Woodward控制器在熱電廠的應用

陸志榮

摘 要：以如東協鑫環保熱電有限公司為例，闡述了505、505E、2301E三種Woodward控制器在小型熱電機組中的控制應用策略，并對其進行了綜合比較。

關鍵詞：Woodward控制器；控制策略；控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.165

隨著電力技術的發展，對汽輪發電機組來說，對電廠發電煤耗、供熱煤耗、供熱參數、供電品質等方面的要求越來越高，而各種汽輪機數字電液控制器（DEH）在組態上更加靈活方便，各種控制應用策略滿足了汽輪機控制系統要求，動態響應更快、控制精度更高、自動化操作更方便，提供了較完善的用戶需求。美國Woodward公司是數字電液控制器（DEH）生產佼佼者之一，主流產品有：Woodward505，Woodward505E，Woodward505C，Peak150，2301系列控制器等。如東協鑫選擇了其中3款主流控制產品：Woodward505、Woodward505E、2301E，分別應用于1號背壓式機組、2號抽凝式汽輪機組、4號汽動給水泵驅動，其控制使用方式在我集團，甚至在全國小熱電廠都具有一定代表性。

1 三種控制策略

（1）505E控制系統。505E是以32位微處理器為核心的控制系統，2004年建廠即成功應用于公司1號15MW抽凝式發電機組和2號15MW抽凝式發電機組，505E有3個獨立的控制器回路：①轉速/負荷PID控制回路、②輔助串接PID控制回路、③抽汽PID控制回路，可以同時驅動2個獨立的執行單元回路，即俗稱高調HP和低調LP，分別控制汽輪機轉速/發電功率和汽輪機一段抽汽2個控制回路。抽汽壓力控制在0.98～1.27 MPa，供給外網熱用戶。

（2）505控制系統。505同樣是以32位微處理器為核心的控制系統，它用來控制純抽汽式或背壓式汽輪機的轉速和負荷。2016年11月，如東協鑫1號15MW抽凝機組改背壓式機組中，就是將505E控制系統置換為505控制系統，功能相對完善，漢化后中文界面友好，運行效果比較好。505控制器內有2個相互獨立的控制器通道：轉速控制PID回路和竄級控制PID回路，分別對應機組的轉速/負荷PID控制回路和排汽壓力PID控制回路，在實際生產應用中，我公司僅選擇轉速/負荷PID控制回路。Woodward 505（E）控制系統的轉速控制采用PID調節，在正常工況下，實際轉速和轉速設定值是相等的，當外界發生擾動使轉速發生變化時，實際轉速與轉速設定值之間就會產生一個偏差，經過此控制系統比較放大和PID運算后，得到的指令控制信號會直接驅動汽輪機的高調門。竄級控制PID回路控制可配置用于控制與汽輪機轉速或負荷相關或受其影響的任何系統過程。通常，將該控制器配置用作汽輪機排汽壓力控制器。排汽壓力串級控制是一種與轉速PID串級的PID控制器。串級PID將一個4-20mA的過程信號與排汽壓力設定值進行比較，以直接控制轉速設定值，從而改變汽輪機轉速或負荷，直到該過程信號與設定排汽壓力值匹配。通過以這種方式串級兩個PID，可在兩個控制參數之間執行無擾切換。啟用時，串級PID能夠以最高為“最大轉速設定值速率”設置（預設在“串級控制”標題下）的可變速率變動轉速設定值，由于“串級”是一種二次轉速設定功能，轉速 PID 必須控制著 505 的 LSS 總線，才能讓“串級”起控制作用。

（3）2301E控制系統。2301E控制器是伍德沃德新一代數字調速器，完全取代老式的2301A和2301D調速器，有動態控制速度功能，兼容絕大多數的負荷分配速度控制系統，用來遠程控制驅動泵或壓縮機，提供恒定的負荷，又稱小蒸汽輪機數字負荷分配和速度控制器。2016年11月，我公司1號15MW抽凝機組改背壓式機組改造中，成功將其應用于公司1號汽動給水泵的控制。公司的控制策略就是轉速PID控制調節，調節汽動給水泵的轉速，在正常工況下，實際轉速和轉速設定值是相等的，當外界發生擾動而使給水泵轉速發生變化時，就會與轉速設定值之間有一個偏差值，經過2301E控制系統放大和PID運算后，輸出的指令信號，再經過一個“低選器”低選保護輸出，直接控制汽動給水泵進汽閥門的執行機構，從而推動汽動給水泵，具有快速響應、可靠性高的特點。

2 種控制系統的綜合比較

（1）在適用范圍方面。505控制器是用來控制單個或雙執行機構的汽輪機，因此只能控制進汽或排汽（抽汽），不能夠同時控制進汽與排汽（抽汽），功能單一，結構簡單，一般用于控制汽輪機的轉速或負荷，僅適用于純凝式機組或背壓式汽輪機組。505E控制器可以同時驅動單個或雙個獨立的執行機構，有特殊的比例放大限制邏輯和牽連解耦算法，可以同時控制功率和抽汽2個相互影響的參數，因此，505E適用于抽汽式汽輪機組。2301E控制器提供小蒸汽輪機數字負荷分配和速度控制，用于企業的柴油機、蒸汽驅動的各類拖動設備或發電機組，廣泛應用在各種原動機的速度/負荷控制中。Woodward控制器模塊化的程度高，功能比較全面。均采用設置參數的方式，即根據生產廠家提供的參數進行調試，投運后進行系統正常維護，容易掌握和使用，操作性強，能夠實現各種用戶所需的特殊功能。

（2）在硬件方面。505、505E和2301E的核心處理器都是32位微處理器，輸入輸出通道數量有限，不能拓展，而且一部分通道已經固定其功能，另外一部分通道則可以根據用戶要求進行組態。

（3）在軟件方面。505和505E控制器的程序相對固化，只能采用菜單式填表組態，即通過控制器面板輸入參數值，或者用“YES/NO”來進行程序組態，雖然其漢化版組態更方便，但不具有拓展功能。加載軟件的2301E控制器，軟件程序也相對固化，也通過采用填表式組態。

（4）在運行模式方面。505、505E和2301E控制系統均有兩種操作方式：編程模式和運行模式。編程模式用于選擇控制器內部配置及運行方式的設置；運行模式則根據設定的程序實現控制。

（5）在通信方面。505和505E控制器具有串行232或422通訊接口，可以采用工業化標準的ModBus通訊協議，與DCS系統和工業控制計算機進行相互通訊，并可以實現遠程控制。2301E控制器，需要在PC電腦安裝Woodward的Watch Window 或 ToolKit 專用應用軟件，通過Modbus RTU協議RS-232或RS-422通信進行配置不同的應用，軟件實現系統的參數組態和監控（動態調整），可以實現這些組態和動態設定的設置、變更、調整和儲存。

（6）在人機界面（HMI）方面。3種控制器都可以在控制器面板上操作，操作人員需要有基本的專業技能，也可以通過硬接線的方式與DCS連接，實現遠程控制。我公司的505、505E、2301E控制器都通過硬接線的方式與和利時DCS系統連接，進行了圖形畫面組態和數據庫通訊，實現了汽輪機的大部分遠程控制功能，人機界面友好。

3 結束語

從上述的實際應用和比較中，可以看出：WOODWARD公司的主流控制器：505、505E 、2301E，基本滿足了我公司小型汽輪機組的自動控制的要求。而且，這3種控制器，具有動態響應快、控制精度高、自動化操作方便，性能穩定，功能有所迥異，價格也在不同層次，用戶可以根據工程中的實際應用需求選擇不同的產品，以達到性價比格的最優化配置。