DE102017117122A1

DE102017117122A1 - Multi-Aufgaben Dampftemperatursteuerung

Info

Publication number: DE102017117122A1
Application number: DE102017117122.3A
Authority: DE
Inventors: Cheng Xu; Ranjit Ramesh Rao; Richard J. Whalen
Original assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Current assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN107664300B; PH12017000198A1; GB2553897B; CN107664300A; US20180031228A1; GB201711103D0; CA3219407A1; GB2553897A; PH12017000198B1; CA2972626A1; CA3219402A1; US10240775B2

Abstract

Ein Steuersystem zum Steuern eines Dampfturbinenkraftwerkes, das multiple Dampfflusspfade hat, die in einem kombinierten Dampfpfad konvergieren, steuert eine finale Dampftemperatur einer Dampfeingabe in eine Turbine mittels Steuern einer oder mehrerer Temperatursteuereinrichtungen in jedem der Dampfflusspfade. Das Steuersystem umfasst einen Multivariablenregler, wie einen multi-input/multi-output (MIMO) Regler, der zwei Steuersignale erzeugt, die jedes eine Menge von Stromabwärtssteuervariablen in den getrennten Dampfflusspfaden steuern. Der Regler empfängt zwei Eingaben in Form von gemessenen oder berechneten Prozessvariablen, die die finale Dampftemperatur und eine Zwischenstufentemperaturdifferenz zwischen dem Dampf, der in jedem der zwei getrennten Dampfflusspfade erzeugt wird, und führt Multiaufgabensteuerung basierend auf diesen Eingaben aus. Allerdings, wenn eines der Stromabwärtssteuerventile in einen manuellen Modus versetzt wird, wird der Regler zu einem Einaufgabenregler, um die finale Dampftemperatur des System zu steuern und damit bessere und optimalere Steuerung auszuführen.

Description

Technisches Gebiet
Dieses Patent bezieht sich im Allgemeinen auf die Steuerung eines Heizkesselsystems, insbesondere, auf die Steuerung und Optimierung von Dampf erzeugenden Heizkesselsystemen unter Verwendung eines Multi-Aufgaben- Reglers.
Hintergrund
Eine Vielfalt von industriellen und nicht industriellen Anwendungen verwenden Treibstoff verbrennende Heizkessel, die typischerweise operieren, um chemische Energie in thermische Energie umzuwandeln durch Verbrennen eines von vielen Arten von Treibstoffen, wie Kohle, Gas, Öl, Müll, etc. Eine exemplarische Verwendung des Treibstoff verbrennenden Heizkessels ist bei Wärmekraftanlagen, wobei Treibstoff verbrennende Heizkessel Dampf erzeugen aus Wasser, das durch eine Anzahl von Rohren und Rohrleitungen innerhalb des Heizkessels läuft, und der erzeugte Dampf wird dann verwendet, um eine oder mehrere Dampfturbinen zu betreiben, um Elektrizität zu erzeugen. Die Ausgabe einer Wärmekraftanlage ist eine Funktion der Menge der Wärme, die in dem Heizkessel erzeugt wird, wobei die Menge von Wärme direkt von der Menge des verbrauchten Treibstoffes (z.B. verbrannt) pro Stunde bestimmt wird, zum Beispiel.
In vielen Fällen umfassen Leistung erzeugende Systeme einen Heizkessel, der einen Ofen hat, der Treibstoff verbrennt oder anderweitig Treibstoff verwendet, um Wärme zu erzeugen, die, im Gegenzug, an Wasser übertragen wird, das durch Rohre oder Rohrleitungen innerhalb von vielen Abschnitten des Heizkessels fließt. Ein typisches Dampf erzeugendes System umfasst einen Heizkessel, der eine Überhitzersektion (die eine oder mehrere Unter-Sektionen hat), in der Dampf erzeugt wird und dann an eine erste, typischerweise Hochdruck-, Dampfturbine, bereitgestellt wird und innerhalb der ersten Dampfturbine verwendet wird. Während die Effizienz eines Wärme-basierten Leistungsgenerators stark von der Wärmetransfereffizienz der bestimmten Ofen/Heizkessel Kombination abhängt, die verwendet wird, um den Treibstoff zu verbrennen und die Wärme zu dem Wasser, das in der Überhitzersektion und anderen zusätzlichen Sektionen des Heizkessel fließt, zu transferieren, hängt die Effizienz ebenso von der Steuerungstechnik ab, die verwendet wird, um die Temperatur des Dampfes in der Überhitzersektion und jeder zusätzlich Sektion des Heizkessels zu steuern.
Es wird verstanden werden, dass Dampfturbinen von Kraftwerken typischerweise zu verschiedenen Zeiten auf verschiedenen Betriebsleveln betrieben werden, um verschiedene Mengen von Elektrizität basierend auf Energie- oder Lastanforderungen zu erzeugen. Für die meisten Kraftwerke, die Dampfheizkessel verwenden, werden die gewünschten Dampftemperatursollwerte an den finalen Überhitzerausgängen des Heizkessels konstant gehalten, und es ist notwendig, die Dampftemperatur nahe der Sollwerte zu halten (z.B. innerhalb eines engen Bereichs) bei allen Lastleveln. Insbesondere beim Betrieb von Großdampferzeugern (z.B. Leistungserzeugung) ist Steuerung der Dampftemperatur kritisch, weil es wichtig ist, dass die Temperatur des Dampfes, der einen Heizkessel verlässt und in eine Dampfturbine eintritt, auf einer optimalen gewünschten Temperatur ist. Wenn die Dampftemperatur zu hoch ist, kann der Dampf Schäden an den Schaufeln der Dampfturbine verursachen aufgrund verschiedener metallurgischer Gründe. Auf der anderen Seite, wenn die Dampftemperatur zu niedrig ist, kann der Dampf Wasserteilchen enthalten, die wiederum Schäden an den Komponenten der Dampfturbine über anhaltenden Betrieb der Dampfturbine verursachen können, wie auch die Effizienz des Betriebs der Turbine verringern können. Weiterhin können Variationen in der Dampftemperatur ebenso Ermüdung metallischen Materials verursachen, was ein führender Grund für Rohrlecks ist.
Typischerweise enthält jede Sektion (z.B. die Überhitzersektion und jede zusätzliche Sektion, wie Zwischenüberhitzersektionen) des Heizkessels kaskadierte Wärmetauschersektionen, wobei der Dampf, der aus einer Wärmetauschersektion austritt in die nachfolgende Wärmetauschersektion eintritt, wobei sich die Temperatur des Dampfes in jeder Wärmetauschersektion erhöht bis, idealiter, der Dampf an die Turbine mit der gewünschten Dampftemperatur ausgegeben wird. Zum Beispiel umfassen einige der Wärmetauschersektionen individuelle primäre Überhitzer, die parallel verbunden sind, und die wiederum in Reihe mit einem finalen Überhitzer verbunden sein können. In derartigen parallel verbundenen oder kaskadierten Anordnungen, wird Dampftemperatur primär mittels Steuern der Temperatur des Wassers an dem Ausgang der ersten Stufe des Heizkessels gesteuert, was primär dadurch erreicht wird, dass die Treibstoff/Luft Mischung, die dem Ofen bereitgestellt wird, oder das Verhältnis von Feuerungsrate zu Eingabe von Speisewasser bereitgestellt an der Ofen/Heizkessel Kombination, geändert wird. In Durchlaufheizkesselsystemen, in denen keine Trommel verwendet wird, kann das Feuerungsrate zu Speisewasser Verhältnis, das in das System eingegeben wird, primär verwendet werden, um die Dampftemperatur an der Eingabe der Turbinen zu regulieren.
Während die Änderung des Treibstoff/Luft Verhältnisses und des Feuerungsrate zu Speisewasser Verhältnisses, das der Ofen/Heizkessel Kombination bereitgestellt wird, gut funktioniert, um die gewünschte Steuerung der Dampftemperatur über die Zeit zu erreichen, ist es schwierig kurzfristige Fluktuationen in der Dampftemperatur in vielen Sektionen des Heizkessels unter Verwendung von nur Steuerung der Treibstoff/Luft Mischung und Steuerung des Feuerungsrate zu Speisewasser Verhältnisses zu steuern. Anstelle des Ausführens von kurzfristiger (und sekundärer) Steuerung der Dampftemperatur, wird in vielen Fällen gesättigtes Wasser in den Dampf gesprüht an einem Punkt vor der finalen Wärmetauschersektion, die unmittelbar stromaufwärts der Turbine angeordnet ist. Diese sekundäre Dampftemperatursteueroperation tritt typischerweise an der Ausgabe jeder primären Überhitzersektion und vor der finalen Überhitzersektion des Heizkessels auf (oder manchmal vor den finalen Überhitzersektionen, die in jedem Flusspfad angeordnet sind). In anderen Fällen können Verbrennerneigungspositionen oder Rauchgasklappen angepasst werden, um eine sekundäre Steuerung der Dampftemperatur auszuführen. Um diese Operation ins Werk zu setzen, werden Temperatursensoren entlang des Dampfflusspfades und zwischen den Wärmetauschersektionen bereitgestellt, um die Dampftemperatur an den kritischen Punkten entlang des Flusspfades zu messen, und die gemessenen Temperaturen werden verwendet, um die Menge von gesättigtem Wasser, das in den Dampf gesprüht wird, zu Dampftemperatursteuerzwecken (oder zur Anpassung anderer Steuermechanismen wie Verbrennerneigungspositionen oder Rauchgasklappen) zu regulieren.
In manchen Umständen ist es notwendig, sich stark auf Sprühtechniken zu verlassen, um die Dampftemperatur so präzise wie benötigt zu steuern, um die Turbinentemperaturbegrenzungen, wie oben beschrieben, zu erfüllen. In einem Beispiel können Durchlaufheizkesselsysteme, die einen kontinuierlichen Fluss von Wasser (Dampf) durch eine Menge von Rohren innerhalb des Heizkessels bereitstellen und keine Trommel verwenden, um, effektiv, die Temperatur des Dampfes oder Wassers, das die erste Heizkesselsektion verlässt, heraus zu mitteln, größere Fluktuationen in der Dampftemperatur erfahren und benötigen daher typischerweise den stärkeren Einsatz von Sprühsektionen, um die Dampftemperatur an den Eingaben der Turbinen zu steuern. In diesen Systemen wird typischerweise Steuerung des Feuerungsrate zu Speisewasser Verhältnisses verwendet zusammen mit Überhitzersprühfluss, um das Ofen/Heizkessel System zu regulieren. In diesen und anderen Heizkesselsystemen verwendet ein distributed control system (DCS) kaskadierte PID (proportional-integral-derivative) Regler, um sowohl die Treibstoff/Luft Mischung, die dem Ofen bereitgestellt wird, als auch die Menge an Sprühen, die stromaufwärts der Turbinen ausgeführt wird, zu steuern.
