CN102446233B - 火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法 - Google Patents

火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，对主要模拟量控制对象的仿真建模方法包括：a、根据给水泵转速简化计算出给水压力、给水流量、分离器压力参数；b、汽包/分离器水位简化为进出工质流量差的积分；c、通过计算工质干度来确定蒸汽流量；d、利用PID模块的积分功能实现由压力、焓值计算温度，再仿真计算出主蒸汽温度；e、仿真计算烟气量和引风机抽吸量，进而简化仿真出炉膛负压；f、根据给煤机转速仿真计算锅炉燃料量；g、根据燃料量或者主蒸汽流量仿真计算机组负荷。本发明采用DCS组态工具在DCS系统内部建立控制对象简化模型的仿真方法，从而实现控制闭环。

Description

火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法
技术领域
 本发明涉及火电机组的自动控制领域，尤其涉及一种火电机组分布式控制系统（DCS）控制对象仿真建模的方法，主要用于火电机组分布式控制系统（DCS）在控制功能软件组态过程中，通过建立仿真模型来对控制功能进行仿真调试，即实现功能测试和参数初设。
背景技术
分布式控制系统（DCS）是发电机组的“中枢神经系统”，它能实现顺序控制、保护跳闸、自动调节、参数监控等功能。这些控制功能是否正常实现，密切关系到机组能否安全可靠运行，故对DCS控制系统在实际投用前进行功能测试非常必要。但此时DCS系统尚未和实际设备建立链接，没有形成控制闭环，无法对控制回路进行动态测试。而很多组态问题和控制功能缺陷只靠静态的逻辑检查不能暴露，往往要到生产现场在实际调试过程中才能一一发现和解决，从而延长实际调试时间，增加设备实动的风险。
因此需要在DCS功能组态阶段，在DCS系统内部建立一套控制对象的仿真模型，从而实现控制闭环，进行控制功能测试和控制参数初步设置，提升功能组态的质量，为控制系统实际调试和投用创造有利条件。
目前各种DCS仿真方式所用的仿真模型都是采用机理模型和复杂的数学运算，采用工具软件搭建在DCS系统之外，在组态测试时很难创造条件和这些模型进行数据交互。
有鉴于此，寻求一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的新方法成为该领域技术人员的追求目标。
发明内容
本发明的任务是提供一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，它解决了上述现有技术所存在的问题，在DCS系统内部，用DCS组态工具搭建控制对象的简化仿真模型，从而使得控制回路形成闭环。
本发明的技术解决方案如下：
一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，对主要模拟量控制对象的仿真建模方法包括：
a、根据给水泵转速简化计算出给水压力、给水流量、分离器压力参数；
b、汽包/分离器水位简化为进出工质流量差的积分；
c、采用质量守恒和能量守恒的方法，并通过计算工质干度来确定蒸汽流量；
d、利用PID模块的积分功能实现由压力、焓值计算温度，再利用质量、能量守恒原理仿真计算出主蒸汽温度；
e、仿真计算烟气量和引风机抽吸量，并对两者之差进行积分，再去改变积分入口偏差，从而简化仿真出炉膛负压；采用类似方法进行二次风压、一次风压的仿真计算；
f、根据给煤机转速仿真计算锅炉燃料量；
g、根据燃料量或者主蒸汽流量仿真计算机组负荷；
采用DCS组态工具在DCS系统内部建立控制对象简化模型的仿真方法，从而实现控制闭环，即在火电机组分布式控制系统（DCS）内建立仿真模型后，实现了控制闭环。
对开关量设备采用类似RS触发器的仿真方法，即设备开关/启停指令发给RS触发器，由触发器将开关/启停反馈经过一定延时后进行置位或复位。
本发明的一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法主要特点如下：
1、用DCS组态工具将仿真模型搭建在DCS系统内部，便于和控制逻辑形成闭环。而其他各种DCS仿真方式的仿真模型都是搭建在DCS系统外，需要专用软件才能和DCS系统进行通讯。
2、结合组态工具所能提供的有限计算模块，建立控制对象的简化模型，力求模型方便搭建，且简洁适用，满足功能测试和仿真调试的要求。而其他各种DCS仿真方式都按照控制对象的机理模型，采用一些专用软件进行建模，追求模型的高仿真度。
3、对开关量设备和主要的模拟量控制对象建立仿真模型，进行仿真调试，在仿真环境下主要回路能投入自动，并实现机组负荷协调控制及RB等高端控制功能，完成主要回路及其控制功能的测试。
