熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決方法

黨立業(yè)　郭景晨（內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯　010300）

熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決方法

黨立業(yè)郭景晨
（內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

火力發(fā)電廠機(jī)組在正常運(yùn)行中有大量的熱工參數(shù)需要調(diào)節(jié)與控制。從生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)效益考慮，這些參數(shù)需要控制在合適的范圍內(nèi)。熱工自動控制的任務(wù)就是自動地維持生產(chǎn)過程在規(guī)定的工況下，即自動地維持各被調(diào)量為設(shè)定參數(shù)值或按一定規(guī)律變化。基于此，本文探討了熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決方法。

熱工自動控制積分飽和現(xiàn)象自動調(diào)節(jié)影響

隨著分散控制系統(tǒng)DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在火電廠日益廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)不再局限傳統(tǒng)儀表通常采用的比例、比例-積分、比例-積分-微分3種調(diào)節(jié)規(guī)律，而是可以根據(jù)實(shí)際被調(diào)對象的具體特點(diǎn)由各種常用運(yùn)算組合調(diào)節(jié)規(guī)律，但是這3種運(yùn)算仍然是最主要最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。下面就相關(guān)具體情況加以探討。

1　熱工自動控制中的積分飽和現(xiàn)象

1.1熱工自動控制中自動調(diào)節(jié)的基本原理

隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，自動控制的理念在熱工中的應(yīng)用越來越廣泛。而自動調(diào)節(jié)作為熱工自動控制系統(tǒng)的樞紐，具有不可替代的重要作用。自動控制系統(tǒng)通過利用控制器對內(nèi)部機(jī)器和裝置進(jìn)行自動控制，在減少熱工運(yùn)營成本的同時(shí)，亦可避免因從業(yè)人員操作失誤所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，而且可以最大限度的提高自動控制系統(tǒng)的資源利用效率。

熱工的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由基本的比例調(diào)節(jié)作用和用以輔助的積分及微分作用組成，比例調(diào)節(jié)作用可以看作是熱工自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的脊梁，用以貫徹整個(gè)自動調(diào)節(jié)過程，起到穩(wěn)定自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的作用，從而避免自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在使用過程中崩壞。微分和積分作用均起到消除靜態(tài)偏差的作用，區(qū)別在于，微分作用體現(xiàn)在自動調(diào)節(jié)過程的初期，積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。

1.2積分飽和的產(chǎn)生

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是接受調(diào)節(jié)器的控制信號進(jìn)而調(diào)節(jié)被調(diào)量的工具，正常情況下，PID參數(shù)的調(diào)節(jié)器輸出在5%-95%范圍內(nèi)就可以滿足調(diào)節(jié)的需求，然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)PID參數(shù)的調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到100%的情況，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)向指令無法滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)向關(guān)閥門或擋板方向動作的需求，進(jìn)而破壞積分調(diào)節(jié)作用的穩(wěn)定性，致使積分作用在短暫時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)靜態(tài)偏差無法正常消除的現(xiàn)象，這段時(shí)間的調(diào)節(jié)過程被稱為積分飽和

2　熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決辦法

2.1積分飽和對調(diào)節(jié)的影響

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)未能及時(shí)回關(guān)、開啟，會致使積分調(diào)節(jié)作用出現(xiàn)時(shí)間的延遲，這對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能會有致命的影響。在不同的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中會出現(xiàn)不同程度的危害。如果給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的閥門未能及時(shí)關(guān)閉，在值班人員未能做出及時(shí)的補(bǔ)救措施的情況下，可能會使汽包水位上升到比較危險(xiǎn)的高度；如果發(fā)生在協(xié)調(diào)系統(tǒng)的汽機(jī)主控對調(diào)門開度控制中，機(jī)組負(fù)荷將有可能超過規(guī)定值，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)危機(jī)整個(gè)機(jī)組，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；同樣，積分飽和如果發(fā)生在引風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在送風(fēng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)未能及時(shí)做出相應(yīng)反應(yīng)的情況下，可能會導(dǎo)致機(jī)組爐膛負(fù)面大幅度增大的現(xiàn)象發(fā)生。

