CN107314145B - 火电厂调节阀的多级脉冲控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，依次包括如下步骤：1）由手操器和PID形成单回路控制逻辑，手操器的输出指令引入脉冲调节阀的偏差值控制回路；2)手操器的输出指令与脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成偏差值，由该偏差值计算出多级控制开关脉冲；3）步骤2）结束后，控制系统投入实际运行，根据控制系统的被调量的实时值以及脉冲调节阀的动作特性曲线，在线整定控制参数。本发明使脉冲调节阀系统具有最佳的瞬态特性和鲁棒性，使得被调量的控制更加快速和精准。

Description

火电厂调节阀的多级脉冲控制方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，属于火力发电厂最终控制元件在热工自动化定位控制技术领域。

背景技术

目前，我国的自动控制仪表在火力发电厂中应用的有电动单元组合仪表、组装组件仪表、单回路调节器以及绝大部分使用的分散控制系统(DCS)，这些仪表或是模拟的、或是数字的，它们的PID调节单元都是连续量调节器，都以4-20mA为输出信号，执行回路通过一级伺服放大来实现阀门的定位控制。特殊地，上世纪80年代末到90年代中期我国从前苏联整套引进共10台火力发电机组，其使用的是东欧国家普遍采用的由脉冲调节器组态而成的自动调节系统。比如，1994年投产的华能南京电厂两台300MW机组和1999年投产的国华绥中发电厂两台800MW超临界机组，它们的热工自动调节系统都由苏产AK3CP-M系列电动单元组合仪表组态而成。该仪表以线性运算放大器作为主要元件，功能上可分为：PID脉冲调节单元，电流电压转换单元，用于积分、微分、阻尼的动态单元，完成加减乘除的运算单元、偏差报警单元、非线性函数发生单元等，其中的脉冲调节单元接受连续量偏差信号，输出一串开关脉冲序列，是该套仪表的核心部件，它采用以经典线性控制理论为基础的脉冲宽度调制技术，根据输入信号大小来调节脉冲宽度而频率是固定的，该技术在瞬态特性、鲁棒性等方面的缺陷显得尤为突出，并且输出电压纹波较大。脉冲调节器在国产机组和国产DCS中均无应用，国内研究机构和DCS厂家也未对脉冲调节器进行深入研究。

随着DCS应用技术的飞速发展和前苏联产品备品备件的消逝，电厂原整套引进的苏产脉冲调节阀伺服系统都几乎更换升级为模拟量连续调节器，但也有个别电厂的极少数控制阀还保留脉冲调节模式。然而，采用脉冲宽度调节控制技术的脉冲调节阀已经不能适应于当前DCS控制精度和发电工艺要求。

由脉冲调节器组态而成的自动调节阀如何更好地在热工分散控制系统中实现是一个重要研究方向。

中国专利201110111259.X公开了一种脉冲产生方法及装置，该脉冲产生装置可以同时获得波形控制指令和波形指令进行解码处理，多个解码器同时解码呈现出流水作业，流水线方式的解码是将一条指令的解码过程分成多步来进行，每一级电路只处理其中的一步，这样多级电路同时处理流水线上的多个指令，实现在解析指令的同时，输出波形，使得以前在多个时钟周期内才能解析的一条指令缩短到平均一个时钟周期以内，降低了解码所用时间，提高了解码效率，进而提高了脉冲波形产生的速度和频率。该专利未公开多级脉冲的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，通过伺服驱动系统把输入的偏差信号转换成对执行机构的正、反转控制方法，使其具有更好的瞬态特性和鲁棒性的火电厂调节阀的多级脉冲控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，依次包括如下步骤：

1)由手操器和PID形成单回路控制逻辑，手操器的输出指令引入脉冲调节阀的偏差值控制回路；

其特征在于：还包括如下步骤：

2)步骤1)结束后，手操器的输出指令与脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成偏差值，由该偏差值计算出多级控制开关脉冲；

