目前，汽包水位三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制策略已經(jīng)相當(dāng)成熟，但在實(shí)際鍋爐運(yùn)行中會(huì)各種原因?qū)е滤蛔詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入困難，甚至自動(dòng)不能投入。這種現(xiàn)象讓人對(duì)串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和控制策略產(chǎn)生疑問。為此昌暉數(shù)顯儀表與大家交流運(yùn)用心得，對(duì)級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行定性分析，并對(duì)一些異常情況的處理辦法進(jìn)行探討。
1、水位三沖量調(diào)節(jié)控制策略
汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用的三個(gè)沖量分別是汽包水位、給水流量和蒸汽流量。
汽包水位作為主調(diào)(PID調(diào)節(jié)器)的輸入信號(hào)，去抑制水位本身的偏差。副調(diào)(外給定調(diào)節(jié)器)使用了一個(gè)反饋信號(hào)(給水流量)和一個(gè)前饋信號(hào)(蒸汽流量)，以消除擾動(dòng)和虛假水位。各種介紹汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的書籍中，都有對(duì)傳遞函數(shù)的計(jì)算，這些計(jì)算對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)很重要。如果用經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)法對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)，則完全可以拋開理論計(jì)算。昌暉儀表在此只對(duì)其物理意義進(jìn)行定性思考和作一番揣測。
1.1 反饋信號(hào)
反饋信號(hào)指給水流量信號(hào)，也叫內(nèi)擾。
水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中被調(diào)量發(fā)生變化的時(shí)候，PID經(jīng)過運(yùn)算，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，閥門控制介質(zhì)變化，達(dá)到控制給水流量的目的。可是給水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性、水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況存在很多差異，這些差異主要有：
①執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性：執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變開度后，流量隨之改變的大小。
②執(zhí)行機(jī)構(gòu)死區(qū)：PID 輸出每變化多少，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能動(dòng)作一次。
③執(zhí)行機(jī)構(gòu)空行程：執(zhí)行機(jī)構(gòu)在改變動(dòng)作方向的時(shí)候，改變多少開度，給水流量才發(fā)生變化(減去死區(qū)的值)。
④執(zhí)行機(jī)構(gòu)回差：執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行開、關(guān)兩個(gè)方向的動(dòng)作的時(shí)候，流量變化不相等，這個(gè)流量變化絕對(duì)值的差叫回差。
⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥門的特性曲線改變：閥門線性改變，閥門每變化1%，流量變化量與以往不同。
⑥水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)軟故障：偶爾發(fā)生的系統(tǒng)故障使得給水流量變化不均勻，或者時(shí)有停頓。
⑦系統(tǒng)介質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化：指因給水壓力、蒸汽壓力變化導(dǎo)致給水流量變化。