Allerdings antworten kaskadierte PID Regler typischerweise in einer reaktionären Weise auf eine Differenz oder einen Fehler zwischen einem Sollwert und einem tatsächlichen Wert oder Level einer abhängigen Prozessvariablen, die gesteuert werden soll, wie eine Temperatur des Dampfes, der zu der Turbine geliefert werden soll. Das heißt, die Steuerantwort tritt auf, nachdem die abhängige Prozessvariable bereits von ihrem Sollwert abgewichen ist. Zum Beispiel werden Sprühventile, die sich stromaufwärts einer Turbine befinden, steuert, um ihren Sprühfluss wieder anzupassen, nachdem die Temperatur des Dampfes, der zu der Turbine geliefert wurde, von seinem gewünschten Ziel abgewichen ist. Unnötig zu erwähnen, dass diese reaktionäre Steuerantwort gekoppelt mit Änderung der Heizkesselbetriebsbedingungen in großen Temperaturumschwüngen resultieren kann, die Spannung in dem Heizkesselsystem verursacht und die Lebensdauer der Rohre, Sprühsteuerventile und anderer Komponenten des Systems verkürzt.
Weiterhin können Steuertechniken, die auf multiplen oder kaskadierten Schleifen basieren unter Kreuzpfadinterferenz leiden, was zu einer schlecht ausgeführten Steuerung führen kann. Zum Beispiel in Fällen, in denen ein Einvariablenmasterregler und ein Stabilisierungseinvariablenregler verwendet werden, um koordinierte Steuerung von zwei Flusspfaden auszuführen, werden diese Regler im Allgemeinen separat eingestellt. Als Resultat kann Interferenz zwischen diesen zwei gekoppelten Schleifen Steuerleistungsverschlechterung verursachen und kann sogar Steuerinstabilitäten einführen, wenn die Einstellung nicht korrekt ausgeführt wird. Gleichfalls operieren diese Steuersysteme typischerweise nicht gut, wenn eines der Steuerventile, wie eines der Sprühventile in einem der Dampfpfade, in einen manuellen Modus versetzt wird (was bedeutet, dass der Masterregler keine Fähigkeit hat, die Position dieses Sprühventils zu steuern). Bei diesen Umständen verwendet der Masterregler immer noch die voreingestellten Parameter oder das interne Modell (im Falle modell-basierter Steuerung), um Steuerfunktionsberechnungen auszuführen, selbst dann, wenn der Prozessnutzen (gesehen von der Masterreglerausgabe) um die Hälfte reduziert worden ist, weil die Sprühventile in einem Pfad des Dampfflusses in manuellem Modus sind und daher nicht auf Änderungen des Mastersteuersignals ansprechen. Diese Steuersituation kann ernsthafte Steuerleistungsverschlechterung verursachen.
Kurzdarstellung
Ein Steuersystem und Verfahren zum Steuern eines Dampf erzeugenden oder Dampfturbinen-Kraftwerks (oder anderer Prozessanlagen), das multiple getrennte Fluidflusspfade hat, die in einen kombinierten Fluidflusspfad konvergieren, in dem Temperatur oder eine andere Prozessvariable gesteuert wird, umfasst einen Multivariablenregler, wie einen Multi-Eingaben-, Multi-Ausgaben (MIMO)-Regler, der als ein einziger Masterregler operiert zum Steuern der Temperatur oder anderer Prozessvariablen in jedem der getrennten Flusspfade. In einer Ausführungsform empfängt der Regler Anzeigen oder Messungen von zwei oder mehr Eingabeprozessvariablen (gesteuerte Variablen), die gesteuert werden und produziert zwei oder mehr Ausgabesteuersignale, um die manipulierten Variablen zu steuern, die die Positionen einer Menge von Steuerventilen in jedem der getrennten Flusspfade sein können. In einem Beispiel können die Eingabesteuervariablen die finale Dampftemperatur (in der Turbine zum Beispiel) oder andere Prozessvariablen in dem kombinierten Flusspfad umfassen, und die Differenz zwischen der dampfbezogenen Prozessvariable (z.B. Temperatur) in zwei der getrennten Flusspfade (z.B. unmittelbar nach den Sprühern oder dem Steuermechanismus).
Allgemein gesprochen verwendet oder umfasst der Multivariablenregler ein Prozessmodell, das eine Beziehung zwischen jeder manipulierten Variable (oder jedem Steuersignal, das verwendet wird, um die manipulierte Variable zu beeinflussen) und jeder gesteuerten Variable definiert, um gleichzeitig Steuerung über jede der gesteuerten Variablen auszuführen, und damit implementiert es multiple Steueraufgaben. Diese Konfiguration ermöglicht bessere Steuerung der finalen Dampftemperatur während sie ebenso Zwischenstufentemperaturen innerhalb jedes der getrennten Dampfpfade in einer koordinierten Weise stabilisiert. Weiterhin reduziert oder minimiert dieses System und dieses Verfahren Kreuzschleifensteuerinteraktionen, was zu einer stabileren Steuerung der Dampftemperatur an der Eingabe der Dampfturbine führt.
Weiterhin umfasst dieses System und diese Technik einen Feedbackortungsmechnismus (der zum Beispiel ein Stromabwärtsortungseingabesignal verwendet), der anzeigt, wenn einer der Stromabwärtssteuermechanismen (z.B. die Sprühventile) in einen manuellen oder off-line Modus versetzt werden, in dem der Steuermechanismus nicht auf das Steuersignal anspricht, das mittels des Multivariablenreglers entwickelt wurde. Wenn die Situation eintritt, setzt das Steuersystem unmittelbar einen Gewichtungsparameter zurück, der in Steuerberechnungen verwendet wird, die mit dem Implementieren einer der Steueraufgaben assoziiert sind, z.B., betreffend das Halten der Flusspfadtemperaturdifferenz auf, zum Beispiel, Null. Auf diese Weise wird aus dem Multivariablenregler ein reduzierter Variablenregler, wie ein Einvariablenregler, und er verwendet ein effektiv ordnungsreduziertes internes Modell, um den nächsten Steuerschritt nur nach der ersten Steueraufgabe zu berechnen, z.B., der Steuerung der finalen Dampftemperatur, um einen assoziierten Sollwert zu treffen. Die Feedbackfähigkeit ermöglicht dem Steuersystem gut zu antworten (oder die Dampftemperatur gut zu steuern) in Situationen, in denen einer der Steuermechanismen in den manuellen Modus versetzt ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein Prozesssteuersystem zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehrere getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem der mehreren Steuerelementen, die in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade angeordnet sind, zum Steuern einer Fluideigenschaft innerhalb der getrennten Flusspfade einen Multivariablenregler und ein Feedbackortungsnetzwerk. Der Multivariablenregler umfasst eine Vielzahl von Prozessvariableneingaben, jede Prozessvariableneingabe, um eine Anzeige einer bestimmten gesteuerten Prozessvariable zu empfangen, eine Vielzahl von Sollwerteingaben, die einen Sollwert für jede der Vielzahl von gesteuerten Prozessvariablen definiert, eine Mehrzahl von Steuerausgaben, jede Steuerausgabe, um ein Steuersignal zur Verwendung im Steuern eines der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade, bereitzustellen, und ein Prozessmodell, das Änderungen in jedem der Prozesssignale mit Änderungen in den gesteuerten Prozessvariablen verknüpft. Weiterhin zeigt das Feedbackortungsnetzwerk an, wenn eines der Steuerelemente in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes der Steuersignale anspricht. In einem ersten Modus des Betriebs verwendet der Multivariablenregler, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, jede der bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und die Sollwerte für jede der gesteuerten Prozessvariablen, um die Steuersignale zu bestimmen. In einem zweiten Modus des Betriebs verwendet der Multivariablenregler, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, weniger als alle der bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und weniger als alle der assoziierten Sollwerte für die gesteuerten Prozessvariablenanzeigen, um die Steuersignale zu bestimmen.
Falls gewünscht kann eine erste der Prozessvariableneingaben eine erste Prozessvariablenanzeige einer ersten Prozessvariablen in dem kombinierten Flusspfad empfangen und eine zweite Prozessvariableneingabe kann eine zweite Prozessvariablenanzeige empfangen, die mit Messungen einer zweiten Prozessvariable in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade verknüpft sind. In einem Fall ist die zweite Prozessvariablenanzeige mit einer Differenz zwischen der zweiten Prozessvariablen in jedem der zwei getrennten Flusspfade verknüpft und der Sollwert für die zweite Prozessvariableneingabe kann Null sein. Gleichfalls können die ersten und zweiten Prozessvariablen Temperaturen sein.
Weiterhin kann das Prozesssteuersystem einen Kombinator umfassen, der ein oder mehrere Steuersignale mit einem Vorwärtsschubsteuersignal kombiniert, um ein angepasstes Steuersignal zu erzeugen, das an eines oder mehrere Steuerelemente in den getrennten Flusspfaden bereitgestellt werden soll. Das Prozesssteuersystem kann ebenso ein Modul umfassen, das mit jedem der Steuerelemente assoziiert ist, und das es dem Benutzer ermöglicht, ein entsprechendes Steuerelement in den manuellen Modus zu versetzen, in dem das Steuerelement nicht auf eines der Steuersignale anspricht. Weiterhin kann der Regler mit dem Feedbackortungsnetzwerk gekuppelt werden, um eine Anzeige zu empfangen, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, und kann die Anzeige, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, verwenden, um zu bestimmen, welches Steuersignal verwendet werden soll, um die erste gesteuerte Prozessvariable auf den ersten Sollwert, der mit der ersten gesteuerten Prozessvariable assoziiert ist, zu treiben.