采用本发明的火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，在DCS系统内部，用DCS组态工具搭建控制对象的简化仿真模型，从而使得控制回路形成闭环。在DCS系统实际投用前，能实现仿真环境下的机组负荷协调控制和RB等功能，对主要控制回路进行功能测试和参数初设，为DCS系统实际投用和现场调试创造有利条件。
附图说明
图1是实际对象参与时的DCS控制工作原理图。
图2是本发明采用仿真模型时DCS控制闭环示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
按照本发明的一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，对主要模拟量控制对象的仿真建模方法包括：
a、根据给水泵转速简化计算出给水压力、给水流量、分离器压力参数；
b、汽包/分离器水位简化为进出工质流量差的积分；
c、采用质量守恒和能量守恒的方法，并通过计算工质干度来确定蒸汽流量；
d、利用PID模块的积分功能实现由压力、焓值计算温度，再利用质量、能量守恒原理仿真计算出主蒸汽温度；
e、仿真计算烟气量和引风机抽吸量，并对两者之差进行积分，再去改变积分入口偏差，从而简化仿真出炉膛负压；采用类似方法进行二次风压、一次风压的仿真计算；
f、根据给煤机转速仿真计算锅炉燃料量；
g、根据燃料量或者主蒸汽流量仿真计算机组负荷。
对开关量设备，如辅机设备、电动阀门等，主要采用类似RS触发器的仿真方法：设备开关/启停指令发给RS触发器，由触发器将开关/启停反馈经过一定延时后进行置位或复位。
在火电机组分布式控制系统（DCS）内建立仿真模型后，实现了控制闭环。
参看图1，DCS控制系统的工作原理为：控制器执行逻辑运算后通过I/O卡件输出控制指令，去改变控制对象的状态，使得运行参数发生变化，再由I/O卡件输入到控制器，由其进行计算判断后再发出新的控制指令，从而形成控制闭环。但在DCS系统末投入实际应用前，没有和实际控制对象建立链接，故不能形成控制闭环，无法对控制回路进行动态仿真调试。
参看图2，图2表示了通过仿真模型来实现控制闭环。为了实现控制闭环，故采用DCS组态工具，在DCS系统内部建立控制对象的仿真模型，这样就可以对控制回路进行动态测试，尽早发现并解决软件组态中存在的问题和缺陷。
由于DCS组态工具只能提供有限的控制计算模块，无法实现复杂的仿真计算功能，另一方面，用于功能测试的仿真模型也并不要求很高的仿真度，可利用有限的计算模块来建立能有效表示控制对象特性的简化仿真模型。
在DCS系统内建立仿真模型后，实现了控制闭环，具体操作步骤如下：
（1）分析控制对象的特点，采用DCS组态工具在DCS系统内建立控制对象的简化仿真模型。
（2）DCS控制系统中的控制器执行逻辑运算后发出控制指令至简化仿真模型。
（3）仿真模型接受控制指令后，通过仿真运算改变控制对象的状态（如开关量设备的启停状态）和运行参数（如蒸汽流量、炉膛负压等）。
（4）运行参数送至控制器，并由其进行逻辑运算后再发出新的控制指令，从而形成控制闭环。
本方法是采用OVATION组态工具建立的简化仿真模型，当用其他DCS组态工具时，模型建立方法会略有区别。但各DCS工具所能提供的计算模块均大同小异，故本方法也能适用。
综上可知，本发明在DCS系统内部，用DCS组态工具搭建控制对象的简化仿真模型，从而使得控制回路形成闭环。在DCS系统实际投用前，能实现仿真环境下的机组负荷协调控制和RB等功能，对主要控制回路进行功能测试和参数初设，为DCS系统实际投用和现场调试创造有利条件。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，其特征在于，对主要模拟量控制对象的仿真建模方法包括：
a、根据给水泵转速简化计算出给水压力、给水流量、分离器压力参数；
b、汽包/分离器水位简化为进出工质流量差的积分；
c、采用质量守恒和能量守恒的方法，并通过计算工质干度来确定蒸汽流量；
d、利用PID模块的积分功能实现由压力、焓值计算温度，再利用质量、能量守恒原理仿真计算出主蒸汽温度；
e、仿真计算烟气量和引风机抽吸量，并对两者之差进行积分，再去改变积分入口偏差，从而简化仿真出炉膛负压；采用类似仿真计算烟气量和引风机抽吸量的方法进行二次风压、一次风压的仿真计算；
f、根据给煤机转速仿真计算锅炉燃料量；
g、根据燃料量或者主蒸汽流量仿真计算机组负荷；
采用DCS组态工具在DCS系统内部建立控制对象简化模型的仿真方法，从而实现控制闭环，即在火电机组分布式控制系统（DCS）内建立仿真模型后，实现了控制闭环。
2.根据权利要求1所述的火电机组分布式控制系统控制对象仿真建模的方法，其特征在于，对开关量设备采用类似RS触发器的仿真方法，即设备开关/启停指令发给RS触发器，由触发器将开关/启停反馈经过一定延时后进行置位或复位。
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