上述差異會(huì)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)造成干擾，甚至上述的情況在運(yùn)行過程中也在變化。介質(zhì)參數(shù)隨時(shí)發(fā)生變化，其它參數(shù)可能緩慢發(fā)生變化，大家必須關(guān)注這些變化因素。在一個(gè)中等容量的機(jī)組中，一般汽包水位對(duì)給水流量的變化非常敏感，流量變化10t/h左右，就會(huì)造成水位逐漸上升。通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作1%的開度，就足以造成10t/h的流量變化。
水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主調(diào)的輸出給副調(diào)一個(gè)給水量的指令。如果給水流量信號(hào)與這個(gè)指令不一致，副調(diào)的作用使執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥開度，去讓流量信號(hào)與主調(diào)的輸出去一致；如果主調(diào)輸出沒有波動(dòng)，而流量信號(hào)有波動(dòng)，說明執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門甚至給水壓力等因素發(fā)生變化，這些變化的因素叫做內(nèi)擾。此時(shí)若不管這些變化，將最終會(huì)影響到汽包水位，等汽包水位變化后主調(diào)再進(jìn)行調(diào)節(jié)，就會(huì)因延誤而過調(diào)；副調(diào)的作用就是快速消除擾動(dòng)，如果調(diào)節(jié)合理則有可能讓汽包水位不受干擾或者少受干擾。
給水流量信號(hào)的設(shè)立，一個(gè)很重要的作用就是消除內(nèi)擾。
1.2 前饋信號(hào)
前饋信號(hào)是指蒸汽流量信號(hào)。也叫外擾。
當(dāng)機(jī)組負(fù)荷需求波動(dòng)會(huì)引起燃燒和蒸汽流量的波動(dòng)。在蒸汽流量波動(dòng)的時(shí)候就應(yīng)該及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若等到汽包水位開始波動(dòng)的時(shí)候再調(diào)節(jié)給水流量，汽包水位可能因波動(dòng)速度較快而糾正較慢出現(xiàn)較大波動(dòng)。為了克服外擾，所以加入蒸汽流量這個(gè)信號(hào)。假設(shè)機(jī)組負(fù)荷需要增大，蒸汽流量隨之增大，此時(shí)不等汽包水位降低，在副調(diào)里預(yù)先增大給水流量，最終使得汽包水位保持平穩(wěn)。
引入蒸汽流量信號(hào)是為了為了克服外擾和“虛假水位”。所謂“虛假水位”是指當(dāng)機(jī)組負(fù)荷突然增加，鍋爐輸出蒸汽量突然增大，此時(shí)鍋爐因蒸發(fā)量增加，給水量未來得及變化，此時(shí)汽包水位應(yīng)該降低；但鍋爐出汽量突然增大導(dǎo)致蒸汽壓力突然降低，使汽包里汽水混合物中的汽泡急劇增加，汽泡鼓動(dòng)著汽包水位虛增，造成了汽包水位增高的現(xiàn)象。
鍋爐出現(xiàn)虛假水位時(shí)汽包水位增高，主調(diào)使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)小，加劇了水位降低的情況。但是因?yàn)榍梆佇盘?hào)的存在，蒸汽流量一旦增大，副調(diào)的PID命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)開大，抵消了虛假水位造成的影響。
因此副調(diào)的反饋信號(hào)和前饋信號(hào)作用非常大，也非常有必要。
1.3 三沖量控制策略圖
2、水位三沖量調(diào)節(jié)常規(guī)參數(shù)整定規(guī)律
有人對(duì)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定比較生疏。因?yàn)榇?jí)系統(tǒng)參數(shù)較多，比較不容易分析。下面我們分步驟對(duì)參數(shù)整定方法作個(gè)探討。
2.1 設(shè)置副調(diào)流量系數(shù)
包括給水流量系數(shù)和蒸汽流量系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)沒有固定值。如果副調(diào)的比例作用很弱，這兩個(gè)系數(shù)甚至可以取消不用。之所以要設(shè)置流量系數(shù)，是要提醒讀者注意：在調(diào)試過程中，切不可先令副調(diào)比例作用過強(qiáng)！否則有可能造成系統(tǒng)震蕩，最終導(dǎo)致安全事故。
一般我們預(yù)設(shè)這個(gè)系數(shù)為0.3左右，蒸汽流量系數(shù)和給水流量系數(shù)應(yīng)該大致相等。
2.2 設(shè)置副調(diào)的比例帶非常大，積分時(shí)間為無窮大