2.2降低積分飽和對自動調(diào)節(jié)影響的幾種方法

進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展大幅增長的帶動下，我國的工業(yè)領(lǐng)域也進(jìn)入了發(fā)展的快車道，工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、工藝施工技術(shù)也都得到了明顯的優(yōu)化。盡管如此，由于企業(yè)職工技術(shù)能力低下而帶來的一系列問題為企業(yè)的發(fā)展造成了阻礙。而DCS模糊控制技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用則有效的促進(jìn)了這一問題的解決。

2.2.1常見的幾種解決方法

最直接的方法是依靠運(yùn)行值班員監(jiān)視系統(tǒng)來注意積分飽和情況的發(fā)生并及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施。這種方法不僅簡單有效，應(yīng)用的范圍也較廣泛；在積分飽和情況發(fā)生后，亦可及時(shí)切除系統(tǒng)自動，避免危害的發(fā)生和不必要的經(jīng)濟(jì)損失；除此之外，還可以加大研究力度，完善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制邏輯，從根本上避免積分飽和的現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.2針對單回路調(diào)節(jié)的解決辦法

單回路調(diào)節(jié)的控制相對簡單，不易出現(xiàn)積分飽和的現(xiàn)象，而一旦發(fā)生積分飽和，其解決方法也比較簡單，只要對PID功能模塊的輸出進(jìn)行一定程度上的限制，就能夠快速有效的解決相應(yīng)的負(fù)面影響。限制PID功能模塊的輸出，只能進(jìn)行簡單的調(diào)節(jié)控制，不能起到真正解決問題的作用。因此，限制PID功能模塊輸出的方法，并不能解決串級調(diào)節(jié)中積分飽和所帶來的影響與危害，只有對串級調(diào)節(jié)中積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生有所了解，才能找到較好的解決辦法。

2.2.3針對串級調(diào)節(jié)的解決方法

以過熱蒸汽問題調(diào)節(jié)舉例，除了減溫水量擾動以外，引起過熱蒸汽溫度變化的擾動因素還有很多，如蒸汽流量、過剩空氣系數(shù)、火焰中心位置、煤種的改變、燃燒工況、煙氣溫度和流速、爐膛受熱面結(jié)焦和過熱器積灰的變化等，都會使過熱蒸汽溫度發(fā)生變化而不容易控制。

在串級雙沖量過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中有2個(gè)閉合回路：由對象超前區(qū)、超前信號（減溫器后蒸汽溫度）熱電偶、副調(diào)節(jié)器（比例-積分）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥門組成的內(nèi)回路（或稱副回路）；由對象惰性區(qū)、主信號（過熱汽溫度）熱電偶、主調(diào)節(jié)器（比例-積分-微分）和副回路組成的外回路（或稱主回路）。

采用噴水減溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度時(shí)，汽溫調(diào)節(jié)對象的滯后時(shí)間和時(shí)間常數(shù)較大。對于減溫水流量的變化，超前汽溫的反應(yīng)要比主蒸汽溫度的反應(yīng)快得多，因此在減溫水自發(fā)擾動后，副調(diào)節(jié)器在主蒸汽溫度還沒有明顯變化時(shí)，及時(shí)動作則可以消除它的影響而使主蒸汽溫度很少變化。

3　結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，在DCS中對熱工自動控制策略進(jìn)行修改和完善，完成在常規(guī)儀表控制系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制已不再是件困難的事。本文闡述的積分飽和在熱工自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)生、影響及解決措施只是其中一種小小嘗試。

［1］徐博，董冠亮，賈冬菊.熱工自動控制中積分飽和現(xiàn)象對自動調(diào)節(jié)過程的影響及其解決方法［J］.吉林電力，2013，12（06）:45-46.

［2］李楊春，林東亮，張鵬.自抗擾控制技術(shù)在大型火電機(jī)組控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.華北電力大學(xué)（北京），2013，4（19）:47-50.

［3］何敏，溫占波，吳彬彬.自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用［J］.煉油化工自動化，2012，23（05）:86-88.