基于PLC技術的機組協調控制系統優化

姚儀遵

（桂林電子科技大學 廣西桂林 536000）

機爐協調控制系統是熱電廠機組運轉的中樞系統，在熱電廠的運作過程中發揮著重要的作用。當前隨著國內電力需求的變化，熱電廠的機組機爐協調控制系統也需要進行整體的運作優化，才能夠日益增長的電力需求。本文基于筆者的實際工作調查，對某熱電廠的實際機組機爐協調控制系統進行優化，幫助系統進一步滿足機組啟動和停止時的滑壓運行和定壓運行的需求。

一、案例分析

某熱電廠隸屬某油田電力集團，該集團下轄若干油田電力廠、熱電廠、燃機電廠、設計院等企業，該集團年供電能力100億kW·h，年發電能力30億千瓦時，年供電能力1800萬GJ，是當地的龍頭企業。某熱電廠隸屬該集團四座發電場之一，負責周邊區域居民的熱電需求，總裝機容量150MW，供熱能力達1100萬GJ。某熱電廠150MW機組機組機爐協調控制系統，是該熱電廠整體運行的關鍵，能夠確保在準確滿足負荷的前提下提高機組機爐的穩定性，但該機組機爐協調控制系統的適用情況是滿負荷穩定工況。如果相關工況發生了變化，機爐協調系統就無法做到快速滿足需求。該問題已經為某熱電廠的機組運行帶來了一定的經濟問題。基于某熱電廠的實際需求，筆者計劃從兩個方面來對已有系統進行設計。

（一）送風量測量方面

在送風量測量方面，筆者計劃利用網格法提高氣體流量測量的準確性。傳統的氣體流量測量方法往往需要光滑的內壁和較長的直管段才能最大程度地提高其準確性，這在電廠鍋爐的風煙道中無法做到。因此，傳統氣體流量測量的結果有著一定程度的誤差。而網格法能夠很好地減小這類誤差。網格法顧名思義就是在堤岸廠鍋爐的風煙道內設置多個測量點，進而得到風煙道內的氣體平均流速，基于次數據來對氣體流量測量結果加以修正。當前利用網格法的相關技術有防堵陣列式風量測量技術，能夠很好地實現上述構想，在防粉塵阻塞的同時提高測量準確度。同時，應用于該技術的測量裝置能夠對自身的灰塵情況進行快速清除，最大程度減小因壓損而出現的誤差。筆者依據該熱電廠的實際經濟情況，計劃采用防堵陣列式風量測量技術來對現有的測量結果加以優化；同時加裝配套的硬件和軟件設施，對該裝置進行智能化設置，進而滿足某熱電廠的實際需求。[1]

（二）熱值方面

傳統的協調控制策略針對煤質的不同沒有進行有效的區別，進而對熱值沒有進行精準性的測量，降低了系統的適用性。針對不同的煤質來對現有的煤種進行智能化處理，其原理在于通過鍋爐主控指令，來對給煤量反饋信號進行智能化的識別，進而對后續的鍋爐出力進行選擇。如果鍋爐主控指令檢測到實際的蒸發量比設計蒸發量小，說明鍋爐內的實際煤種其發熱量低于設計煤種；如果鍋爐主控指令檢測到實際的蒸發量比設計蒸發量大，說明鍋爐內的實際煤種其發熱量高于設計煤種。筆者針對實際結果來建立相關的模型，進而得出相應熱值校正模型，對測量結果加以修正。

（三）窄間隙氣機控制

窄間隙氣機控制技術顧名思義，是指在窄間隙環境下所使用的一種特殊控制技術。當前，很多行業領域的控制環境相對狹窄，傳統的控制技術在其中施展不開。而運用窄間隙氣機控制接技術就能夠很好地解決上述問題。窄間隙氣機控制技術的具體步驟如下：首先是控制前的準備，控制前需要將被焊工件進行相應的坡口加工，同時確保坡口符合整體窄間隙的應用范圍；然后是在控制過程中把母材和熱絲電源的負極相連，把送絲管和氣機與正極相連并加熱；這時氣機會出現相應的融化現象，利用融化的氣機將母材進行部分熔化，最后完成控制。需要注意的是，在控制過程中母材的融化是通過激光光束進行，因此需要對熔池和焊縫進行惰性氣體防護工作，確保窄間隙氣機控制技術的順利進行。[2]

1.窄間隙氣機控制技術優勢

通過對上述窄間隙氣機控制技術的過程研究，我們可以看出窄間隙氣機控制技術具有如下優點：

第一是窄間隙氣機控制技術能夠有效減少傳統熱絲焊過程中的浪費情況，一方面基于控制材料設計了相應的窄間隙坡口，能夠根據材料的填充自由進行尺寸設計，另一方面此類設備還配備專門的送絲機構，在提高控制效率的同時能夠有效地降低控制過程中的變形風險；第二是窄間隙氣機控制技術采用了非激光加熱的方式，而是采取電阻加熱的模式，相對傳統的激光加熱能夠明顯提高整體控制工作的效率；第三是窄間隙氣機控制技術中的激光應用能量密度較大，能夠快速完成控制，從而減小實際的影響區域，提升整體控制過程的質量；第四是窄間隙氣機控制技術能夠針對不同情況來調整不同成分的氣機，進而提升整體的控制質量；第五是窄間隙氣機控制技術能夠有效地降低控制過程的精度要求。因為傳統激光熱熔焊作用的工件和裝配間隙較大，而激光整體的作用范圍較小，所以很容易出現激光能量溢出的情況，對于操作者有著一定程度的精度要求。而窄間隙氣機控制技術在控制過程中能夠加入相應的氣機，有效地減小激光能量的使用頻率，進而降低了相應的精度要求；第六是窄間隙氣機控制技術整體采用的激光器高達千瓦級，就算是厚板也能夠進行作業，同時不需要擴大焊縫的熔深就能夠直接進行控制，對于我國激光控制技術的進一步推廣有著積極意義。