In einigen Fällen kann das Feedbackortungsnetzwerk eine Anzeige eines manuellen Zustands jedes der Steuerelemente innerhalb der getrennten Flusspfade empfangen, und kann ein Logikelement umfassen, dass einen manuellen Zustand jedes der Steuerelemente innerhalb der getrennten Flusspfade empfängt und das bestimmt, ob irgendeines der Steuerelemente in dem manuellen Zustand ist. Das Feedbackortungsnetzwerk kann ebenso einen Schalter umfassen, der mit dem Logikelement gekuppelt ist, der eine Gewichtungsfunktion an den Regler bereitstellt, basierend auf der Ausgabe des Logikelements. In einigen Fällen kann der Schalter eine Gewichtungsfunktion von Null an den Regler bereitstellen, wenn die Ausgabe des Logikelements anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist und der Schalter kann ein Gewichtungsfunktion von Eins bereitstellen, wenn die Ausgabe des Logikelements anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem oder mehreren Steuerelementen in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft des Fluids innerhalb der getrennten Flusspfade, das Empfangen von Anzeigen einer ersten und einer zweiten gesteuerten Prozessvariable, das Empfangen von Sollwerten für jede der ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen, und das Bestimmen, mittels eines Prozessors, einer Vielzahl von Steuersignalen, wobei jedes Steuersignal verwendet werden soll, um eines oder mehrere der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade zu steuern. Weiterhin umfasst das Verfahren das Empfangen einer Feedbackanzeige, wenn die Steuerelemente in einem der mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus sind, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes eines der Steuersignale anspricht. In diesem Fall umfasst das Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen das Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen in einem ersten Modus, in dem die Feedbackanzeige anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, unter Verwendung jeder der empfangenen ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und der Sollwerte für jede der ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen, um die Steuersignale zu bestimmen. Weiterhin umfasst das Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen das Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen in einem zweiten Modus, in dem die Feedbackanzeige anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, unter Verwendung von nur einer der ersten und zweiten bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und nur einer der ersten und zweiten Sollwerte für die gesteuerten Prozessvariablen.
In anderen Ausführungsformen umfasst ein Prozesssteuersystem zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem oder mehreren Steuerelementen in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft innerhalb der getrennten Flusspfade, einen Multivariablenregler, der eine Vielzahl von gesteuerten Variableneingaben umfasst, die jede einen Wert einer verschiedenen gesteuerten Variable empfangen, und eine Sollwerteingabe für jede der Vielzahl von gesteuerten Variablen, die mit den gesteuerten Variableneingaben assoziiert sind. Der Multivariablenregler operiert mittels eines Prozessors, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Steuersignalen zu bestimmen, mit jedem Steuersignal zur Verwendung beim Steuern eines der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade. Hier bestimmt der Multivariablenregler die Werte der Mehrzahl von Steuersignalen, um zwei oder mehr Aufgaben zu implementieren, wobei die erste Aufgabe das Treiben einer ersten gesteuerten Variable auf einen Sollwert für die erste gesteuerte Variable ist und die zweite Aufgabe das Treiben einer zweiten gesteuerten Variable auf einen Sollwert für die zweite gesteuerte Variable ist. Weiterhin umfasst das Prozesssteuersystem ein Feedbackortungsnetzwerk, das anzeigt, wenn die Steuerelemente in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus sind, in dem das Steuerelement auf ein assoziiertes der Steuersignale nicht anspricht. Weiterhin, in einem ersten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, bestimmt der Multivariablenregler die Steuersignale, um sowohl die erste als auch die zweite Aufgabe zu implementieren, und, in einem zweiten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, der Multivariablenregler die Steuersignale bestimmt, um nur eine der ersten und zweiten Aufgaben zu implementieren.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, und umfassend ein oder mehrere Steuerelemente in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft des Fluids innerhalb der getrennten Flusspfade, das Empfangen von Anzeigen einer Mehrzahl von gesteuerten Variablen, das Speichern von Sollwerten für jede der Mehrzahl von gesteuerten Variablen und Bestimmen, mittels eines Prozessors, einer Vielzahl von Steuersignalen, wobei jedes Steuersignal verwendet wird, um eines oder mehrere der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade zu steuern. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen von Werten der Mehrzahl von Steuersignalen, um eine Mehrzahl von Aufgaben zu implementieren, wobei jede Aufgabe mit dem Treiben einer assoziierten der gesteuerten Variablen auf den Sollwert für die assoziierte eine der gesteuerten Variablen verknüpft ist. Das Verfahren umfasst ebenso das Empfangen von Feedbackanzeigen, wenn das Steuerelement in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes der Steuersignale anspricht. Weiterhin, in einem ersten Modus, wenn die Feedbackanzeige anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, bestimmt das Verfahren die Vielzahl von Steuersignalen mittels gleichzeitigem Bestimmen von Werten für die Steuersignale, die alle der Mehrzahl von Aufgaben implementieren und, in einem zweiten Modus,, wenn die Feedbackanzeige anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, bestimmt das Verfahren die Vielzahl von Steuersignalen mittels Bestimmen von Werten für die Steuersignale, die weniger als alle der Mehrzahl von Aufgaben implementieren.
In wieder einer anderen Ausführungsform umfasst ein Prozesssteuersystem zur Verwendung beim Steuern einer ersten Fluideigenschaft eines Fluids in einem kombinierten Flusspfad, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, ein Steuerelement in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer bestimmten Fluideigenschaft innerhalb jedes der getrennten Flusspfade, einen erstes Sensorelement, das die erste Fluideigenschaft des Fluids in dem kombinierten Flusspfad bestimmt, und eine Menge von zweiten Sensorelementen, die eine bestimmte Fluideigenschaft des Fluids innerhalb jedes der getrennten Flusspfade bestimmen. Weiterhin umfasst das Prozesssteuersystem einen Multivariablenregler, der mit dem ersten Sensorelement gekuppelt ist und mit der Menge von zweiten Sensorelementen, um Werte einer ersten gesteuerten Variable und einer zweiten gesteuerten Variabel zu empfangen, wobei der Regler ebenso Werte eines ersten Sollwertes für die erste gesteuerte Variable und einen zweiten Sollwerten für die zweite gesteuerte Variabel empfängt (z.B. speichert). Der Regler umfasst ebenso ein Prozessmodell, das Änderungen in jedem der Steuersignale mit Änderungen in den gesteuerten Variablen verknüpft, und das Prozessmodell verwendet, um gleichzeitig eine Vielzahl von Steuersignalen zum Steuern der Steuerelemente in den getrennten Flusspfaden basierend auf den Werten der ersten und zweiten Sollwerte. Weiterhin kann das Steuersystem einen manuellen Modusblock assoziiert mit jedem der Steuerelemente umfassen, der es einem Benutzer ermöglicht, ein assoziiertes Steuerelement in einen manuellen Modus zu versetzen, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes eines der Steuersignale anspricht, und kann weiterhin ein Feedbackortungsnetzwerk umfassen, das anzeigt, wenn ein Steuerelement in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist. Der Multivariablenregler kann in einem ersten Modus operieren, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, um sowohl die erste gesteuerte Variable auf den Sollwert für die erste gesteuerte Variable, als auch die zweite gesteuerte Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable zu treiben, und kann in einem zweiten Modus operieren, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines des Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, um die erste gesteuerte Variable auf den Sollwert für die erste gesteuerte Variable zu treiben, ohne die zweite gesteuerte Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable zu treiben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines dampfbetriebenen Turbinensystems, das multiple getrennte Dampfflusspfade hat, die in einen kombinierten Dampfflusspfad mit separaten Sprühreglern in jedem der getrennten Dampfflusspfade konvergieren.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Stand der Technik Weise des Steuerns einer Überhitzersektion eines Heizkesseldampfzyklus für eine dampfgetriebene Turbine, wie das in 1, unter Verwendung kaskadierter Einvaribalenregler.
3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Stand der Technik Weise des Steuerns einer Überhitzersektion eines Heizkesseldampfzyklus für eine dampfgetriebene Turbine, wie das in 1, unter Verwendung von zwei Einvariablenreglern mit Offset-Kompensation.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Stand der Technik Weise des Steuerns einer Überhitzersektion eines Heizkesseldampfzyklus für eine dampfgetriebene Turbine, wie das in 1, zusätzlich zum Steuern einer Luftklappe unter Verwendung eines Multivariablenreglers.
5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Weise des Steuerns des Heizkesseldampfzyklus der Überhitzersektion der 1 unter Verwendung eines Multivariablenreglers, der mit jedem der Menge von Sprüh Steuerventilen in den getrennten Flusspfaden gekuppelt ist.
6 zeigt eine Tafel, die simulierte Prozessantworten des Reglers aus 5 veranschaulicht als Antwort auf eine Änderung eines Sollwertes und auf eine ungemessene Störung.