3)步骤2)结束后，控制系统投入实际运行，根据控制系统的被调量的实时值以及脉冲调节阀的动作特性曲线，在线整定控制参数。

在线整定控制参数结束后最终达到预期的控制效果。经PID运算后的输出阀位指令信号和阀位反馈信号综合后的偏差值经过取样控制器获得单位时间内脉冲数与偏差值大小成比例地进行脉冲调节，根据误差区间判断器的输出信号使多级脉冲发生器产生占空比最小的控制输出脉冲，从而达到脉冲调节阀系统具有最佳的瞬态特性和鲁棒性，使得被调量的控制更加快速和精准。

步骤1)中，组态脉冲调节阀的操作回路以及单回路控制逻辑。

步骤2)中，将手操器的输出指令引入脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成的偏差控制程序中，并组态各级控制开关脉冲，并调节参数。

步骤3)中，所述控制参数包括PID控制参数、脉冲宽度、脉冲频率以及调节死区。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

(1)跟踪问题的简化：对于单级调节系统，跟踪问题可以不考虑，因为单级调节系统没有伺服放大器形成的执行小回路，脉冲调节器即为末级调节，当输入各信号平衡时，调节器无输出指令，当输入信号不平衡时，由于测量值偏离给定值而产生的调节指令属于正常调节，而不属于切换扰动；对于串级调节系统，简单易行的自平衡回路解决了副环调节器入口信号的平衡问题，实现了无扰切换。

(2)具有强弱不同的多级脉冲可供选择，根据偏差信号可以设定大小不同的开关脉冲时间、脉冲频率以及巧妙地设置调节死区，可灵活调整脉冲的组合方式以应对调节器不同的工作状态。因此在拥有优良的动态响应能力的同时，多级脉冲控制可以有效降低输出电压纹波。

(3)该控制方法现场参数调试过程简单、易于工程实现、鲁棒性强，并且能够应用于各种拓扑结构的脉冲调节阀。

附图说明

图1是本发明实施例多级开关脉冲形成的逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1。

本实施例为一种火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，在每个开关周期起始时刻，调节器自动检测脉冲调节阀的位置状态，并根据当前PID控制输出指令与位置反馈信号误差大小选取多级脉冲中的某一个脉冲作为该周期的有效控制信号。在该控制方法中，根据调节器拓扑结构和参数设置占空比大小不同的各级开关脉冲，这些强弱等级不同的控制脉冲组成脉冲序列实现对脉冲调节器的开关控制，

火电厂调节阀的多级脉冲控制方法的基本原理是：在每个开关周期起始时刻，调节器自动检测脉冲调节阀的位置状态，并根据当前PID控制输出指令与位置反馈信号误差大小选取多级脉冲中的某一个脉冲作为该周期的有效控制信号。在该控制方法中，根据调节器拓扑结构和参数设置占空比大小不同的各级开关脉冲，这些强弱等级不同的控制脉冲组成脉冲序列实现对脉冲调节器的开关控制。

具体的，本实施中火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，依次包括如下步骤：

1)由手操器和PID形成单回路控制逻辑，组态脉冲调节阀的操作回路以及单回路控制逻辑，手操器的输出指令引入脉冲调节阀的偏差值控制回路；

2)步骤1)结束后，脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成偏差控制程序，手操器的输出指令与脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成偏差值，将手操器的输出指令引入到偏差控制程序中，并组态各级控制开关脉冲，并调节参数，由该偏差值计算出多级控制开关脉冲；

3)步骤2)结束后，控制系统投入实际运行，根据控制系统的被调量的实时值以及脉冲调节阀的动作特性曲线，在线整定控制参数，最终达到预期的控制效果。被调量的实时值采用被调量的实际运行曲线。

控制参数包括PID控制参数、脉冲宽度、脉冲频率以及调节死区。

经PID运算后的输出阀位指令信号和阀位反馈信号综合后的偏差值经过取样控制器获得单位时间内脉冲数与偏差值大小成比例地进行脉冲调节，根据误差区间判断器的输出信号使多级脉冲发生器产生占空比最小的控制输出脉冲，从而达到脉冲调节阀系统具有最佳的瞬态特性和鲁棒性，使得被调量的控制更加快速和精准。