2.窄間隙氣機控制技術缺點

窄間隙氣機控制技術在我國的應用已經初具規模，但也暴露出了不少的問題，具體可以分為如下幾個方面：

首先是窄間隙氣機控制技術的溫度控制問題。基于氣機的實際作用尺寸，窄間隙氣機控制技術采用了電阻加熱的方式對氣機進行加熱，但是對于電阻加熱的溫度控制就成為了該技術的主要問題。如果溫度過高會使氣機直接失去原有特性，而溫度較低則會導致氣機無法進行能量的合理分配，進而降低整體控制質量。

其次是坡口的側壁和層間的融合問題。窄間隙氣機控制技術的參數一旦不符合世紀控制的標準，或者是坡口的尺寸和層面清潔出現問題，就很容易導致破口的側壁和層間出現融合問題。因此，在實際控制過程中需要反復校對破口的尺寸、清潔度和相應的工藝參數，才能保證整體控制結果的質量。

再次是窄間隙氣機控制技術的控制氣孔問題。窄間隙氣機控制技術的控制氣孔只能通過改變離焦量進行減小，但如果將此類技術應用到氣機填接或者深熔焊方面，控制氣孔就很容易出現問題。

最后是窄間隙氣機控制技術的送絲送氣問題。窄間隙氣機控制技術在控制過程中需要持續進行氣機和保護氣體的送入，這就對坡口的尺寸提出了考驗。同時，坡口的尺寸還決定了層面清理的難度，如果破口尺寸較小，就很容易出現清理難度較大的情況。[3]

二、機組機爐協調控制系統優化

（一）氣機系統分析及主控邏輯優化

汽機主控是協調控制系統與數字電液控制系統的連接部分，可手動增減數字電液控制系統指令改變汽輪機負荷。為了增加機組的穩定性，筆者在汽機主控程序中新設計了主汽壓力拉回回路，依據歷史數據，推薦壓力偏差輔助調節功能塊F（X）參數，參考該參數制定F（X）功能塊曲線函數規則。即主汽壓力控制偏差超過±0.4MPa時，汽機主控在控制機組負荷的同時會協助鍋爐主控控制主汽壓力，根據壓力偏差對應修正負荷偏差的函數關系，利用汽機主控對鍋爐側進行輔助調壓。

F（X）的功能邏輯表現為：輸入主蒸汽壓力偏差信號，在慣性環節對信號進行處理，然后通過F（X）功能塊來對處理過的信號進行調節，得出負荷偏差信號，進而輸入汽機主控控制功能塊中進行調整，最后利用來數據來輔助調壓。

依據系統特性曲線及歷史數據，推薦負荷指令與汽機主控輸出參數。其中，汽機主控輸出為汽機主控程序依據負荷指令向數字電液控制系統系統發出的控制信號，控制汽機側設備。負荷指令為0MW時，汽機主控輸出為0%，負荷指令為330MW時，汽機主控輸出為100%。

基于上述測量結果，筆者認為應該在PID模塊的設定值上增加慣性環節，進入PID負荷指令信號增加慣性處理回路；同時，在3個功率實測信號的中值選擇信號處，增加慣性環節進行濾波處理，降低干擾。

（二）鍋爐系統分析及主控邏輯優化，

在鍋爐系統分析及主控邏輯優化方面，首先需要依據相關符合，在鍋爐主控針對壓力偏差的積分和比例部分給出測定的基本值。然后主蒸汽壓力偏差變化率對鍋爐主控修正，主蒸汽壓力偏差的變化率乘以一個系數加入鍋爐主控修正量，減小鍋爐的主蒸汽壓力波動，使控制系統趨于穩定。最后需要機組負荷指令對鍋爐主控輸出的前饋控制，對此作用進行加強，同時加強鍋爐變負荷過程中對鍋爐主控的動態增加量。

（三）燃料系統分析及主控邏輯優化

燃料主控接收來自鍋爐主控的輸出指令，其下游帶有偏置功能塊對六層給煤機進行控制。查詢機組常用煤種相關參數，了解實際燃燒狀況，并針對問題將燃料主控控制邏輯進行優化。新增熱值校正回路可以改善由于煤質變化帶來的對協調控制系統系統參數的不適應。新增的熱值校正回路，在協調控制系統方式下可以實時、在線、閉環、后臺運行，不需要運行人員人工干預。此外，熱值校正可以克服當前運行機組燃燒煤種的發熱量擾動對機組運行的干擾。

（四）調節方式

由于機組的直接能量平衡調節方式并不能完全補償單元機組協調控制系統的全部非線性特性，因此，在大范圍變負荷時，其自適應能力不強，主汽壓力跟蹤差。針對以上問題，筆者將原有的直接能量平衡調節方式更換為間接能量平衡控制，同時增加其他必要的調節手段如自適應參數等先進控制策略，增強機組控制系統在不同工況下、在同一工況下不同煤質狀況的適應性。[4]

三、總結

筆者依照后續的試驗情況，在對機爐協調控制系統進行優化之后，該機組的變得更加的智能化和自動化，負荷相應的速度在加快的同時減小了功率波動，大幅度降低了工作人員的操作量。本次所設計的相關方案還需要結合更多的變量進行調整，筆者在以后的工作生活中也將繼續深入此方面的研究，為我國當前的能源領域發展做出貢獻。