7 zeigt eine Tafel, die simulierte Steuerantworten des Reglers aus 5 veranschaulicht, als Antwort auf das Versetzen eines Sprühsteuerwertes in und aus einem manuellen Modus.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Heizkesseldampfzyklus, der viele Überhitzersektionen zur Verwendung im Betreiben eines oder mehrerer dampfgetriebener Turbinen hat, wobei der Heizkesseldampfzyklus zwei primäre Überhitzer hat, die parallel in den getrennten Flusspfaden mit einem finalen Überhitzer gekuppelt sind, der in dem kombinierten Flusspfad angeordnet ist, der gesteuerten werden kann unter Verwendung des Steuersystems der 5.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein allgemeines Diagramm eines typischen Dampfflusssystems 10, das zum Antreiben einer Turbine verwendet wird, zum Beispiel, in einem dampfgetriebenen Kraftwerk. Insbesondere umfasst das System 10 der 1 ein Ofen/Heizkessel System 12, das Dampf produzieren kann zur Verwendung im Antreiben einer Turbine 14. Das Ofen/Heizkessel System 12 kann einen einzelnen Heizkessel oder multiple Heizkessel umfassen, die Treibstoff verbrennen, um Rauchgas zu erzeugen, das Wasserbehältnisse kontaktieren kann, um Dampf zu erzeugen. Wie in 1 veranschaulicht, ist es typisch oder gewöhnlich multiple Ströme von Dampf in verschiedenen Flusspfaden 15A und 15B (genannt getrennte Flusspfade), die von dem Heizkessel/Ofen 12 kommen, zu erzeugen. Während zwei getrennte Flusspfade 15A und 15B in 1 gezeigt sind, können mehr getrennte Flusspfade verwendet werden. Das System 10 umfasst ebenso ein Sprüh Steuersystem in jedem der getrennten Flusspfade 15A und 15B, wobei jedes der Sprüh Steuersysteme eine Sprühleitung (z.B. eine Wasserleitung) gekuppelt mit einem Steuerventil 16A oder 16B umfasst, wobei die Ausgaben der Steuerventile 16A und 16B Sprühern bereitgestellt sind, die in Mischungszonen 18A und 18B angeordnet sind. Die Sprüher in den Mischungszonen 18A und 18B sprühen Wasser in den Dampf, um den Dampf abzukühlen. Weiterhin umfasst das System 10 der 1 einen Überhitzer 20A und 20B in jedem der getrennten Flusspfade 15A und 15B, entsprechend, die dem Dampf aus den Mischungszonen 18A und 18B entsprechend heizen. Die Überhitzer 20A und 20B können stattdessen auch Zwischenüberhitzer sein, falls gewünscht. Die Überhitzer 20A und 20B können mit Wärmequellen gekuppelt sein (Rauchgas zum Beispiel) und den Dampf, der durch die Überhitzer 20A und 20B fließt aufheizen. Der Dampf, der die Überhitzer 20A und 20B verlässt, wird in einer Mischungszone 22 kombiniert und wird durch einen kombinierten Flusspfad an eine Eingabe der Turbine 14 bereitgestellt, um die Turbine 14 anzutreiben, zum Beispiel, um elektrische Energie oder Leistung zu erzeugen. Wie oben festgestellt ist Dampftemperatursteuerung ein wichtiger Teil des Dampferzeugungsprozesses, weil präzise Steuerung der Dampftemperatur an der Eingabe der Turbine 14 dabei helfen kann, die thermische Effizienz der Dampfturbine 14 zu verbessern, und Dampftemperatursteuerung an den Eingaben der Überhitzer 20A und 20B kann dabei helfen, Materialermüdung in der Turbine 14 sowie in den Heizkesselleitungen, etc. zu reduzieren innerhalb der Überhitzer 20A und 20B. Es ist typisch, zum Beispiel, die Temperatur des Dampfes, der in die Turbine 14 eintritt, dahin zu steuern, dass er mit einem Sollwert übereinstimmt, bevor dieser Dampf in den Turbinendampfeinlass geleitet wird. Es gibt verschiedene Wege zum Steuern der Dampftemperatur einschließlich der Verwendung von Sprühwasser (bezogen aus Hauptspeisewasserleitungen zum Beispiel), wie in 1 dargestellt, unter Verwendung von Rauchgasbypassklappen in dem Ofen (nicht gezeigt in 1), unter Verwendung von Verbrennerneigungspositionierung in dem Ofen oder dem Heizkessel (nicht gezeigt in 1), etc. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Sprüh Steuersystem eine Sprühsteuervorrichtung in jedem der zwei separaten oder getrennten Dampfpfade, wobei die zwei getrennten Dampfpfade sich in einem kombinierten Pfad vereinen, um einen finalen Dampf zu bilden, bevor sie in die Dampfturbine 14 eingespritzt werden. Während 1 ein Einstufensprüh Steuersystem in jedem Flusspfad 15A und 15B zeigt, ist es möglich, ein Multistufensprüh Steuersystem (typischerweise in Durchlaufheizkesseln gesehen) zu verwenden.
Allgemein gesprochen sind die Sprühventile 16A und 16B mit einem Regler oder einem Reglersystem (nicht gezeigt in 1) gekuppelt, der/das die Position der Ventile steuert, um die Menge an Wasser zu steuern, die durch die Ventile 16A und 16B fließt und damit die Menge von kühlendem Sprühwasser, das dem Dampf in den Mischungszonen 18A und 18B bereitgestellt wird. Der Regler operiert im Allgemeinen, um die Temperaturen des Dampfes T_A und T_B nach den Mischungszonen 18A und 18B (an den Einlässen der Überhitzer 20A und 20B) zu steuern, basierend auf der Positionierung der Ventile 16A und 16B. Weiterhin steuert der Regler die finale Temperatur T_Final des Dampfes an der Eingabe der Turbine 14, um Dampftemperatursteuerung in einer von vielen Weisen auszuführen, die im Detail hierin beschrieben werden werden. Typischerweise werden die Temperaturen T_A, T_B, und T_Final mittels Temperatursensoren gemessen (nicht explizit gezeigt in 1), die in oder nahe den Flusspfaden angeordnet sind und dem Regler bereitgestellt sind zur Verwendung im Ausführen der Dampftemperatursteuerung.
2 zeigt Stand der Technik oder bekannte Steuertechnik 200, die typischerweise im, zum Beispiel, Steuern der Sprühventile 16A und 16B der 1 verwendet werden, um Dampftemperatursteuerung der finalen Dampftemperatur T_Final auszuführen. Insbesondere verwendet das Steuerschema 200 der 2 eine Menge von kaskadierten Reglern, einschließend einen Masterregler 202 und zwei sekundäre oder kaskadierte Regler 204 und 206, um Steuerung der Temperaturen T_A, T_B und T_Final in 1 auszuführen. Der Masterregler 202 ist typischerweise ein Einvariablenregler, z.B. ein single-input/single-output (SISO) Regler wie ein proportional-integral-derivative (PID) Regler, ein PD Regler, ein PI Regler, ein Lead-Lag Transferfunktion basierter Regler, ein modellprädiktiver Regler, ein linear quadratischer Gauß’scher Regler, ein Pole-Placement basierter Regler, etc. oder ein anderer Typ eines Einvariablenreglers. Weiterhin operiert der Masterregler 202, um die finale Dampftemperatur T_Final der 1 zu steuern, um mit einem vom Betreiber bereitgestellten Sollwert, der an einer Eingabe des Reglers 202 bereitgestellt wird, übereinzustimmen. Die Ausgabe des Reglers 202 wird an einen Summierungsblock 208 bereitgestellt, der ein Vorwärtsschubsignal empfängt, das, zum Beispiel, ein Signal sein kann, das auf der Heizkessellastanforderung basiert oder aus dieser abgeleitet ist, etc. und der dieses Vorwärtsschubsignal zu der Ausgabe des Reglers 202 summiert, um einen Sollwert zu erzeugen, der verwendet wird, um die Regler 204 und 206 zu steuern. Allgemein gesprochen ermöglicht der Summierungsblock 208, dass Vorwärtsschubsteuerung in die Steuerung der Sprühventile 16A und 16B eingepflegt wird. Die Ausgabe des Summierers 208 wird einer Stabilisierungseinheit oder einem Stabilisator 210 bereitgestellt, der ein Sollwertsignal erzeugt für jeden der Regler 204 und 206, das in der Ausführung der Steuerung der individuellen Sprühventile 16A und 16B verwendet wird (auch Spray A und Spray B genannt). Insbesondere, wenn alle der Stromabwärtsalgorithmen (Blöcke) den Stromaufwärtsalgorithmus anfragen, zu orten, dann ist die Ausgabe des Stabilisators 210 eine der höchsten, der niedrigsten oder der Mittelwert der analogen Ortungssignale, die von dem Stromabwärtsalgorithmus oder den Blöcken zurück übermittelt werden. Wenn irgendeiner der Stromabwärtsalgorithmen den Stromaufwärtsalgorithmus nicht anfragt, zu orten, dann kann die Ausgabe des Stabilisators 210 mehrere Optionen (die benutzerdefinierbar sein können) haben. In einer Option ist die Ausgabe einfach der erhaltene und voreingenommene analoge Eingabewert. Insbesondere wenn der Nutzen gleich eins und der Bias null ist, dann ist die Ausgabe gleich der Eingabe. In einer anderen Option ist die Ausgabe des Stabilisators 210 ein Wert, der den Mittelwert aller Stromabwärtsalgorithmen veranlasst, gleich dem erhaltenen und voreingenommenen Eingabewert in dem Stabilisator 210 zu sein.
In jedem Fall stellt der Stabilisator 210 Sollwerte als Eingaben an die kaskadierten Regler 204 und 206 bereit, die, zum Beispiel, Einvariablenregler sein können, wie PID Regler oder andere Typen von single-input/single-output (SISO) Reglern umfassend, zum Beispiel, Lead-Lag Transferfunktionen basierte Regler, modell-prädiktive Regler, lineare quadratische Gauß’sche Regler, Pole-Placement basierte Regler, etc. Weiterhin empfangen die Regler 204 und 206 Messungen von Temperaturen T_A und T_B entsprechend, um PID Steuerung auszuführen, um die Temperaturen T_A und T_B auf die Sollwerte zu treiben, die von dem Stabilisator 210 bereitgestellt werden. Die Ausgaben der Regler 204 und 206 sind Steuersignale, die dann mittels eines manuellen/automatischen (M/A) Blocks 220 oder 222 bereitgestellt werden, der es einem Benutzer oder einem Betreiber ermöglicht, die Sprühventile 16A und 16B in einen manuellen Modus zu versetzen. Im Allgemeinen stellen die manuellen/automatischen (M/A) Blöcke 220 oder 222 jeder ein Steuersignal an ein assoziiertes eines Ventils 16A und 16B bereit, um dadurch die Ventile 16A und 16B zu treiben, gesteuerte Mengen von Spray in die Mischungszonen 18A und 18B entsprechend zu liefern, um dadurch die Temperaturen T_A und T_B zu steuern. Insbesondere ermöglichen die manuellen/automatischen (M/A) Blöcke 220 und 222 einem Benutzer oder Betreiber oder anderem Benutzer jedes der Steuerelemente (Sprühventile in diesem Fall) in einen automatischen Modus zu versetzen, in dem die Ausgabe der kaskadierten Regler 204 und 206 an die Steuerventile 16A und 16B bereitgestellt wird oder, alternativ, an einen manuellen Modus, in dem die Blöcke 220 oder 222 ein Steuersignal bereitstellen, das manuell mittels eines Benutzers bereitgestellt oder gesetzt wird, an die Sprühventile 16A oder 16B.
Die PID Regler 204 und 206 und/oder die M/A Blöcke 220 und 222 können Ortungssignale zurück an die Stabilisatoreinheit 210 und/oder den Summierer 208 bereitstellen, um anzuzeigen, ob die Steuerelemente die Ausgabe der Regler 204 oder 206 orten (d.h. anzeigen, ob die M/A Blöcke 220 und/oder 222 in einer automatischen Moduseinstellung sind) oder anstatt dessen, ob die Steuerelemente in einem manuellen Modus sind, in dem die Ausgabe der Regler 204 oder 206 nicht verwendet wird, um die Positionen der Sprühventile 16A oder 16B zu steuern.
