，另外，單臺(tái)風(fēng)機(jī)投自動(dòng)與兩臺(tái)風(fēng)機(jī)投自動(dòng)的爐膛壓力響應(yīng)特性也是不同的，因此，采用固定調(diào)節(jié)器參數(shù)的控制系統(tǒng)在設(shè)備特性不同及運(yùn)行方式不同時(shí)，難以取得令人滿意的調(diào)節(jié)效果。為了解決上述問(wèn)題，廠商設(shè)計(jì)了PI控制器增益運(yùn)算回路，分別整定A、B風(fēng)機(jī)單獨(dú)投自動(dòng)、兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)投自動(dòng)、系統(tǒng)冷熱態(tài)投自動(dòng)時(shí)的控制器增益參數(shù)，取得了較好的效果。
圖2 控制器增益運(yùn)算邏輯圖
如圖2所示為PI控制器增益運(yùn)算回路。單臺(tái)風(fēng)機(jī)投自動(dòng)時(shí)，回路通過(guò)模塊D08選擇風(fēng)機(jī)B的控制增益KPB或風(fēng)機(jī)A的控制增益KPA；兩臺(tái)風(fēng)機(jī)均投自動(dòng)時(shí)，則通過(guò)模塊D10選擇雙風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)增益KPAB。單臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制增益KPA和KPB可在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)工程整定方法分別整定。雙風(fēng)機(jī)的控制增益可通過(guò)以下方法計(jì)算得出：
爐膛壓力為線性調(diào)節(jié)對(duì)象，符合迭加原則。設(shè)兩臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)度變化量相同，均為ΔX時(shí)（即ΔXA=ΔXB=ΔX，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)）引起的爐膛壓力變化量為ΔY（由記錄確定），A、B風(fēng)機(jī)引起的爐膛壓力變化分量分別為ΔYA和ΔYB，則有：
而
因此
故
即兩臺(tái)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)增益的倒數(shù)是單臺(tái)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)增益的倒數(shù)和。以上各式中的C為與爐膛壓力對(duì)象有關(guān)的常數(shù)。
3.2 鍋爐冷態(tài)或MFT時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)的切換
鍋爐冷態(tài)或MFT后，由于爐膛內(nèi)沒(méi)有燃料的進(jìn)入和燃料燃燒過(guò)程的終止，煙氣成分基本上只有空氣，介質(zhì)密度大為降低，爐膛壓力對(duì)象與熱態(tài)時(shí)相比有較大的變化，加上鍋爐冷態(tài)或MFT后，送引風(fēng)機(jī)工作于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，為使?fàn)t膛壓力控制系統(tǒng)在這種工況下也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，廠商設(shè)計(jì)了邏輯，進(jìn)行調(diào)節(jié)器控制增益、積分時(shí)間和送風(fēng)前饋量的自動(dòng)切換，保證了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全和爐膛壓力的穩(wěn)定。圖2中的模塊D13、圖3中的D07和D16分別為這三種參數(shù)的冷、熱態(tài)切換開(kāi)關(guān)。
圖3 積分時(shí)間及送風(fēng)前饋運(yùn)算回路
3.3 風(fēng)機(jī)出力校正
由于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)擋板（動(dòng)葉）執(zhí)行機(jī)構(gòu)零位、滿度位置的差異，風(fēng)機(jī)電機(jī)型號(hào)或廠家的不同以及風(fēng)道阻力不同等因素的存在，為維持兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)際出力平衡，避免兩臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，許多情況下要求兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的擋板（動(dòng)葉）開(kāi)度不同，為達(dá)到這個(gè)目的，系統(tǒng)設(shè)置了可手動(dòng)調(diào)整的風(fēng)機(jī)出力校正邏輯（由圖4中的模塊D35、D36實(shí)現(xiàn)）。運(yùn)行人員在控制面板上調(diào)整偏置值BIAS的大小時(shí)，模塊D35輸出的A風(fēng)機(jī)出力校正系數(shù)可在0.8~1.2間變化，而D36輸出的B風(fēng)機(jī)出力校正系數(shù)則在1.2~0.8間變化，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整BIAS的值，一般情況下均可找到兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力相等的平衡點(diǎn)。
3.4 超馳控制
