目前，汽包水位三沖量自動調(diào)節(jié)控制策略已經(jīng)相當成熟，但在實際鍋爐運行中會各種原因?qū)е滤蛔詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)投入困難，甚至自動不能投入。這種現(xiàn)象讓人對串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和控制策略產(chǎn)生疑問。為此昌暉數(shù)顯儀表與大家交流運用心得，對級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行定性分析，并對一些異常情況的處理辦法進行探討。
1、水位三沖量調(diào)節(jié)控制策略
汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用的三個沖量分別是汽包水位、給水流量和蒸汽流量。
汽包水位作為主調(diào)(PID調(diào)節(jié)器)的輸入信號，去抑制水位本身的偏差。副調(diào)(外給定調(diào)節(jié)器)使用了一個反饋信號(給水流量)和一個前饋信號(蒸汽流量)，以消除擾動和虛假水位。各種介紹汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的書籍中，都有對傳遞函數(shù)的計算，這些計算對系統(tǒng)設(shè)計很重要。如果用經(jīng)驗調(diào)節(jié)法對于系統(tǒng)維護，則完全可以拋開理論計算。昌暉儀表在此只對其物理意義進行定性思考和作一番揣測。
1.1 反饋信號
反饋信號指給水流量信號，也叫內(nèi)擾。
水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中被調(diào)量發(fā)生變化的時候，PID經(jīng)過運算，去控制執(zhí)行機構(gòu)進行合理的動作，執(zhí)行機構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，閥門控制介質(zhì)變化，達到控制給水流量的目的。可是給水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)特性、水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀況存在很多差異，這些差異主要有：
①執(zhí)行機構(gòu)線性：執(zhí)行機構(gòu)改變開度后，流量隨之改變的大小。
②執(zhí)行機構(gòu)死區(qū)：PID 輸出每變化多少，執(zhí)行機構(gòu)才能動作一次。
③執(zhí)行機構(gòu)空行程：執(zhí)行機構(gòu)在改變動作方向的時候，改變多少開度，給水流量才發(fā)生變化(減去死區(qū)的值)。
④執(zhí)行機構(gòu)回差：執(zhí)行機構(gòu)進行開、關(guān)兩個方向的動作的時候，流量變化不相等，這個流量變化絕對值的差叫回差。
⑤執(zhí)行機構(gòu)及閥門的特性曲線改變：閥門線性改變，閥門每變化1%，流量變化量與以往不同。
⑥水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)軟故障：偶爾發(fā)生的系統(tǒng)故障使得給水流量變化不均勻，或者時有停頓。
⑦系統(tǒng)介質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化：指因給水壓力、蒸汽壓力變化導致給水流量變化。
上述差異會對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)造成干擾，甚至上述的情況在運行過程中也在變化。介質(zhì)參數(shù)隨時發(fā)生變化，其它參數(shù)可能緩慢發(fā)生變化，大家必須關(guān)注這些變化因素。在一個中等容量的機組中，一般汽包水位對給水流量的變化非常敏感，流量變化10t/h左右，就會造成水位逐漸上升。通常執(zhí)行機構(gòu)動作1%的開度，就足以造成10t/h的流量變化。
水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主調(diào)的輸出給副調(diào)一個給水量的指令。如果給水流量信號與這個指令不一致，副調(diào)的作用使執(zhí)行機構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥開度，去讓流量信號與主調(diào)的輸出去一致；如果主調(diào)輸出沒有波動，而流量信號有波動，說明執(zhí)行機構(gòu)、閥門甚至給水壓力等因素發(fā)生變化，這些變化的因素叫做內(nèi)擾。此時若不管這些變化，將最終會影響到汽包水位，等汽包水位變化后主調(diào)再進行調(diào)節(jié)，就會因延誤而過調(diào)；副調(diào)的作用就是快速消除擾動，如果調(diào)節(jié)合理則有可能讓汽包水位不受干擾或者少受干擾。
給水流量信號的設(shè)立，一個很重要的作用就是消除內(nèi)擾。
1.2 前饋信號
前饋信號是指蒸汽流量信號。也叫外擾。
當機組負荷需求波動會引起燃燒和蒸汽流量的波動。在蒸汽流量波動的時候就應該及時對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，若等到汽包水位開始波動的時候再調(diào)節(jié)給水流量，汽包水位可能因波動速度較快而糾正較慢出現(xiàn)較大波動。為了克服外擾，所以加入蒸汽流量這個信號。假設(shè)機組負荷需要增大，蒸汽流量隨之增大，此時不等汽包水位降低，在副調(diào)里預先增大給水流量，最終使得汽包水位保持平穩(wěn)。