In vielen Fällen kann der Stabilisator 210 verschiedene Algorithmen zum Steuern oder Bereitstellen der stabilisierten Sollwerte an die PID Regler 204 und 206 implementieren, basierend darauf, ob ein oder mehrere der Sprühventile 16A und 16B in den manuellen Modus versetzt ist. Insbesondere, wenn ein Steuerventil 16A und 16B in den manuellen Modus versetzt ist, hat der Regler 202 keine Fähigkeit die Position dieses Ventils tatsächlich zu steuern, und damit kann der Stabilisator 210 mittels Bereitstellen verschieden gewichteter Sollwerte an den anderen Regler 204 und 206, der immer noch in der Lage ist, Steuerung der Ventile 16A und 16B auszuführen, kompensieren oder zu kompensieren versuchen. Der genaue Betrieb des Stabilisators 210 wird nicht im Detail beschrieben werden, mit Ausnahme der Feststellung, dass der Betrieb des Stabilisators 210 versucht zu kompensieren oder eine bessere Steuerung auf eine Weise bereitzustellen, wenn eines der Sprühventile 16A und 16B in einen manuellen Modus versetzt ist. Unnötig zu erwähnen, allerdings, dass der Stabilisator 210 auf der Ausgabe des Masterreglers 202 operiert, wie sie an den Summierer 208 bereitgestellt wird, und der Masterregler 202 keine Fähigkeit hat, optimal zu steuern, wenn eines der Sprühventile 16A oder 16B in einem manuellen Modus ist. Als Resultat kann der Stabilisator 210, während der Stabilisator 210 versucht Situationen zu kompensieren, in denen eines der Sprühventile 16A oder 16B in einem manuellen Modus gesteuert ist, nicht die Steuerung der finalen Temperatur T_Final optimieren in diese Situation.
Allgemein gesprochen reagieren kaskadierte Steuersysteme, wie das Steuersystem 200 der 2 träger oder haben eine insgesamt langsamere Antwort aufgrund der Tatsache, dass die Steuersignale, die den Sprühventilen 16A und 16B bereitgestellt werden, mittels zwei Reglern erzeugt werden, die in Reihe miteinander verbunden sind. Weiterhin ist die Methodologie des Kompensierens der Steuerung basierend auf den Ortungssignalen in dem System der 2, das ist, Ausführen von Steuerkompensation, wenn es bekannt ist, dass eines der Sprühventile 16A oder 16B in einen manuellen Modus versetzt ist, nicht optimal, weil der Masterregler 202 unter der Annahme eingestellt wird, dass beide der kaskadierten oder sekundären Regler 204 und 206 betrieben werden, um Steuerung auszuführen. Daher ist optimale Steuerung nur möglich, wenn alle drei dieser Regler Steuerung ausführen. Wenn einer der kaskadierten Regler 204 oder 206 nicht länger in der Lage ist, benutzt zu werden, weil die entsprechenden M/A Blöcke 220 oder 222 in einen manuellen Modus versetzt sind, ist Steuerung mittels des Steuersystems 200 der 2 nicht länger optimal und kann schwerfällig sein.
3 zeigt ein anderes bekanntes Steuerschema, das verwendet wird, um ein Getrennt-Stromsprühsystem wie das in 1 zu steuern. Insbesondere umfasst das Steuerschema der 3 einen Masterregler 302 und einen sekundären Regler 304. In diesem Fall jedoch ist der sekundäre Regler 304 nicht kaskadiert zu dem Masterregler, sondern führt anstelle dessen Steuerung basierend auf einer separaten Steuervariable (die die Differenz zwischen den gemessenen Temperaturen T_A und T_B ist) aus, um eine Offset-Steuervariable oder ein Offset-Steuersignal zu produzieren, die beim Steuern eines der Sprüher, in diesem Fall Sprüher 16B, verwendet wird.
Insbesondere empfängt der Masterregler 302, der, zum Beispiel ein Einvariablenregler oder ein single-input/single-output Regler, wie ein PID Regler, ein PI Regler, ein PD Regler, irgendein multi-input/multi-output Regler verwendet in einer single-input/single-output Weise, etc. sein kann, einen Sollwert für die finale Dampftemperatur T_Final und eine Messung der finalen Dampftemperatur T_Final der 1, und führt Einvariablensteuerung aus, um ein Steuersignal zum Steuern von beiden der Steuerventile 16A und 16B in einer Weise zu erzeugen, die die finale Dampftemperatur T_Final auf ihren assoziierten Sollwert treibt. Der Sollwert des Master SISO Reglers 302 wird einem Summierungsblock 308 bereitgestellt, der Steuerkompensation basierend auf einem Vorwärtsschubsignal erlaubt, das, zum Beispiel von Lastanforderungen abhängen kann, oder das ein anderes bekanntes Vorwärtsschubsignal sein kann, das die Steuerung beeinflusst. Die Ausgabe des Summierers 308 ist ein Steuersignal, das mittels eines manuellen/automatischen Modussteuerblocks 309 bereitgestellt wird, was es dem Benutzer ermöglicht, das gesamte System in einen manuellen Modus oder einen automatischen Modus zu versetzen. Wenn der Block 309 in einen automatischen Modus versetzt ist, stellt der Block 309 das Steuersignal an einen Stabilisator 310 bereit. Allgemein gesprochen operiert der Stabilisator 310, um stabilisierte Steuersignale zu erzeugen, die an die Steuerventile 16A und 16B basierend auf der Anzahl von Sprühventilen 16A und 16B, die zu der Zeit in automatischem Modusbetrieb sind, bereitgestellt werden, und diese stabilisierten Steuersignale jeder der Sprühleitungen des Steuersystems bereitstellt.
Wie in 3 gezeigt, ist eines der stabilisierten Steuersignale an den M/A Block 320 bereitgestellt, wobei dessen Ausgabe verwendet wird, um das Sprühventil 16A zu steuern, und das andere stabilisierte Steuersignal von dem Stabilisator 310 wird einem Summierer 321 bereitgestellt, der dieses Signal mit dem Offset-Steuersignal, das von dem sekundären Regler 304 erzeugt wurde, summiert, um ein Offset-kompensiertes Signal zu erzeugen. Die Ausgabe des Summierers 321 wird einem M/A Block 322 bereitgestellt, dessen Ausgabe verwendet wird, um das Sprühventil 16B zu steuern.
Daher erzeugt der Masterregler 302 in diesem Fall ein Steuersignal, das indirekt jedem der Steuerventile 16A und 16B bereitgestellt wird, um die finale Dampftemperatur T_Final zu steueren. Allerdings operiert der sekundäre Regler 304, um die Temperaturen T_A und T_B an der Eingabe der Überhitzer 20A und 20B der 1 dahin zu treiben, gleich zu sein, um beide gemessenen Temperaturen T_A und T_B zu empfangen und stellt ein Offset-Steuersignal an den Summierer 321 bereit, der das Sprühventil 16B dazu treibt, die Temperatur T_B mit der Temperatur T_A übereinzustimmen. In diesem Fall erzeugt der sekundäre Regler 304, der, zum Beispiel, ein PID Regler oder ein andere Typ von single-input/single-output oder Einvariablenregler sein kann, ein Offset-Steuersignal basierend auf der Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B, um eines der Steuerventile, in diesem Fall das Steuerventil 16B, dahin zu treiben, eine nicht verschwindende Temperaturdifferenz in den getrennten Flusspfaden zu kompensieren oder zu reduzieren. Daher hat das Steuerschema der 3 einen sekundären Regler 304, der eingerichtet ist, eines der Sprühventile 16B zu steuern, um die Temperatur, die von dem Sprühventil 16B gesteuert wird (d.h. die Temperatur T_B) dazu zu treiben, gleich der Temperatur T_A zu sein, während der Masterregler 302 beide Sprühventile 16A und 16B steuert, um die finale Ausgabetemperatur T_Final dazu zu treiben, gleich dem finalen Temperatursollwert zu sein.
Ähnlich dem Steuersystem der 2, stellen die M/A Blöcke 320 und 322 Ortungssignale zurück an den Stabilisator 310 bereit, der diese Signale verwenden kann, um verschiedene Typen des Stabilisierens zu verstehen oder auszuführen basierend darauf, ob einer der Blöcke M/A 320 oder 322 in einem manuellen Modus ist. Der Stabilisator 310 operiert in diesen Situationen, um für die Steuerung der finalen Temperatur T_Final zu kompensieren, basierend auf der Tatsache, dass der Masterregler 302 nicht länger in der Lage ist, eines der Sprühventile 16A oder 16B zu steuern. Eine detaillierterer Betrieb oder Beschreibung eines Steuersystems wie in 3 ist in U.S. Patentanmeldungsnummer 14/066,186 bereitgestellt, die als U.S. Patentanmeldung Nr. 2015/0114320 veröffentlicht ist.
Wiederum allerdings umfasst das Steuerschema der 3 viele inhärente Probleme, die zu einer sub-optimalen Steuerung in bestimmten Umständen führen können. Insbesondere umfasst das System der 3 zwei separate Regler 302 und 304, die unabhängig operieren, die aber operieren, um mindestens ein gemeinsames Element, d.h. den Sprüher 16B der 1 zu steuern. Als Ergebnis müssen der Masterregler 302 und der sekundäre Regler 304 vorsichtig eingestellt werden. Wenn diese Regler nicht richtig eingestellt werden, können sie gegeneinander arbeiten, wodurch Unterbrechungen in der Steuerausführung veranlasst werden. Weiterhin, in dem Steuerschema der 3, wenn das Sprühventil 16A in einen manuellen Modus mittels des manuellen M/A Blocks 320 versetzt ist, versuchen sowohl der Masterregler 302 als auch der sekundäre Regler 304, ein einzelnes Steuerventil 16B zu steuern, um zwei verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Insbesondere versucht der Masterregler 302 das Ventil 16B zu steuern, um die finale Temperatur T_Final zu steuern, während der sekundäre Regler 304 versucht das Sprühventil 16B zu steuern, um die Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B zu steuern. Diese Multiaufgabensteuerung, basierend auf der Operation eines einzigen Steuerventils 16B, ist mit Schwierigkeiten und Komplikationen überladen, da in der Realität keine der Aufgaben optimal erfüllt werden kann. Diese Art der Steuerung kann daher zu Übersprechen oder Instabilitäten in der Steuerschleife führen.