在風(fēng)機(jī)順序啟、停過(guò)程或爐膛壓力出現(xiàn)異常時(shí)，為了快速控制或恢復(fù)爐膛壓力，有必要撇開(kāi)PI控制器的控制進(jìn)行邏輯快控，以保證風(fēng)機(jī)和爐膛的安全。為了達(dá)到這個(gè)目的，系統(tǒng)中設(shè)置了分別由模塊D19、D21、D23和D20、D22、D24組成的A、B風(fēng)機(jī)超馳控制回路，圖5所示為A風(fēng)機(jī)超馳回路。風(fēng)機(jī)順序啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)模塊D19和D20的作用，分別將A、B風(fēng)機(jī)的入口擋板（動(dòng)葉）強(qiáng)制關(guān)至20%或更小；爐膛壓力高Ⅰ值時(shí)，模塊D21和D22強(qiáng)制輸出100%風(fēng)機(jī)擋板（動(dòng)葉）開(kāi)度指令，強(qiáng)迫開(kāi)大風(fēng)機(jī)擋板（動(dòng)葉）的開(kāi)度，直到爐膛壓力高Ⅰ值信號(hào)消失；風(fēng)機(jī)順序停止或爐膛壓力低Ⅰ值時(shí)，CLOSE邏輯信號(hào)置1，模塊D23、D24輸出強(qiáng)制為0%，使風(fēng)機(jī)擋板（動(dòng)葉）關(guān)小（爐膛壓力低Ⅰ值時(shí)）或全關(guān)（風(fēng)機(jī)順序停止時(shí)）。
圖5 A風(fēng)機(jī)超馳回路
3.5 偏差抑制
SYMPHONY系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是包括PID算法在內(nèi)，其它的大部分算法都可通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)算法參數(shù)的內(nèi)部設(shè)定或外部設(shè)定功能，這使得其控制系統(tǒng)邏輯功能大大增強(qiáng)，組態(tài)更加方便靈活，是一個(gè)比較有特色的系統(tǒng)。本節(jié)所述的偏差抑制回路就是一種比較有特色的回路，詳細(xì)原理圖如圖6所示。
回路中，模塊D25（D26）是模擬量輸出速率限制模塊，它接受由外部設(shè)定的信號(hào)增加和信號(hào)減少的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)TI+和TI-，TI+和TI-分別是速率限制模塊持續(xù)由0%增加至100%和由100%減少至0%時(shí)所需時(shí)間，TI+和TI-的數(shù)值越大，信號(hào)經(jīng)模塊的輸出變化速率越小，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)全速由全關(guān)至全開(kāi)的時(shí)間Ty一定的情況下，在本回路中，TI+和TI-的大小主要是由爐膛壓力測(cè)量值與設(shè)定值的偏差函數(shù)D29、D30確定的，其函數(shù)值分別如表1所示。從這兩個(gè)函數(shù)的取值可以看出，正偏差越大時(shí)，D29的輸出越小，且減小的數(shù)值呈數(shù)量級(jí)變化，這導(dǎo)致時(shí)間常數(shù)TI+呈數(shù)量級(jí)增加。
圖6 偏差抑制原理圖
表1 D29、D30的輸出與過(guò)程偏差關(guān)系
當(dāng)e≤0時(shí)，TI+=Ty；e=0.2時(shí)TI+=10Ty；e=0.3時(shí)TI+=100Ty，偏差e≥30%時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)方向的動(dòng)作速度僅為正常速度的1%！所以D29的函數(shù)取值對(duì)系統(tǒng)正偏差有非常強(qiáng)的抑制作用，同理，D30的函數(shù)取值對(duì)系統(tǒng)負(fù)偏差也有很大的抑制作用。由于D29、D30對(duì)偏差的有效抑制，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，同時(shí)減緩了誤信號(hào)、誤操作對(duì)輸出的影響，保證了系統(tǒng)的安全。
由于D25、D26的輸出速率受外部參數(shù)的影響，其輸出變化可能跟不上PI控制器的輸出，造成輸出信號(hào)堵塞，為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，模塊D25、D26除了對(duì)主控制信號(hào)進(jìn)行傳遞外，還根據(jù)本身的工作狀態(tài)，向外發(fā)出3個(gè)信息：模塊輸入、輸出相等時(shí)，置"OY=X"信號(hào)為"1"，TI+與TI-經(jīng)模塊D33、D34的輸出為任務(wù)掃描時(shí)間Ttask=0.3秒，模塊D25、D26處于高速備用狀態(tài)；D25、D26的輸出正在增加時(shí)，置"REL+"為"1"，這個(gè)信號(hào)經(jīng)PI控制器的輔助輸入端STP+和AUT+，使PI控制器正向工作停止；D25、D26的輸出正在減少時(shí)，置"REL-"為"1"，經(jīng)PI控制器的輔助輸入端STP-和AUT-，使PI控制器反向工作停止，信號(hào)防堵塞功能保證了系統(tǒng)中信號(hào)變化的協(xié)調(diào)性。
4 系統(tǒng)投運(yùn)效果
以上所描述的控制系統(tǒng)在云浮發(fā)電廠4臺(tái)機(jī)組中均取得了良好的使用效果。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，爐膛壓力波動(dòng)范圍為-40~20Pa（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為-150~150Pa）。例如，在3號(hào)機(jī)組升降負(fù)荷過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷由80MW升至135MW，負(fù)荷率為3%ECR/min時(shí)，爐膛壓力波動(dòng)范圍僅為-120~110Pa（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為-200~200Pa），不管機(jī)組在穩(wěn)定工況或變動(dòng)工況的情況下，本爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)均優(yōu)于國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。爐膛壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，為機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)