引入蒸汽流量信號是為了為了克服外擾和“虛假水位”。所謂“虛假水位”是指當機組負荷突然增加，鍋爐輸出蒸汽量突然增大，此時鍋爐因蒸發(fā)量增加，給水量未來得及變化，此時汽包水位應該降低；但鍋爐出汽量突然增大導致蒸汽壓力突然降低，使汽包里汽水混合物中的汽泡急劇增加，汽泡鼓動著汽包水位虛增，造成了汽包水位增高的現(xiàn)象。
鍋爐出現(xiàn)虛假水位時汽包水位增高，主調(diào)使得執(zhí)行機構(gòu)關(guān)小，加劇了水位降低的情況。但是因為前饋信號的存在，蒸汽流量一旦增大，副調(diào)的PID命令執(zhí)行機構(gòu)開大，抵消了虛假水位造成的影響。
因此副調(diào)的反饋信號和前饋信號作用非常大，也非常有必要。
1.3 三沖量控制策略圖
2、水位三沖量調(diào)節(jié)常規(guī)參數(shù)整定規(guī)律
有人對串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定比較生疏。因為串級系統(tǒng)參數(shù)較多，比較不容易分析。下面我們分步驟對參數(shù)整定方法作個探討。
2.1 設(shè)置副調(diào)流量系數(shù)
包括給水流量系數(shù)和蒸汽流量系數(shù)。這兩個系數(shù)沒有固定值。如果副調(diào)的比例作用很弱，這兩個系數(shù)甚至可以取消不用。之所以要設(shè)置流量系數(shù)，是要提醒讀者注意：在調(diào)試過程中，切不可先令副調(diào)比例作用過強！否則有可能造成系統(tǒng)震蕩，最終導致安全事故。
一般我們預設(shè)這個系數(shù)為0.3左右，蒸汽流量系數(shù)和給水流量系數(shù)應該大致相等。
2.2 設(shè)置副調(diào)的比例帶非常大，積分時間為無窮大
比例作用的大小因系統(tǒng)而異。原則上應該先把副調(diào)作用放很小，以防止系統(tǒng)或者副調(diào)震蕩。
2.3 設(shè)置主調(diào)的積分時間為零，比例作用比較弱
之所以沒有給出比例作用的具體數(shù)值，是因為根據(jù)不同的系統(tǒng)、不同的DCS系統(tǒng)、不同的程序或PID調(diào)節(jié)器，這個值差異很大。一般來說，副調(diào)的比例帶可以先設(shè)為150-600，主調(diào)比例帶設(shè)為100-200。
2.4 逐漸降低主調(diào)比例帶
根據(jù)觀察結(jié)果，逐漸增強比例作用，直到系統(tǒng)接近平穩(wěn)。
或者繼續(xù)增強比例作用，直到系統(tǒng)接近于等幅震蕩，然后把此時的比例帶除以0.6，基本上接近于可用了。但是對于汽包水位系統(tǒng)，最好不要調(diào)到等幅震蕩，這樣會使系統(tǒng)處于危險的境地。
2.5 逐漸增強主調(diào)積分作用
積分作用逐漸增強，能在較短時間(10分鐘左右)內(nèi)消靜差即可。
積分作用不能放得很強，切記！主調(diào)積分作用太強不僅沒有好處，還會帶來危害。因為在被調(diào)量開始強勢回調(diào)的時候，需要調(diào)節(jié)器的輸出也要快速回調(diào)，這樣才能使得被調(diào)量不會大幅度超調(diào)，而這時候如果積分作用很強，積分作用會使得調(diào)節(jié)器的輸出不僅不回調(diào)，而且還可能按照原來的趨勢繼續(xù)調(diào)節(jié)，一直等到被調(diào)量和設(shè)定值接近相等的時候，才開始回調(diào)，此時為時已晚，必然造成大幅度的超調(diào)。要記住：主調(diào)積分的目的是為了消除靜差的。只要系統(tǒng)沒有靜差，積分作用就不必要增強。
2.6 不使用微分作用
微分作用可以超前調(diào)節(jié)，但水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)不使用微分。因為水位、流量信號大多存在著微小的波動，微分作用會將這些波動放大，造成干擾。
2.7 主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘。減弱主調(diào)作用，逐漸增強副調(diào)作用
主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘的積，固定一個數(shù)，大約增強副調(diào)多大幅度，就減弱主調(diào)多大幅度，乘積基本保持不變。在修改主、副調(diào)參數(shù)的時候應該先減弱一個，再增強另一個，以免系統(tǒng)引起震蕩。
2.8 副調(diào)比例作用增強到足夠抑制給水流量的擾動為止
2.9 在負荷大幅度改變時，觀察副調(diào)的曲線，防止震蕩的發(fā)生
這個階段容易被忽視，但是非常重要！負荷大幅度波動時候，流量最容易引起震蕩，此時減弱副調(diào)的比例作用，直到不發(fā)生震蕩為止，然后為了安全，再次稍微減弱副調(diào)作用。
在調(diào)節(jié)副調(diào)的同時，還需要注意改變主調(diào)的比例作用。
2.10 注意修改主調(diào)的積分作用
在反復整定主調(diào)、副調(diào)比例參數(shù)之后，要記得積分作用也需要修改。如果副調(diào)的比例作用減弱，那么積分作用也要相應減弱，因為調(diào)節(jié)器的輸出是比例和積分相權(quán)衡的結(jié)果。
至此水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本調(diào)試結(jié)束。為了防止副調(diào)震蕩，還可以對副調(diào)的反饋系數(shù)和前饋系數(shù)進行修改，基本同減弱副調(diào)比例帶的作用相當。切記在修改系數(shù)時一定要把該系統(tǒng)切換為手動運行方式，否則可能對調(diào)節(jié)器造成較大干擾，甚至危害鍋爐安全運行。
作者：白志剛
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