Während 2 und 3 die Verwendung multipler Einvariablenregler zeigen, zeigt 4 ein typisches bekanntes System oder eine Konfiguration 400, die einen Multivariablenregler verwendet, um Dampftemperatur an der Eingabe einer Turbine in einem Getrenntstromdampfturbinensystem zu steuern. Allerdings anders als die Steuersysteme der 2 und 3, führt der Multivariablenregler der 4 koordinierte Steuerung der multiplen verschiedenen Typen von Steuermechanismen in einem Getrenntdampflusspfaderzeugungssystem aus, einschließend die Sprühventile und Heizkesselklappenpositionen zum Beispiel. In diesem Fall umfasst das System 400 der 4 einen Masterregler 404 in Form eines multiple-input/multiple-output Reglers, der zwei Prozessvariablen PV₁ und PV₂ sowie zwei Sollwerte für die Prozessvariablen empfängt. In diesem Fall steuert der Multivariablenregler 402 tatsächlich verschiedene Typen von Steuermechanismen, die verwendet werden können, um die Dampftemperatur auf verschiedene Weise, wie das Steuern von Sprühventilen 16A und 16B der 1 zu ändern und Positionen von Rauchgasbypassklappen zu steuern, die in der Ofensektion 12 oder den Überhitzersektionen 20A und 20B der 1 angeordnet sind (jedoch nicht explizit in 1 gezeigt sind).
Wie in 4 gezeigt, erzeugt der Regler 402 eine erste Steuerausgabe C₁, die an ein Steuersystem bereitgestellt wird, das im Wesentlichen dasselbe Steuersystem wie in 2 gezeigt ist, das auf dieselbe Weise operiert, wie in 2 beschrieben (unter Verwendung von kaskadierter Steuerung), um die Sprühventile 16A und 16B zu steuern. Gleichfalls erzeugt der Regler 402 eine zweite Steuerausgabe C₂, die an ein zweites Steuersystem bereitgestellt wird, das mit der Steuerung eines Rauchgasbypassklappensystems assoziiert ist. Das zweite Steuersystem umfasst einen Summierer 410, der das Steuersignal C₂ mit einem Vorwärtsschub Steuersignal summiert, um Vorwärtsschubsteuerkompensation zu ermöglichen. Falls gewünscht, wird die Ausgabe des Summierers 410 an einen M/A Block 412 bereitgestellt, was es einem Benutzer ermöglicht, das Rauchgasbypassklappensystem in einen manuellen Modus versus einen automatischen Modus zu versetzen. Die Ausgabe des M/A Blocks 412 wird dann an einen Linearisierungsfunktionenblock 414 bereitgestellt, der die Steuerbewegungen der Rauchgasbypassklappen 405 bestimmt, um Positionierung der Bypassklappen zu steuern, um die Menge an heißem Gas, das in jede der Ofensektionen oder durch jede der vielen Sektionen der Überhitzer 20A und 20B der 1 geschickt wird, zu steuern. Das Steuerschema der 4 ist bereitgestellt allein, um zu veranschaulichen, dass es bekannt ist, Multivariablenregler in einem Dampf Steuersystem zu verwenden, um zwei verschiedene Typen von Steuerelementen oder Steuerphänomenen, wie das Sprühen von Wasser im ersten Fall und das Positionieren von Rauchgasbypassklappen im zweiten Fall zu steuern. Die multiplen Steuerausgaben des Multivariablenreglers 402 der 4 werden nicht verwendet, um denselben Typ von Steuermechanismus zu steuern, wie zwei Sprühventile.
5 zeigt ein neues Steuersystem 500 und eine Technik, die einen Multivariablenregler verwendet, um Steuerung desselben Typs von Steuerelementen in verschiedenen Pfaden eines Getrenntflussstromsystems auszuführen, und das verwendet werden kann, das System, zum Beispiel der 1, zu steuern, in einer optimaleren Weise, insbesondere, wenn eines der Sprühventile 16A und 16B in einen manuellen Steuermodus versetzt ist oder einen nicht-automatischen Modus. Insbesondere umfasst das System 500 der 5 einen Multivariablenregler 502, der Multivariablensteuerung von mindestens zwei Prozessvariablen ausführt, um Steuerung von beiden Sprühleitungen auszuführen, d.h. der Sprühventile 16A und 16B der 1 eines Getrenntstromdampferzeugungssystems, in einer optimaleren Weise als die Technologie des Standes der Technik, der zuvor diskutiert wurde. Insbesondere empfängt der Regler 502 multiple Eingaben in Form von Prozessvariablen PV₁ und PV₂ und Sollwerten SP₁ und SP₂ und führt gleichzeitig Multivariablensteuerung aus, um zwei Steuerausgaben oder Steuersignale C₁ und C₂ zu erzeugen, die operieren, um die Prozessvariablen PV₁ und PV₂ auf ihre assoziierten Sollwerte SP₁ und SP₂ zu treiben.
Allgemein gesprochen kann der Regler 502 irgendein Typ von Multivariablenregler, wie ein modell-prädiktiver Regler (MPC), ein neuraler Netzwerkregler, ein First-Principles Regler, ein linear quadratischer Gauß’scher Regler, ein Pole-Placement basierter Regler, jeder MIMO Regler, in dem Frequenzbereich designt (z.B. unter Verwendung eines inversen Nyquistarrayverfahrens), etc., sein, der unter Verwendung von multiplen Eingaben operiert, um multiple Steuersignale zum Steuern von Anlagenequipment zu erzeugen. Wie in 5 angedeutet, werden die Steuersignale C₁ und C₂ an Summierer 504 und 506 entsprechend bereitgestellt, wobei die Summierer 504 und 506 Vorwärtsschubsignale ermöglichen, wie Signale, die basierend auf Lastanforderungssignalen, etc., erzeugt werden, um zu den Steuersignalen C₁ und C₂ summiert zu werden, um angepasste Steuersignale AC₁ und AC₂ zu erzeugen, von denen jedes eine Vorwärtsschubsteuerkomponente hat. Natürlich ist die Verwendung von Summierern 504 und 506 oder anderen Elementen zum Einpflegen von Vorwärtsschubsteuerung nicht notwendig und diese Elemente können aus dem System 500 weggelassen werden, falls gewünscht. In jedem Fall werden die angepassten Steuersignale AC₁ und AC₂ mittels manuell/automatisch (M/A) Modusblöcken oder -elementen 508 und 510 entsprechend bereitgestellt, um die Sprühventile 16A und 16B zu steuern, wenn die Blöcke 508 und 510 in einen automatischen Modus versetzt sind. Natürlich wird es verstanden werden, dass die Sprühventile 16A und 16B irgendein Steuermechanismus sein können, wie andere Typen von Steuerventilen, Verbrennern, Klappen, etc., die in vielen verschiedenen Typen von Steuersystemen verwendet werden können, um eine Prozessvariable wie die Dampftemperatur zu steuern. Natürlich, wenn die manuellen/automatischen Steuerblöcke 508 und 510 in einen manuellen Modus versetzt sind oder einen anderen nicht-automatischen Modus, stellen die Blöcke 508 und/oder 510 ein benutzerbereitgestelltes Steuersignal oder ein anderes Steuersignal an die Sprühventile 16A und/oder 16B bereit, in welchem Fall die Steuerung der Sprühventile 16A und/oder 16B nicht mittels Änderungen in den Steuersignalen C₁ und C₂ mittels des Reglers 502 beeinflusst werden.
Weiterhin, wie in 5 angedeutet, umfasst das Steuersystem 500 ein Feedbackortungnetzwerk, das Ortungssignale und/oder manuelle Zustandssignale bereitgestellt mittels des M/A Blocks 508 und 510, um anzuzeigen, wenn einer oder beide der M/A Blöcke 508 und 510 in einen manuellen Modus versetzt ist oder einen anderen nicht-automatischen Modus (das ist, wann immer die angepassten Steuersignale AC₁ und/oder AC₂ nicht bereitgestellt werden, um die Sprühventile 16A und/oder 16B zu steuern). In dem speziell in 5 dargestellten Fall, werden die Ortungssignale von den Blöcken 508 und 510 zu dem Regler 502 gesendet, um anzuzeigen, wenn einer oder beide der M/A Blöcke 508 und 510 in einen manuellen Modus versetzt ist/sind, und ein manuelles Zustandssignal von jedem der Blöcke 508 und 510 an ein ODER Logikgatter oder Logikelement 520 bereitgestellt wird, wobei jedes der manuellen Zustandssignale eine logische Eins („1“) ist, wenn der assoziierte Block 508 und 510 in einen manuellen Modus oder einen anderen nicht-automatischen Modus versetzt ist und eine logische Null („0“), wenn der assoziierte Block 508 oder 510 in einen automatischen Modus versetzt ist. Das ODER Gatter 520 operiert daher, um ein hohes, wahres, oder logisches Eins („1“) Signal zu erzeugen, wenn eines oder beide der manuellen Zustandssignale von dem M/A Block 508 und 510 auf eins oder hoch oder wahr gesetzt ist. Daher ist das ODER Gatter 520 auf hoch oder wahr, wenn mindestens einer der Blöcke 508 und 510 in einen manuellen oder anderen nicht-automatischen Modus versetzt ist.
Weiterhin umfasst das Feedbackortungsnetzwerk des Systems 500 einen Schalter 522, der mit Signalblöcken 524 und 526 gekuppelt ist, die verschiedene analoge oder digitale Signale bereitstellen an Eingaben des Schalters 522. Der Schalter 522 operiert, um eines der Signale von einem der Blöcke 524 und 526 an den Regler 502 bereitzustellen, das der Regler 502 verwendet, um eine der Steuervariablen oder andere Steuerberechnungen zu gewichten, die in dem Regler 502 verwendet werden, um die Steuersignale C₁ und C₂ zu erzeugen. Allgemein gesprochen stellen die Blöcke 524 und 526 analoge Signale in Form eines Einssignals (Eins) oder eines Nullsignals (Null) an die Eingaben des Schalters 522 bereit. Allerdings könnten die Blöcke 524 und 526 digitale Signale an den Schalter 522 anstelle dessen bereitstellen, wobei die digitalen Signale eine logische Eins oder eine logische Null sind oder eine andere Art von Wert, falls dies gewünscht ist. Während des Betriebs operiert der Schalter 522 basierend auf dem Wert des logischen Signals von dem ODER Gatter 520, um einen Gewichtungsfaktor oder eine Gewichtungsfunktion bereitzustellen, die von dem Regler 502 verwendet wird, um bessere Steuerung in Situationen auszuführen, in denen einer oder beide der M/A Blöcke 508 und 510 in einem manuellen Modus oder einem anderen nicht-automatischen Modus ist. Allgemein gesprochen, wenn der Schalter 522 ein hoch oder logisches Eins (wahr) Signal von dem ODER Gatter 520 empfängt (das anzeigt, dass eines oder beide der Sprühventile 16A und 16B in dem manuellen Modus sind), stellt der Schalter 522 das Signal von dem Block 526, welches nicht verschwindend ist in diesem Fall, als den Gewichtungsfaktor an den Regler 502 bereit. Alternativ, wenn die Ausgabe des ODER Gatters 520 niedrig oder eine logische Null (unwahr) ist, was anzeigt, dass keiner der M/A Blöcke 508 oder 510 in einem manuellen Modus ist, stellt der Schalter 522 das Signal von dem Block 524, welches Eins ist in diesem Fall, bereit, um es mittels des Reglers 502 anzuwenden als einen Gewichtungsfaktor in dem Steuerschema, das von dem Regler 502 verwendet wird. Natürlich kann, während die 5 eine spezifische Ausführung eines Feedbackortungsnetzwerkes zeigt, jeder andere Typ von Feedbackortungsnetzwerk oder andere Komponenten verwendet werden, um ein Feedbackortungsnetzwerk zu kreieren, das den Regler informiert, wann eines oder mehrere der Steuerelemente in einem manuellen Modus sind, um damit dem Regler zu ermöglichen, dieses reduzierte Steuerfreiheitsszenario zu kompensieren.
