8號機組上位機PROFI過程控制優化工作及邏輯修改

摘 要：文章介紹了華能楊柳青電廠四期8號機組DCS系統PROFI過程控制程序優化工作和相關的邏輯修改，對機組協調控制邏輯存在的主要問題進行了詳細的分析，并針對原設計邏輯存在的缺陷，提出了解決的方法。添加了一級過熱汽溫、二級過熱汽溫、再熱汽溫以及燃燒器擺角及噴水的控制邏輯的設計，并針對相關控制回路進行了優化和調試。

關鍵詞：PROFI；EDPF-NT；DCS；邏輯優化

引言

為了進一步提高楊柳青電廠8號機組的調峰能力和電力輸出效率，我廠決定在8號機組小修期間會同西門子公司和國電智深公司相關工作人員完成8號機組上位機PROFI過程控制程序優化工作和相關的邏輯修改工作。

1 上位機DCS系統介紹

8號機組上位機采用了國電智深公司生產的EDPF-NT分散式控制系統。本廠協調和閉環控制系統共由#5、#6、#7三個控制器組成。其中#5DPU負責機組協調、燃料控制，#7DPU負責給水控制、溫度控制。

EDPF-NT分散控制系統在網絡通訊的基礎上，將基本單元歸納為面向功能和對象的“工作站”，采用了安全高效的分布式動態實時數據庫，該數據庫用于管理分布在各“工作站”上的系統運行所需的全部數據。根據各“工作站”功能和權限不同，可以將其劃分為：工程師站（ENG）、操作員站（OPR）、過程控制站（DPU）、歷史數據記錄站（HSR）、計算站（CAC）、制表站（LOG）、接口工作站（GATEWAY）。其中，工程師站負責規劃系統規模，并且完成建域、建站，生成系統數據庫和上位機監視圖形、生成相關控制算法和報警、報表等一系列控制系統的組態和系統維護工作。同時，工程師站也能對其他控制站進行相應應用軟件的下載和上裝。本次8號機組上位機邏輯修改的主要工作就是在工程師站上進行的。

2 過程控制優化PROFI系統介紹

本次#8機組新增加的PROFI[1]過程控制優化系統軟件是西門子公司特別針對電廠控制系統推出的一套完整的PROFI控制優化解決方案。PROFI模塊在機組控制方面采用了機爐協調控制的策略。將“控制通道[2]”作為機組協調控制的“支柱”。控制通道的具體位置處于操作界面的最頂層區域，在該區域中操作員對目標值進行設定，對機組幾種主要運行方式進行切換干預，如啟動方式的切換和定/滑壓方式的切換等。

控制通道采用與邏輯控制回路相“疊加”的思想，將PROFI模塊產生的校正信號直接疊加到原控制系統的指令中。這種思想的優點為即使PROFI模件因硬件故障或其他原因導致停運，原有控制系統的設定值回路并不會造成影響，只是將故障的PROFI控制的校正信號切除。

PROFI是基于模塊化的設計[3]，根據具體功能的不同劃分為：新機組協調模塊，凝結水節流模塊，帶預測的負荷裕度模塊和自學習的溫度控制模塊。各功能模塊既可以獨立使用，也可以相互搭配使用，可以根據實際情況選用相應的功能模塊。通過功能模塊的靈活搭配，以及其良好的可控性，可以大大減少運行人員的手動干預，提高調節的品質。

3 PROFI系統邏輯修改方案

經過對本廠8號機組的實際分析，對該機組參與調頻情況和電網調度對于負荷變化率的要求，綜合考慮經濟效益情況，決定采用采用PROFI中的機組新協調模塊和溫度控制模塊共兩個模塊，其中溫度控制主要包括再熱器溫度、過熱器溫度和燃燒器擺角控制[4]。

新機組協調模塊：相當于經典的CCS，即協調控制系統，但它采用的是以現代控制理論（預估測理論、魯棒理論、模糊控制理論、神經網絡理論、非線性控制理論等）為核心的全新思路的協調控制模塊，充分利用機組的蓄能，在快速響應負荷需求的基礎上盡可能的保持鍋爐燃燒穩定。

溫度控制模塊：相當于經典的過熱器和再熱器溫度控制系統，該系統將狀態控制器和自學習等高級控制算法有效結合，使機組在變負荷時也能快速穩定的將溫度控制在設定點，消除了電廠普遍存在的超溫現象。

