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1 概述
云浮發電廠3、4號機組分別是2002年和2003年投產的135MW燃煤機組，兩臺機組的熱工自動控制系統均由ABB（德國）公司的SYMPHONY系統構成。
本文以在云浮電廠3、4號機組應用的采用ABB(德國)公司SYMPHONY系統實現的爐膛壓力控制系統為例，說明其系統結構、參數運算等在控制系統中的實現方法。
2 爐膛壓力控制系統的構成
圖1 爐膛壓力控制系統框圖
圖1是用SYMPHONY系統實現的具有雙執行機構的爐膛壓力控制系統的方框圖簡圖，整個系統包括PI控制器，手、自動切換邏輯，跟蹤信號運算回路，系統總操，左右側風機動葉偏置回路，超馳控制回路，速率限制回路，偏差限制邏輯和單臺風機操作站等部分。
系統的工作過程為：爐膛壓力測量值與設定值進行比較，偏差值經PI控制器運算后在系統手/自動總操M/A站出口分成兩路，再經風機出力校正回路、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控制執行機構的開關，實現爐膛壓力控制。為避免執行機構的頻繁動作，偏差運算回路中還進行了爐膛壓力測量值與設定值偏差的死區運算，過濾掉爐膛壓力的正常波動對執行機構的影響。系統手/自動總操M/A站擔負著兩側風機的出力平衡與手動跟蹤功能。為提高爐膛壓力對送風量擾動的響應能力，在PI控制器的Z端（擾動量輸入端）引入了送風前饋信號。
3 參數運算回路功能剖析
3.1 PI控制器增益參數運算回路
本爐膛壓力控制系統為雙執行機構系統，由于執行機構、可調擋板（動葉）的零位、死區及左、右側煙道阻力等可能存在的差異，造成左右兩側擋板（動葉）開度對爐膛壓力的響應特性不一致，另外，單臺風機投自動與兩臺風機投自動的爐膛壓力響應特性也是不同的，因此，采用固定調節器參數的控制系統在設備特性不同及運行方式不同時，難以取得令人滿意的調節效果。為了解決上述問題，廠商設計了PI控制器增益運算回路，分別整定A、B風機單獨投自動、兩臺風機同時投自動、系統冷熱態投自動時的控制器增益參數，取得了較好的效果。
圖2 控制器增益運算邏輯圖
如圖2所示為PI控制器增益運算回路。單臺風機投自動時，回路通過模塊D08選擇風機B的控制增益KPB或風機A的控制增益KPA；兩臺風機均投自動時，則通過模塊D10選擇雙風機調節增益KPAB。單臺風機的控制增益KPA和KPB可在鍋爐實際運行過程中，通過工程整定方法分別整定。雙風機的控制增益可通過以下方法計算得出：
爐膛壓力為線性調節對象，符合迭加原則。設兩臺執行機構的開度變化量相同，均為ΔX時（即ΔXA=ΔXB=ΔX，可通過手動調節實現）引起的爐膛壓力變化量為ΔY（由記錄確定），A、B風機引起的爐膛壓力變化分量分別為ΔYA和ΔYB，則有：
而
因此
故
即兩臺風機調節增益的倒數是單臺風機調節增益的倒數和。以上各式中的C為與爐膛壓力對象有關的常數。
3.2 鍋爐冷態或MFT時調節參數的切換
鍋爐冷態或MFT后，由于爐膛內沒有燃料的進入和燃料燃燒過程的終止，煙氣成分基本上只有空氣，介質密度大為降低，爐膛壓力對象與熱態時相比有較大的變化，加上鍋爐冷態或MFT后，送引風機工作于低負荷運轉狀態，為使爐膛壓力控制系統在這種工況下也能實現自動調節功能，廠商設計了邏輯，進行調節器控制增益、積分時間和送風前饋量的自動切換，保證了風機運行的安全和爐膛壓力的穩定。圖2中的模塊D13、圖3中的D07和D16分別為這三種參數的冷、熱態切換開關。
圖3 積分時間及送風前饋運算回路
3.3 風機出力校正
由于兩臺風機擋板（動葉）執行機構零位、滿度位置的差異，風機電機型號或廠家的不同以及風道阻力不同等因素的存在，為維持兩臺風機的實際出力平衡，避免兩臺風機搶風現象的出現，許多情況下要求兩臺風機的擋板（動葉）開度不同，為達到這個目的，系統設置了可手動調整的風機出力校正邏輯（由圖4中的模塊D35、D36實現）。運行人員在控制面板上調整偏置值BIAS的大小時，模塊D35輸出的A風機出力校正系數可在0.8~1.2間變化，而D36輸出的B風機出力校正系數則在1.2~0.8間變化，通過適當調整BIAS的值，一般情況下均可找到兩臺風機出力相等的平衡點。