Es versteht sich, dass der Regler 502 zwei Prozessvariablen steuert, die an Eingaben des Regler 502 empfangen werden, wobei die erste Prozessvariable PV₁ die finale Dampftemperatur (T_Final in 1) und die zweite Prozessvariable PV₂ die Differenz zwischen der Temperatur T_A und der Temperatur T_B (d.h. T_A – T_B) an der Ausgabe der Mischungszonen 18A und 18B der 1 in den getrennten Flusspfaden sind. Allgemein gesprochen umfasst der Regler 502 ein Prozessmodell 530, das die Auswirkung von Änderungen in den Steuersignalen C₁ und C₂ modelliert, und letztendlich AC₁ und AC₂, auf jede der Prozessvariablen PV₁ und PV₂, die in diesem Fall repräsentativ für die finale Dampftemperatur T_Final und die Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B sind. Weiterhin, wie in 5 gezeigt, empfängt der Regler 502 zwei Sollwerte in Form von SP₁ und SP₂, wobei der Sollwert SP₁ der gewünschte Wert der finalen Dampftemperatur T_Final der 1 ist und der zweite Sollwert SP₂ der gewünschte Wert der Differenz zwischen den Prozessvariablen, die direkt über die Sprühwerte 16A und 16B oder die Steuersignale CV₁ und CV₂ gesteuert werden. Im Szenario der 5 ist der Sollwert SP₂ generell auf Null gesetzt (was anzeigt, dass es wünschenswert ist, die Temperaturen T_A und T_B auf denselben Wert zu treiben), obschon diese Einstellung nicht in allen Fällen realisiert sein muss, sodass der Sollwert SP₂ ein anderer Wert sein kann, falls dies gewünscht ist. In jedem Fall verwendet der Regler 502 die Prozessvariableneingaben PV₁ und PV₂, die Sollwerte für die Prozessvariableneingaben SP₁ und SP₂, und das Prozessmodell 530, um zwei Steueraufgaben zu implementieren, nämlich das Treiben von PV₁ auf SP₁ und das Treiben von PV₂ auf SP₂.
Insbesondere führt der Multivariablenregler 502 gleichzeitig Multivariablensteuerung basierend auf seinem internen Modell 530 aus, um optimale gleichzeitige Steuerung bereitzustellen, die beide Aufgaben implementiert, wenn der Regler 502 in der Lage ist, beide Sprühventile 16A und 16B zu steuern, d.h., wenn beide Sprühleitungen oder -ventile 16A und 16B in einem automatischen Modus sind. Damit, wenn beide Ventile 16A und 16B in einem automatischen Modus sind, implementiert der Multivariablenregler 502 Steuerung mit zwei Aufgaben. Die erste Aufgabe ist es, die finale Temperatur T_Final auf den gewünschten Sollwert SP₁ zu treiben, und die zweite Aufgabe ist es, die gemessen Temperatur T_A und die gemessene Temperatur T_B zu treiben, um die Differenz zwischen diesen Temperaturen zu veranlassen, mit dem Sollwert SP₂ übereinzustimmen, der in diesem Fall Null ist.
Natürlich kann der Multivariablenregler 502 ein Prozessmodell umfassen oder verwenden, wie ein MPC Modell, ein First-Principles Modell, oder ein anderes Modell, das allgemein die Reaktion oder Änderung in einer der gesteuerten Variablen (PV₁ oder PV₂) definiert auf eine Änderung in einer der manipulierten Variablen, d.h. der Steuersignale C₁ und C₂. Die Verwendung des Modells 530 ermöglicht dem Multivariablenregler 502 zu bestimmen, welche Werte für das Steuersignal C₁ und C₂ das System dahin treiben werden, die beiden Aufgaben in einer optimalen Weisen zu erfüllen.
Allerdings, wenn eines der Steuerventile 16A oder 16B in einen manuellen Modus oder einen anderen nicht-automatischen Modus versetzt wird, in dem das Steuerventil 16A oder 16B nicht durch eines der Steuersignale C₁ oder C₂ gesteuert wird, operiert das Feedbackortungsnetzwerk der 5, um im Wesentlichen den Multivariablenregler 502 in einen Einvariablenregler zu ändern mittels Anwenden eines Gewichtungsfaktors von Null auf die Steuerkomponenten oder Steuerberechnungen, die mit dem Erfüllen der zweiten Aufgaben assoziiert sind, d.h. dem Treiben der Prozessvariable PV₂, mit dem Sollwert SP₂ übereinzustimmen. In einem besonderen Fall ist die zweite Aufgabe, die Differenz zwischen den gemessenen Temperaturen T_A und T_B auf Null zu treiben. Insbesondere, wenn einer der beiden M/A Blöcke 508 und 510 in einen manuellen Modus versetzt ist, wird die Ausgabe des ODER Gatters 520 hoch oder eine logische Eins sein, was den Schalter 522 veranlasst, ein Signal von dem Block 526 (welches eine Null oder leeres Signal ist) als Gewichtungsfaktor zu senden, der auf die Steuerberechnungen angewandt werden soll, die mit dem Implementieren der zweiten Aufgabe (d.h. die Differenz zwischen PV₂ und SP₂ auf Null zu zwingen) assoziiert sind. Dieser Null-Gewichtungsfaktor hebt damit, innerhalb des Reglers 502, die Berechnungen auf, die die Steuersignale C₁ und C₂ zwingen, die zweite Aufgabe zu erfüllen, was nur die erste Aufgabe zurück lässt. Daher wird Steuerung in diesem Fall nur ausgeführt in Bezug auf die Differenz zwischen der finalen Dampftemperatur T_Final und dem Sollwert für die finale Dampftemperatur SP₁. Wiederum wird der Regler 502 in diesem Fall effektiv ein single-input/single-output oder Einvariablenregler, in dem das Eingabefeedbacksignal, das in dem Prozess gemessen wird, die finale Temperatur T_Final ist und nur eines der Steuerventile 16A und 16B verwendet wird, diese Temperatur zu steuern. Allerdings definiert oder modelliert in diesem Fall das Prozessmodell 530 den Effekt des Änderns eines der Steuerventile 16A und 16B (welches von diesen auch immer in einem automatischen Modus ist) auf die finale Dampftemperatur T_Final und damit kann der Regler 502 optimale Steuerung unter diesen Steuerbeschränkungen ausführen. Weiterhin wird verstanden werden, dass der Regler 502 die Ortungssignale verwendet, um zu wissen, welches Steuerventil 16A oder 16B in dem automatischen Modus ist und damit, welches Steuersignal C₁ oder C₂ verwendet werden soll, um die finale Dampftemperatur T_Final zu steuern in diesem reduzierten Ordnungssteuerszenario. Daher kann das Ortungssignal, das von den Blöcken 508 und 510 an den Regler 502 bereitgestellt wird, von dem Regler 502 verwendet werden, um zu bestimmen, welches Steuersignal C₁ oder C₂ verwendet werden soll, um die finale Dampftemperatur T_Final zu steuern in diesem reduzierten Aufgabenszenario. Allerdings, wenn beide der Sprühventile 16A und 16B in dem automatischen Modus sind, ist der Gewichtungsfaktor, der durch das Feedbackortungsnetzwerk bereitgestellt wird, eine Eins, was den Regler 502 veranlasst, als ein Multivariablenregler zu operieren, der multiple Aufgabensteuerung implementiert. Das heißt, das Feedbackortungsnetzwerk veranlasst den Regler 502 zu operieren, um so viele Aufgaben zu implementieren, wie es Steuerfreiheitsgrade gibt. Zum Beispiel gibt es, mit zwei der Steuerventile 16A und 16B in automatischer Steuerung, zwei Steuerfreiheitsgrade, die es dem Regler 502 ermöglichen, zwei Aufgaben (assoziiert mit PV₁ und PV₂) zu implementieren. Allerdings, wenn eines der Steuerventile 16A oder 16B in einem manuellen Modus ist, hat der Regler 502 nur einen Steuerfreiheitsgrad (eine manipulierte Variable zur Verwendung des Ausführens von Steuerung), und das Feedbackortungsnetzwerk veranlasst den Regler 502 als ein Einvariablenregler zu operieren, der nur eine Steueraufgabe (assoziiert mit PV₁) implementiert.
Es wird festgestellt werden, dass, während das System der 5 anzeigt, dass das Feedbackortungsnetzwerk eine Gewichtungsfunktion in Form einer Zahl zwischen Null und Eins an den Regler 502 zur Verwendung in Anwendung auf bestimmte Steuerberechnungen in dem Regler 502 bereitstellt, die Verwendung einer Gewichtungsfunktion auf andere Weisen implementiert werden kann und bestimmt ist, jedes Verfahren abzudecken, das die Implementierung von einer der Aufgaben in dem Regler 502 reduziert oder eliminiert, ganz gleich, wie diese Operation tatsächlich in den Reglerberechnungen implementiert ist (z.B. unter Verwendung eines anderen Prozessmodells, unter Verwendung einer anderen Steuerroutine, die keine Berechnungen für die zweite oder fallengelassene Aufgabe ausführt, etc.). Weiterhin, während 5 anzeigt, dass der Regler 502 Anzeigen der zweiten Prozessvariable PV₂ direkt als eine Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B empfängt, könnte der Regler 502 ebenso Anzeigen der zweiten Prozessvariablen PV₂ empfangen mittels Empfangen von Messungen oder anderen direkten Anzeigen der Temperatur T_A und T_B und dann die Differenz zwischen diesen empfangenen Temperaturen berechnen.