4 PROFI優化控制系統邏輯修改具體實施

4.1 基礎材料收集

基礎材料收集主要包括電廠控制系統PI&D圖，I/O清單，閉環控制系統原理圖，涉及機組協調控制和溫度控制變化的各主要參數，如機組負荷指令、鍋爐主控輸出、汽機主控輸出、主、再熱蒸汽溫度測量值等。其中需要確定PROFI優化控制系統與原DCS系統自動控制回路的接口和信號名稱。統計后確定模擬量輸出信號86點，開關量輸出信號20點，模擬量輸入點14點，開關量輸入點7點。

4.2 DCS相關子回路優化

（1）汽包水位控制回路采用了標準的串級三沖量控制思想，但由于原設計沒有考慮主汽壓力變化對汽包水位控制的影響，沒有考慮汽包壓力的變化除了會引起虛假水位的變化外，還直接影響了給水泵的上水能力，導致在滑壓變負荷時或者蒸汽壓力變化時，汽包水位波動很大。轉化為主氣流量的減溫水流量中不應該包含再熱噴水流量，而且副調入口的給水流量信號沒有濾波，導致小機轉速在汽包水位穩定的情況下一直波動。減弱了減溫水流量對汽包水位控制的影響，并對參與控制的給水流量增加了5秒的濾波處理，增加了汽包壓力微分信號用于消除虛假水位和對鍋爐上水能力的影響。

（2）DCS協調送風指令由鍋爐總給煤量（指令）得到，煤質不同時，同樣負荷下總給煤量（指令）不同，要求的總風量指令不同，超出氧量校正范圍后，機組經常處于“富氧”狀態。（排除風量測量不準的因素），總風量大，增大了排煙損失。PROFI中增加煤質熱值修正信號，自動根據燃煤發熱量來修正給煤指令，保證鍋爐指令和鍋爐負荷的對應，也保證了鍋爐負荷與鍋爐風量指令的對應。同時對鍋爐風量測量和氧量測量準確性進行了驗證，并對磨煤機一次風風量系數進行了相關修正。

（3）無擾切換回路。采用了無擾切換回路用以避免PROFI故障時和投退時對原控制系統的影響，保證了系統的平穩過度和無擾切換。

（4）針對 PROFI機組新協調控制和主汽溫度、再熱器溫度的相關控制回路進行了優化：在相應的LADDER塊和LOOP塊中添加了機組協調控制、一級過熱汽溫，二級過熱汽溫、再熱汽溫、燃燒器擺角及噴水的控制邏輯的設計。鍋爐汽機主控部分Loop的邏輯修改包括Loop/5/23、Loop/5/97、Loop/5/22、Loop/5/24。再熱汽溫燃燒器擺角邏輯的修改位于Ladder/7/202。邏輯修改要在DOS系統下進行。邏輯修改前應對工程師站原系統程序進行備份操作。

4 結束語

此次邏輯優化工作分別添加了一級過熱汽溫，二級過熱汽溫和再熱汽溫燃燒器擺角及噴水的控制邏輯的設計，并針對相關優化回路進行了調試。預計該系統的添加能夠明顯提高機組快速、準確響應負荷的能力，并且使機組在穩態和動態的調節品質得到顯著的改善。通過PROFI控制系統的優化使得給煤機、過熱器、再熱器等設備的動作更加平滑和穩定，最大限度延長設備壽命，同時減少機組由于調節系統故障導致的意外停機，提高機組的可靠性和經濟效益。

參考文獻

[1]魏向國.優化控制系統PROFI在600MW火電機組中的應用[D].華北電力大學，2012.

[2]龐長清，肖軍政，王琥，等.330MW機組協調控制系統實施PROFI優化分析[J].內蒙古電力技術，2009，（27）：95-96，99.

[3]張艷亮.優化控制系統PROFI在國華定州電廠中的應用[D].華北電力大學，2007.

[4]魏向國，倪敏，馬永光.優化控制系統PROFI在定州電廠中的應用[J].熱力發電，2010，39（4）：71-75.

作者簡介：趙娜（1987-），女，漢，天津人，碩士，工程師，天津華能楊柳青熱電有限責任公司檢修部鍋爐控制一班檢修工，研究方向：熱控自動化。