本实施例火电厂调节阀的多级脉冲控制方法的核心思想是根据脉冲调节阀的工作状况，按照一定规律将高能量脉冲和低能量脉冲组成脉冲序列对回路进行控制。

火电厂调节阀的多级脉冲控制方法的工作过程如下：在每个开关周期起始时刻判断系统的调节偏差和阀位工况，若此时输出信号低于基准信号，调节器将产生一个大占空比的高能量脉冲驱动开关继电器；反之则产生一个小占空比的低能量脉冲。

图1为步骤2)中多级开关脉冲形成的逻辑图。

其中步骤①为脉冲频率控制参数的设定，可由调节器偏差信号多级变参数或者恒定设置。

步骤②为脉冲宽度控制参数的设定，可由调节器偏差信号多级变参数或者恒定设置。

步骤③为调节阀打开动作死区的设定。

步骤④为调节阀关闭动作死区的设定。

下面以某880MW俄罗斯进口超临界定压燃煤机组的“#1小汽机凝汽器水位脉冲调节阀控制”为例，控制器运算周期为100ms，调节器算法参数整定结果为PID控制器的比例系数为1.3、积分时间为85s，脉冲调节阀打开动作死区为1.1％，关闭动作死区为1.5％，脉冲频率和脉冲宽度调节参数与位置偏差相关的多级脉冲动作，具体参数值如表1所示:

表1#1小机凝汽器水位脉冲调节阀控制参数整定

机组概况：该880MW超临界定压直流机组从俄罗斯全套引进，锅炉为塔干罗格锅炉厂生产的пп-2650-25-545-кг大型超临界定压运行直流炉，锅炉结构复杂，烟道分为左、右两侧对称布置，配备两台一次风机、两台送风机、三台引风机，8台中速磨分为左、右各4台布置在炉膛的两侧，与之相对应汽水管线也分为左、右两个独立的流道，实质上是“一炉两锅”的结构，其给水与燃烧控制策略均及其复杂；汽轮机为俄罗斯列宁格勒金属工厂生产的к-800-240-5型超临界、一次中间再热、五缸六排汽、单轴凝汽式汽轮机；热控系统DCS采用俄制德国西门子公司的TELEPRRM-ME型分散控制系统。该机组于2014年进行综合升级改造，锅炉保持原样，汽轮机本体增容改造后替换为哈尔滨汽轮机厂有限公司制造的N880-23.536/540/540型超临界、一次中间再热、五缸六排汽凝汽反动式汽轮机；DCS采用杭州和利时自动化有限公司生产的HOLLiAS_MACS系统，DEH采用ABB公司的Symphony系统。

经本次DCS改造后共保留“小机凝汽器水位调节门”等32个调节阀为脉冲开关量控制，其余调节阀的伺服系统都更换为模拟量连续调节。实际运行也证明该多级脉冲控制方法现场调试过程简单，便于工程实现，具有快速响应调节能力。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，依次包括如下步骤：

1)由手操器和PID形成单回路控制逻辑，组态脉冲调节阀的操作回路以及单回路控制逻辑，手操器的输出指令引入脉冲调节阀的偏差值控制回路；

其特征在于：还包括如下步骤：

2)步骤1)结束后，手操器的输出指令与脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成偏差值，将手操器的输出指令引入脉冲调节阀的位置反馈脉冲信号形成的偏差控制程序中，并组态各级控制开关脉冲，并调节参数，由该偏差值计算出多级控制开关脉冲；

3)步骤2)结束后，控制系统投入实际运行，根据控制系统的被调量的实时值以及脉冲调节阀的动作特性曲线，在线整定控制参数。

2.根据权利要求1所述的火电厂调节阀的多级脉冲控制方法，其特征在于：

步骤3)中，所述控制参数包括PID控制参数、脉冲宽度、脉冲频率以及调节死区。