3.4 超馳控制
在風機順序啟、停過程或爐膛壓力出現異常時，為了快速控制或恢復爐膛壓力，有必要撇開PI控制器的控制進行邏輯快控，以保證風機和爐膛的安全。為了達到這個目的，系統中設置了分別由模塊D19、D21、D23和D20、D22、D24組成的A、B風機超馳控制回路，圖5所示為A風機超馳回路。風機順序啟動時，通過模塊D19和D20的作用，分別將A、B風機的入口擋板（動葉）強制關至20%或更小；爐膛壓力高Ⅰ值時，模塊D21和D22強制輸出100%風機擋板（動葉）開度指令，強迫開大風機擋板（動葉）的開度，直到爐膛壓力高Ⅰ值信號消失；風機順序停止或爐膛壓力低Ⅰ值時，CLOSE邏輯信號置1，模塊D23、D24輸出強制為0%，使風機擋板（動葉）關小（爐膛壓力低Ⅰ值時）或全關（風機順序停止時）。
圖5 A風機超馳回路
3.5 偏差抑制
SYMPHONY系統的一個顯著特點就是包括PID算法在內，其它的大部分算法都可通過組態實現算法參數的內部設定或外部設定功能，這使得其控制系統邏輯功能大大增強，組態更加方便靈活，是一個比較有特色的系統。本節所述的偏差抑制回路就是一種比較有特色的回路，詳細原理圖如圖6所示。
回路中，模塊D25（D26）是模擬量輸出速率限制模塊，它接受由外部設定的信號增加和信號減少的兩個時間常數TI+和TI-，TI+和TI-分別是速率限制模塊持續由0%增加至100%和由100%減少至0%時所需時間，TI+和TI-的數值越大，信號經模塊的輸出變化速率越小，在執行機構全速由全關至全開的時間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量值與設定值的偏差函數D29、D30確定的，其函數值分別如表1所示。從這兩個函數的取值可以看出，正偏差越大時，D29的輸出越小，且減小的數值呈數量級變化，這導致時間常數TI+呈數量級增加。
圖6 偏差抑制原理圖
表1 D29、D30的輸出與過程偏差關系
當e≤0時，TI+=Ty；e=0.2時TI+=10Ty；e=0.3時TI+=100Ty，偏差e≥30%時，執行機構開方向的動作速度僅為正常速度的1%！所以D29的函數取值對系統正偏差有非常強的抑制作用，同理，D30的函數取值對系統負偏差也有很大的抑制作用。由于D29、D30對偏差的有效抑制，使得系統的穩定性大大提高，同時減緩了誤信號、誤操作對輸出的影響，保證了系統的安全。
由于D25、D26的輸出速率受外部參數的影響，其輸出變化可能跟不上PI控制器的輸出，造成輸出信號堵塞，為了避免出現這種現象，模塊D25、D26除了對主控制信號進行傳遞外，還根據本身的工作狀態，向外發出3個信息：模塊輸入、輸出相等時，置"OY=X"信號為"1"，TI+與TI-經模塊D33、D34的輸出為任務掃描時間Ttask=0.3秒，模塊D25、D26處于高速備用狀態；D25、D26的輸出正在增加時，置"REL+"為"1"，這個信號經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，置"REL-"為"1"，經PI控制器的輔助輸入端STP-和AUT-，使PI控制器反向工作停止，信號防堵塞功能保證了系統中信號變化的協調性。
4 系統投運效果
以上所描述的控制系統在云浮發電廠4臺機組中均取得了良好的使用效果。在機組正常運行時，爐膛壓力波動范圍為-40~20Pa（國家標準為-150~150Pa）。例如，在3號機組升降負荷過程中，機組負荷由80MW升至135MW，負荷率為3%ECR/min時，爐膛壓力波動范圍僅為-120~110Pa（國家標準為-200~200Pa），不管機組在穩定工況或變動工況的情況下，本爐膛壓力調節系統的調節品質均優于國家的相關標準。爐膛壓力的穩定調節，為機組的穩定、安全運行打下了良好的基礎。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號