比例作用的大小因系統(tǒng)而異。原則上應(yīng)該先把副調(diào)作用放很小，以防止系統(tǒng)或者副調(diào)震蕩。
2.3 設(shè)置主調(diào)的積分時(shí)間為零，比例作用比較弱
之所以沒有給出比例作用的具體數(shù)值，是因?yàn)楦鶕?jù)不同的系統(tǒng)、不同的DCS系統(tǒng)、不同的程序或PID調(diào)節(jié)器，這個(gè)值差異很大。一般來說，副調(diào)的比例帶可以先設(shè)為150-600，主調(diào)比例帶設(shè)為100-200。
2.4 逐漸降低主調(diào)比例帶
根據(jù)觀察結(jié)果，逐漸增強(qiáng)比例作用，直到系統(tǒng)接近平穩(wěn)。
或者繼續(xù)增強(qiáng)比例作用，直到系統(tǒng)接近于等幅震蕩，然后把此時(shí)的比例帶除以0.6，基本上接近于可用了。但是對(duì)于汽包水位系統(tǒng)，最好不要調(diào)到等幅震蕩，這樣會(huì)使系統(tǒng)處于危險(xiǎn)的境地。
2.5 逐漸增強(qiáng)主調(diào)積分作用
積分作用逐漸增強(qiáng)，能在較短時(shí)間(10分鐘左右)內(nèi)消靜差即可。
積分作用不能放得很強(qiáng)，切記！主調(diào)積分作用太強(qiáng)不僅沒有好處，還會(huì)帶來危害。因?yàn)樵诒徽{(diào)量開始強(qiáng)勢回調(diào)的時(shí)候，需要調(diào)節(jié)器的輸出也要快速回調(diào)，這樣才能使得被調(diào)量不會(huì)大幅度超調(diào)，而這時(shí)候如果積分作用很強(qiáng)，積分作用會(huì)使得調(diào)節(jié)器的輸出不僅不回調(diào)，而且還可能按照原來的趨勢繼續(xù)調(diào)節(jié)，一直等到被調(diào)量和設(shè)定值接近相等的時(shí)候，才開始回調(diào)，此時(shí)為時(shí)已晚，必然造成大幅度的超調(diào)。要記?。褐髡{(diào)積分的目的是為了消除靜差的。只要系統(tǒng)沒有靜差，積分作用就不必要增強(qiáng)。
2.6 不使用微分作用
微分作用可以超前調(diào)節(jié)，但水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)不使用微分。因?yàn)樗弧⒘髁啃盘?hào)大多存在著微小的波動(dòng)，微分作用會(huì)將這些波動(dòng)放大，造成干擾。
2.7 主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘。減弱主調(diào)作用，逐漸增強(qiáng)副調(diào)作用
主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘的積，固定一個(gè)數(shù)，大約增強(qiáng)副調(diào)多大幅度，就減弱主調(diào)多大幅度，乘積基本保持不變。在修改主、副調(diào)參數(shù)的時(shí)候應(yīng)該先減弱一個(gè)，再增強(qiáng)另一個(gè)，以免系統(tǒng)引起震蕩。
2.8 副調(diào)比例作用增強(qiáng)到足夠抑制給水流量的擾動(dòng)為止
2.9 在負(fù)荷大幅度改變時(shí)，觀察副調(diào)的曲線，防止震蕩的發(fā)生
這個(gè)階段容易被忽視，但是非常重要！負(fù)荷大幅度波動(dòng)時(shí)候，流量最容易引起震蕩，此時(shí)減弱副調(diào)的比例作用，直到不發(fā)生震蕩為止，然后為了安全，再次稍微減弱副調(diào)作用。
在調(diào)節(jié)副調(diào)的同時(shí)，還需要注意改變主調(diào)的比例作用。
2.10 注意修改主調(diào)的積分作用
在反復(fù)整定主調(diào)、副調(diào)比例參數(shù)之后，要記得積分作用也需要修改。如果副調(diào)的比例作用減弱，那么積分作用也要相應(yīng)減弱，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器的輸出是比例和積分相權(quán)衡的結(jié)果。
至此水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本調(diào)試結(jié)束。為了防止副調(diào)震蕩，還可以對(duì)副調(diào)的反饋系數(shù)和前饋系數(shù)進(jìn)行修改，基本同減弱副調(diào)比例帶的作用相當(dāng)。切記在修改系數(shù)時(shí)一定要把該系統(tǒng)切換為手動(dòng)運(yùn)行方式，否則可能對(duì)調(diào)節(jié)器造成較大干擾，甚至危害鍋爐安全運(yùn)行。
作者：白志剛
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