3-1 火电厂自动调节系统的普遍特点

火电厂与其它行业的自动调节系统有一些不同。一般来说，火电厂的自动调节存在如下几个特点

一、   调节周期的长短。

一般来说，电厂自动调节系统的调节周期都在十几分钟内。不同的系统周期不一样，短的可以接近几分钟。

而化工行业的调节周期有的很长，甚至可以达到几个小时。周期长对于观察曲线不利，整定参数也慢。周期短有利于迅速确定参数。

也有的行业调节周期非常短，在几秒甚至几十毫秒之内。周期过短对控制系统要求很严，一般的DCS根本不能满足这么短的调节周期。因为DCS的巡测周期在200-1000毫秒之内，运算周期也长。个别的DCS卡件虽然可以达到毫秒级，但是它们不能进行复杂的PID运算。长的运算检测周期，不能捕捉到被调量的每一个波动，更加不能指挥控制被调量的波动了。所以特别短的调节周期需要专门的控制器。整定参数也只能放大调节周期，观察调节曲线。对维护人员来说，要更依靠对调节曲线的判断了。

二、   干扰因素多。

火电厂的干扰因素很多，尤其在我们国家，煤质严重不稳定。实际燃烧用煤不仅波动大，甚至还严重偏离设计煤种，对燃烧造成困难，对自动调节系统也造成很大的干扰。还有的问题有：某些电厂设计磨煤机出力偏大，单台启停干扰大。送引风机出力偏小，风压调节裕度小。我不知道这些问题在欧美国家是否存在，但是我感觉在国内的现象偏多。

上述问题的存在影响最大的系统有：汽压不容易稳定，燃烧不稳定，主汽温度干扰大，风压不容易稳定，炉膛压力不容易稳定，汽包水位受到影响。

这些干扰的存在使得火电厂自动投入比较困难。它可能比水电核电化工等行业的自动调节都麻烦。

三、   滞后和惯性的长短

火电厂的调节系统，滞后和惯性都一般都在10秒~5分钟以内，一般的调节系统都小于1分钟；比较大的滞后和惯性系统是蒸汽温度调节系统，滞后也在5分钟以内。

有的化工调节系统，滞后和惯性要超过几个小时。所以那些系统要解决的重要问题就是克服滞后和惯性。

对于火电厂来说，蒸汽温度控制的复杂，不仅仅在于滞后和惯性较大，还在于各种干扰因素同时存在，难以穷列各个因素，因而控制策略往往难以确定，给自动的投入带来很大的困难。

四、   系统耦合多

火电厂机组负荷与蒸汽压力互相耦合干扰，送引风之间相互耦合，高低加除氧器之间相互耦合等等。耦合产生干扰。投自动的时候，需要考虑耦合系统的干扰，考虑解耦。

五、   系统复杂

一般来说，其它行业采用单回路的系统多，双回路的系统比较少。火电厂大量应用双回路甚至更为复杂的调节系统。双回路比较典型的是汽包水位三冲量调节系统。更为复杂的是协调系统，它包括了串级、并联多回路、多变量、多耦合多输出等调节系统的综合。

协调系统的控制策略看起来虽然很麻烦，可是只要掌握了控制原理，分回路进行参数整定，系统整定也没有那么困难。

总而言之，要善于把复杂系统简单化。 

3-2 自动调节系统的构成

随着时代的发展，自动调节系统所能应用的范围越来越宽，越来越广泛。所能调节的对象越来越丰富，调节的手段也数不胜数。总结一下：

1、被控对象，也叫被调量。

包括压力、温度、水位、流量、浓度、功率、转速、电压、电流、含量、位移、方向、比例等等。电厂常用的是压力、温度、水位、转速、功率。

2、调节器。

最初是单回路，后来发展到串级调节系统。现在一般课本上把串级调节系统也叫做双回路。副调叫做内回路，主调叫做外回路，合称双回路。

我觉得这种叫法不大合适。为什么呢？因为当时只考虑到了两个PID串在一起组成一个调节系统，却没有考虑到两个PID不串在一起，却仍旧是一个调节系统的情况。所以给咱现在的表述造成困难。当时的标准：两个PID不串在一起，那就是两个调节系统。不一定的。比如两个互为备用的系统，控制的是一个被调量。有人说是两套系统，不妥。也有两个串级之间相互切换的，比如两个给水泵互为备用，调节汽包水位。它们都是控制一个被调量，应该算做一个调节系统。

更为复杂的，电厂的都知道协调系统。严格来说，协调包括了两套调节系统：功率回路和汽压回路。可是一般咱们都说协调，基本上都说在一起了。当然，协调系统说成两个系统也未尝不可，毕竟它们各有各的被调量。

如果为了自动投入率的考核的话，那把系统说的越多越好，增加分子了啊，“率”提高了。

3、执行机构

执行机构应该包括执行器和阀门两大部分。他的分类很多：

从改变位移或者角度的方面来说，包括执行器，伺服阀，电磁阀等。与之对应的被控设备有阀门，调速汽门，给粉机和下料装置等

从改变电量的方面来说，包括继电器，变频器，固态继电器，双向可控硅，广义还包括电炉丝等。

从控制方式来说，包括：控制开度、转速、可控硅导通角、PMW（占空比）、位移、速度、力矩、通断等等。

从阀门种类来说，包括调节阀，开关阀。

这里需要专门说一说开关阀。有人会问：开关阀怎么实现自动调节功能？

可以实现的。

举最常用的例子来说，有一种虽然称不上阀门但是可以用开关方式调节的的“执行机构”——双向可控硅控制加热装置。也有的把双向可控硅叫双向电子开关。可控硅的导通频率可以相当大，每秒钟可以完成10多次通断的动作，我们把可控硅的每分钟或者每秒钟导通的时间除以分钟或秒，称之为占空比。用PID来调节占空比，同样也可以达到自动调节的目的。现在，用这种方法控制加热丝以调节温度的方法应用相当普遍，效果也非常之好。一般控制精度可以达到±1℃之内。

在真正的调节阀应用上，有的调节阀门直径非常细，小于10mm，这样的调节阀调节起来很麻烦，也很难找到直径这么小的阀门线性还能保持很好的调节阀。有人就利用占空比的控制原理，用气动阀门控制调节阀。这个利用占空比原理调节的气动阀门就是开关阀。

曾经有朋友做这个行业的工作，他向有关院校咨询调节方法。老教授们可能不知道这样一种新型的控制方法，当时断定开关阀不能做为调节系统的执行机构。后来我了解了动作原理后，认为这种阀门利用了调节占空比的原理，可以达到调节的作用。只要控制阀门的气动执行器可以高频率工作，从原理上说，调节就没有问题。后来经过调试证明，效果良好。

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