一种采用SYMPHONY系统实现的炉膛压力控制策略--控制网



一种采用SYMPHONY系统实现的炉膛压力控制策略
企业: 日期:2005-03-24
领域:电源 点击数:1145

 

1  概述
    云浮发电厂3、4号机组分别是2002年和2003年投产的135MW燃煤机组,两台机组的热工自动控制系统均由ABB(德国)公司的SYMPHONY系统构成。

    本文以在云浮电厂3、4号机组应用的采用ABB(德国)公司SYMPHONY系统实现的炉膛压力控制系统为例,说明其系统结构、参数运算等在控制系统中的实现方法。

2  炉膛压力控制系统的构成


图1  炉膛压力控制系统框图

    图1是用SYMPHONY系统实现的具有双执行机构的炉膛压力控制系统的方框图简图,整个系统包括PI控制器,手、自动切换逻辑,跟踪信号运算回路,系统总操,左右侧风机动叶偏置回路,超驰控制回路,速率限制回路,偏差限制逻辑和单台风机操作站等部分。

    系统的工作过程为:炉膛压力测量值与设定值进行比较,偏差值经PI控制器运算后在系统手/自动总操M/A站出口分成两路,再经风机出力校正回路、超驰控制回路、输出速率控制回路,最后到阀门定位操作模块IDP控制执行机构的开关,实现炉膛压力控制。为避免执行机构的频繁动作,偏差运算回路中还进行了炉膛压力测量值与设定值偏差的死区运算,过滤掉炉膛压力的正常波动对执行机构的影响。系统手/自动总操M/A站担负着两侧风机的出力平衡与手动跟踪功能。为提高炉膛压力对送风量扰动的响应能力,在PI控制器的Z端(扰动量输入端)引入了送风前馈信号。

3  参数运算回路功能剖析
3.1  PI控制器增益参数运算回路
    本炉膛压力控制系统为双执行机构系统,由于执行机构、可调挡板(动叶)的零位、死区及左、右侧烟道阻力等可能存在的差异,造成左右两侧挡板(动叶)开度对炉膛压力的响应特性不一致,另外,单台风机投自动与两台风机投自动的炉膛压力响应特性也是不同的,因此,采用固定调节器参数的控制系统在设备特性不同及运行方式不同时,难以取得令人满意的调节效果。为了解决上述问题,厂商设计了PI控制器增益运算回路,分别整定A、B风机单独投自动、两台风机同时投自动、系统冷热态投自动时的控制器增益参数,取得了较好的效果。


图2  控制器增益运算逻辑图

    如图2所示为PI控制器增益运算回路。单台风机投自动时,回路通过模块D08选择风机B的控制增益KPB或风机A的控制增益KPA;两台风机均投自动时,则通过模块D10选择双风机调节增益KPAB。单台风机的控制增益KPA和KPB可在锅炉实际运行过程中,通过工程整定方法分别整定。双风机的控制增益可通过以下方法计算得出:
    炉膛压力为线性调节对象,符合迭加原则。设两台执行机构的开度变化量相同,均为ΔX时(即ΔXA=ΔXB=ΔX,可通过手动调节实现)引起的炉膛压力变化量为ΔY(由记录确定),A、B风机引起的炉膛压力变化分量分别为ΔYA和ΔYB,则有:


因此

    即两台风机调节增益的倒数是单台风机调节增益的倒数和。以上各式中的C为与炉膛压力对象有关的常数。

3.2  锅炉冷态或MFT时调节参数的切换
    锅炉冷态或MFT后,由于炉膛内没有燃料的进入和燃料燃烧过程的终止,烟气成分基本上只有空气,介质密度大为降低,炉膛压力对象与热态时相比有较大的变化,加上锅炉冷态或MFT后,送引风机工作于低负荷运转状态,为使炉膛压力控制系统在这种工况下也能实现自动调节功能,厂商设计了逻辑,进行调节器控制增益、积分时间和送风前馈量的自动切换,保证了风机运行的安全和炉膛压力的稳定。图2中的模块D13、图3中的D07和D16分别为这三种参数的冷、热态切换开关。


图3  积分时间及送风前馈运算回路

3.3  风机出力校正


图4  风机出力校正逻辑

    由于两台风机挡板(动叶)执行机构零位、满度位置的差异,风机电机型号或厂家的不同以及风道阻力不同等因素的存在,为维持两台风机的实际出力平衡,避免两台风机抢风现象的出现,许多情况下要求两台风机的挡板(动叶)开度不同,为达到这个目的,系统设置了可手动调整的风机出力校正逻辑(由图4中的模块D35、D36实现)。运行人员在控制面板上调整偏置值BIAS的大小时,模块D35输出的A风机出力校正系数可在0.8~1.2间变化,而D36输出的B风机出力校正系数则在1.2~0.8间变化,通过适当调整BIAS的值,一般情况下均可找到两台风机出力相等的平衡点。

