基于Matlab的DEH控制系統的仿真

張文娜 任鴻秋 田慕琴

（太原理工大學電氣與動力工程學院，太原 030024）

1 引言

汽輪機是火電廠中的重要設備之一，在高溫高壓蒸汽的作用下高速旋轉，完成熱能到機械能的轉換，并驅動發電機轉動將機械能轉換為電能。在這些能量的轉換過程中，為了保證電能質量，維持電網頻率，要求它轉速穩定在額定轉速附近很小的范圍內，這就對汽輪機的控制提出了更高的要求。隨著科學技術的迅猛發展，汽輪機控制技術也發生了日新月異的變化，大型單元機組大都采用數字電液控制系統（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）實施控制[1]。

DEH控制系統的性能優劣直接影響著機組和電網的安全性、經濟性以及供電品質，且主要是通過系統動態過程來反映的，但在實際生產過程中不易精確獲取動態過程。基于此背景，本文利用Matlab軟件建模仿真，InTouch工控軟件繪制操作界面，開發了汽輪機數字電液控制系統的仿真試驗機，它可以進行系統干擾性試驗；重現系統故障，以便分析判斷故障產生的原因；訓練系統操作人員，以提高電廠運行人員的操作水平。

2 DEH控制系統的建模仿真

2.1 DEH控制系統簡介

DEH控制系統由兩大部分組成，即液壓控制系統和電控系統。液控系統是調節系統的動力單元，用來驅動閥門，使閥門的開度按照指令改變；電控部分用來實現各種控制功能，如轉速控制、功率控制、手/自動切換、汽輪機保護等，并最終形成各個閥門閥位指令[3]。

2.2 系統數學模型的建立及仿真

本文重點研究DEH控制系統中的轉速控制，其轉速調節回路的簡化框圖如圖1所示。

圖1 轉速調節回路簡化框圖

將轉速變送器測得機組實際轉速n和設定轉速n*同時送入計算機，經過比較運算后得到偏差信號，偏差信號經比例、積分作用后，輸給調節閥開度回路一個閥位偏差信號v*，該信號經伺服放大器放大，送電液伺服閥轉換成高壓油壓信號，控制高壓主汽閥油動機的位移，調節主汽閥的開度，改變蒸汽量，繼而控制機組轉速消除機組實際轉速和給定轉速的偏差。

通過建立DEH系統的運動方程，導出傳遞函數即系統的數學模型。調節系統各環節動態特性的數學模型如表1所示[4]。

表1 調節系統各環節動態特性的數學模型

根據上述的各個環節的數學模型，利用 Matlab（Simulink）進行建模動態仿真。汽輪機升速的仿真結果如圖2所示。

圖2 汽輪機升速的仿真結果

同理，可以仿真DEH控制系統中其他工況下的系統動態過程。

3 繪制操作界面

為了給操作人員提供可視化的操作界面，豐富的畫面調用功能，且可實現汽輪機時間順序記錄顯示、報警顯示以及歷史運行曲線顯示等功能，操作人員通過這些顯示界面可以隨時了解現場汽輪機的運行狀況。這些畫面是使用InTouch 9.5軟件來繪制的。

3.1 InTouch簡介

InTouch是美國Wonderware公司推出的基于Windows平臺的過程可視化組態軟件，具有強大的圖形開發、動畫設計以及監控功能。

3.2 繪制界面的步驟

（1）了解系統的要求，熟悉控制對象，初步設計出顯示畫面，列出控制過程中的所有控制變量。

（2）定義標記名。

（3）繪制畫面。

（4）定義動態鏈接。

（5）編制邏輯正本。

3.3 模塊與畫面的通信

InTouch和Matlab都具有標準的DDE接口，通過該接口，可以方便的實現兩者間的數據交換。兩者既可以做客戶端，又可以做服務器。但因為InTouch提供的腳本程序中函數較少，函數應用功能遠不如Matlab的強大，且提供的DDE接口函數也沒有Matlab應用方便。因此，采用Matlab做客戶端，InTouch做服務器，編程實現InTouch和Matlab間的通信[5]。

4 結論

采用本文介紹的方法開發的 DEH控制系統仿真試驗機可以在不影響生產的情況下對 DEH控制系統進行仿真，避免了系統參數調整的盲目性，使用 InTouch繪制界面，使得觀察系統動態過程更加方便直觀，且可起到優化系統設計、評價系統性能、重現系統故障、訓練系統運行操作人員、為管理和技術決策提供依據等作用。

[1] 愛琴,郝秀芳.數字電液調節與旁路控制系統[M].北京:中國電力出版社,2006.

[2] 飛思科技產品研發中心.Matlab 7輔助控制系統設計與仿真[M].北京:電子工業出版社,2005.

[3] 張學軍，將愛琴，郝秀芳.基于BLINK的DEH控制系統仿真[J].微計算機應用, 2007, 28(6).

[4] 時獻江,王渝,邵俊鵬,李永海.工業汽輪機調節系統動態特性的數學模型及仿真[J].汽輪機技術,2005,47(2).

[5] 肖民，惠磊Matlab與InTouch間直接通訊的實現[J].江蘇大學學報(自然科學版).2009,30(1).

[6] 馮偉,高偉.基于Matlab的DEH系統仿真[J].華中科技大學學報,2001,29(5).