3.4  超驰控制
    在风机顺序启、停过程或炉膛压力出现异常时,为了快速控制或恢复炉膛压力,有必要撇开PI控制器的控制进行逻辑快控,以保证风机和炉膛的安全。为了达到这个目的,系统中设置了分别由模块D19、D21、D23和D20、D22、D24组成的A、B风机超驰控制回路,图5所示为A风机超驰回路。风机顺序启动时,通过模块D19和D20的作用,分别将A、B风机的入口挡板(动叶)强制关至20%或更小;炉膛压力高Ⅰ值时,模块D21和D22强制输出100%风机挡板(动叶)开度指令,强迫开大风机挡板(动叶)的开度,直到炉膛压力高Ⅰ值信号消失;风机顺序停止或炉膛压力低Ⅰ值时,CLOSE逻辑信号置1,模块D23、D24输出强制为0%,使风机挡板(动叶)关小(炉膛压力低Ⅰ值时)或全关(风机顺序停止时)。


图5  A风机超驰回路

3.5  偏差抑制
    SYMPHONY系统的一个显著特点就是包括PID算法在内,其它的大部分算法都可通过组态实现算法参数的内部设定或外部设定功能,这使得其控制系统逻辑功能大大增强,组态更加方便灵活,是一个比较有特色的系统。本节所述的偏差抑制回路就是一种比较有特色的回路,详细原理图如图6所示。

    回路中,模块D25(D26)是模拟量输出速率限制模块,它接受由外部设定的信号增加和信号减少的两个时间常数TI+和TI-,TI+和TI-分别是速率限制模块持续由0%增加至100%和由100%减少至0%时所需时间,TI+和TI-的数值越大,信号经模块的输出变化速率越小,在执行机构全速由全关至全开的时间Ty一定的情况下,在本回路中,TI+和TI-的大小主要是由炉膛压力测量值与设定值的偏差函数D29、D30确定的,其函数值分别如表1所示。从这两个函数的取值可以看出,正偏差越大时,D29的输出越小,且减小的数值呈数量级变化,这导致时间常数TI+呈数量级增加。


图6  偏差抑制原理图
表1  D29、D30的输出与过程偏差关系

    当e≤0时,TI+=Ty;e=0.2时TI+=10Ty;e=0.3时TI+=100Ty,偏差e≥30%时,执行机构开方向的动作速度仅为正常速度的1%!所以D29的函数取值对系统正偏差有非常强的抑制作用,同理,D30的函数取值对系统负偏差也有很大的抑制作用。由于D29、D30对偏差的有效抑制,使得系统的稳定性大大提高,同时减缓了误信号、误操作对输出的影响,保证了系统的安全。

    由于D25、D26的输出速率受外部参数的影响,其输出变化可能跟不上PI控制器的输出,造成输出信号堵塞,为了避免出现这种现象,模块D25、D26除了对主控制信号进行传递外,还根据本身的工作状态,向外发出3个信息:模块输入、输出相等时,置"OY=X"信号为"1",TI+与TI-经模块D33、D34的输出为任务扫描时间Ttask=0.3秒,模块D25、D26处于高速备用状态;D25、D26的输出正在增加时,置"REL+"为"1",这个信号经PI控制器的辅助输入端STP+和AUT+,使PI控制器正向工作停止;D25、D26的输出正在减少时,置"REL-"为"1",经PI控制器的辅助输入端STP-和AUT-,使PI控制器反向工作停止,信号防堵塞功能保证了系统中信号变化的协调性。

4  系统投运效果
    以上所描述的控制系统在云浮发电厂4台机组中均取得了良好的使用效果。在机组正常运行时,炉膛压力波动范围为-40~20Pa(国家标准为-150~150Pa)。例如,在3号机组升降负荷过程中,机组负荷由80MW升至135MW,负荷率为3%ECR/min时,炉膛压力波动范围仅为-120~110Pa(国家标准为-200~200Pa),不管机组在稳定工况或变动工况的情况下,本炉膛压力调节系统的调节品质均优于国家的相关标准。炉膛压力的稳定调节,为机组的稳定、安全运行打下了良好的基础。

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