Wichtig ist, dass das Steuersystem der 5 die oben diskutierten Nachteile in Bezug auf die anderen Steuerszenarien der 2–4 eliminiert oder reduziert. Insbesondere verwendet das Steuerschema der 5 einen einzelnen Regler und ist damit nicht Verzögerungs- oder trägen Antwortproblemen ausgesetzt, die mit der Verwendung einer Menge von kaskadierten Reglern assoziiert sind, wie solche der 2 und 4. Weiterhin, weil es einen einzelnen Regler innerhalb des Steuerschemas der 5 gibt, braucht das Steuersystem der 5 keine Einstellungsübereinstimmung zwischen separaten Reglern sicherzustellen, wie dies die Situation in den Steuerschemata der 2 und 3 ist. Gleichfalls, weil das Feedbacksystem des Steuersystems der 5 die Steuerung der sekundären gesteuerten Variablen oder Aufgabe PV₂ eliminiert, wenn eines der Steuerventile 16A oder 16B in einen manuellen Modus versetzt wird, ist das Steuerschema der 5 nicht einem der mehreren Reglern ausgesetzt, die versuchen, ein einziges Steuerventil zu treiben, um zwei oder mehr verschiedene Aufgaben zu erreichen. Diese Situation führt zu einer stabileren und optimalen Steuerung in der Situation, in der eines der Steuerventile 16A oder 16B in einen manuellen oder anderen nicht-automatischen Modus versetzt ist.
Es wird verstanden werden, dass, während das Steuerschema der 5 in Bezug auf das Steuern zwei Sprühventile 16A und 16B in zwei verschiedenen Dampfflussleitungen eines Getrenntstromdampferzeugungssystems angeordnet sind, dieses Steuerschema verwendet werden kann, die Temperatur oder andere Prozessvariablen (z.B. Fluidfluss, Druck, Level, etc.) in anderen Situationen zu steuern, in denen Steuerung auf einer Prozessvariable ausgeführt wird in jeder der zwei der mehr separaten Flussleitungen oder -containern, die kombiniert werden, um einen einzelnen Strom von Fluid zu erzeugen, in dem eine Prozessvariable gesteuert wird.
Weiterhin könnte das Steuerschema, das in 5 beschrieben ist, erweitert werden, um in Prozessen verwendet zu werden, die mehr als zwei getrennte Flussleitungen haben, wie in einem Prozess, der drei, vier, etc. getrennte Flussleitungen umfasst, die kombiniert werden, um eine reduzierte Menge von Flussleitungen zu erzeugen, wie eine, in der eine Prozessvariable gesteuert wird. Insbesondere könnte die Konfiguration der 1 modifiziert werden, sodass drei Dampfleitungen (anstelle von zweien) vorhanden sind, mit einem Sprühventil angeordnet in jeder der Dampfleitungen und mit drei Dampfleitungen, die zusammenlaufen, um eine einzelne kombinierte Dampfleitung zu bilden, die der Turbine 14 bereitgestellt wird. In diesem Fall könnte der Regler 502 (der 5) erweitert werden, um drei Steuersignale (C₁, C₂ und C₃) zu erzeugen, wobei jedes Steuersignal eines der drei Steuerventile steuert. Weiterhin könnte der Regler 502 Eingaben in Form von PV₁ (die gemessene finale Dampftemperatur), PV₂ (die Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B zwischen den ersten zwei Dampfleitungen) und PV₃ (die Differenz zwischen den Temperaturen T_B und T_C) in den letzten zwei Dampfleitungen, zum Beispiel. Der Regler 502 könnte ebenso Sollwerte in Form von Sollwert SP₁ (die gewünschte finale Dampftemperatur), Sollwert SP₂ (die gewünschte Differenz zwischen Temperaturen T_A und T_B, die normalerweise Null wäre), und Sollwert SP₃ (die gewünschte Differenz zwischen Temperatur T_A und T_C, die wiederum normalerweise Null wäre). Das Feedbackortungsnetzwerk könnte ebenso bestimmen, wann eines oder zwei der Sprühventile in einen manuellen Modus versetzt sind und Gewichtungsfaktoren auf die zweiten zwei Aufgaben setzen (d.h. Treiben der Temperaturdifferenzen zwischen T_A und T_B oder zwischen T_B und T_C auf Null) abhängig davon, welches Sprühventil oder welche Sprühventile in den manuellen Modus versetzt sind. Auf diese Weise könnte das Feedbackortungsnetzwerk den Regler 502 von einem Dreiaufgabenmultivariablenregler auf einen Zweiaufgabenmultivariablenregler mittels Eliminierung einer der zweiten oder dritten Aufgaben reduzieren, wenn eines der Sprühventile in einen manuellen Modus versetzt ist, und das Feedbackortungsnetzwerk könnte den Regler 502 auf einen Einvariablenregler reduzieren (anstelle eines Mutlivariablenreglers), um nur eine Aufgabe zu implementieren, wenn zwei der Sprühventile in einen manuellen Modus versetzt sind mittels Eliminierung oder Ausgewichtung der Steuerberechnungen, die mit beiden der zweiten und dritten Aufgaben assoziiert sind.
Weiterhin, während das Steuerschema der 5 gezeigt ist in der Verwendung zum Steuern von Dampftemperatur in einer Dampfturbine, die multiple Dampfpfade oder -leitungen hat, könnte diese System ebenso in anderen Steuerszenarien verwendet werden, in denen verschiedene Flüsse von Fluid oder anderen Materialien in verschiedenen Steuerpfaden oder Fluidpfaden prozessiert werden und kombiniert werden, um einen finalen Steuerpfad oder ein finales Fluid zu erzeugen, bevor es auf eine Weise verwendet wird. Zum Beispiel, anstelle des Steuerns einer Temperatur des Dampfes in verschiedenen Leitungen, könnte das Steuersystem der 5 verwendet werden, um den Fluss von Fluid oder des Druckfluids, wie Gas, in jeder der vielen Leitungen zu steuern, wobei dieses Fluid dann in einer Ausgabeleitung kombiniert wird.
6 und 7 zeigen Graphen, die eine simulierte Operation des Steuerschemas der 5 in einem Prozess wie in 1 als Antwort auf viele verschiedene Änderungen zeigt, wie Sollwertänderungen, Prozessstörungen, und eines der Sprühventile (16A oder 16B) in der separaten Dampfleitung, das in und aus einem manuellen Modus versetzt wird, um die Effektivität dieses Steuerschemas beim Halten der finalen Dampftemperatur T_Final auf oder nahe dem Sollwert SP₁ in diesen vielen verschiedenen Situationen anzuzeigen. Insbesondere zeigt 6 eine Linie 602, die die finale Dampftemperatur T_Final des Systems der 1 darstellt, Linien 604A und 604B, die die gemessenen Temperaturen T_A und T_B nach den Mischungszonen 18A und 18B entsprechend darstellen, in 1, und Linien 606A und 606B, die den Fluss von Wasser durch (oder die Positionierung von) den Steuerventilen 16A und 16B entsprechend von 1 darstellen. Daher stellen die Linien 604A und 606A Prozessvariablen in der ersten getrennten Dampfleitung oder dem ersten getrennten Dampfpfad (bezeichnet als Dampfpfad A) dar, wohingegen die Linien 604B und 606B Prozessvariablen in der zweiten getrennten Dampfleitung oder dem zweiten getrennten Dampfpfad (bezeichnet als Dampfpfad B) darstellen. Weiterhin stellt die Linie 602 eine Prozessvariable in dem kombinierten Flusspfad dar.
Weiterhin war das Steuersystem, das in der Simulation der 6 und 7 verwendet wurde, ein MIMO (2 × 2) Regler, der zwei Steuereingaben (die die gemessene finale Dampftemperatur T_Final und die Differenz zwischen den Temperaturen T_A und T_B darstellen) hat und zwei Steuerausgaben, die die Positionierung und daher den Fluss von Kühlflüssigkeit (Wasser) durch die Sprühventile 16A und 16B in der Implementierung der 1 steuerten. Der Steueralgorithmus wurde als ein MPC Algorithmus implementiert und die Dampftemperaturprozessmodelle für beide der A und B Pfade wurden als genau gleich gewählt. Gleichfalls, wie bemerkt werden wird, startet die Anfangsbedingung aus einem stationären Zustand, in dem die finale Dampftemperatur T_Final 1030 Grad F ist. Zu Illustrationszwecken werden die Steuergewichtungen auf die Sprühventile 16A und 16B (d.h. in den separaten Dampfpfaden) unterschiedlich eingestellt. Wie in 6 erkennbar ist, ist die finale Dampftemperatur T_Final vor einer ersten Zeit T₁ in einem stationären Zustand (Linie 602), die Temperaturen T_A und T_B sind gleich und in einem stationären Zustand (Linie 604A und 604B), und die Steuerventile sind an dieselbe Position gesetzt, um gleichen Fluss hierdurch (Linien 606A und 606B) zu steuern oder zu erlauben.
Zu der Zeit T₁ wird der finale Dampftemperatursollwert (SP₁ aus 1) von 1030 auf 1000 geändert, und der Regler steuert die Sprühventile 16A und 16B (unter Verwendung des Prozessmodells), um die finale Dampftemperatur T_Final zu veranlassen, auf den neuen Sollwert (Linie 602) zu fallen mittels Treiben sowohl der A als auch der B Seiten Temperaturen T_A und T_B auf eine neues Level (Linien 604A und 604B), während diese Temperaturen gleich gehalten werden. Natürlich, da das Prozessmodell für jedes der Sprühventile 16A und 16B dasselbe ist, setzen sich die Sprühventile (Linien 606A und 606B) auf einem neuen Level oder einer neuen Position (die in beiden Fällen dieselbe ist), um den neuen finalen Dampftemperatursollwert zu erhalten. Wie erkannt werden kann, ist die Steuerleistung in diesem Fall zufriedenstellend, da die finale Dampftemperatur 602 schnell ohne Überschießen auf ihren neuen Sollwert getrieben wird, während die Temperaturen T_A und T_B einander gleich gehalten werden.
Zur Zeit T₂ wird ein künstlicher Bias (z.B. ein unmodellierte Störung) zu der B-Seiten-Temperatur hinzugefügt, was den Regler veranlasst, die A-Seiten- und die B-Seiten-Sprühventile 16A und 16B an verschiedenen Positionen zu sein, um die finale Dampftemperatur T_Final auf dem Sollwert zu halten. Als Ergebnis trennen sich die Linien 606A und 606B und erreichen unterschiedliche stationäre Zustandslevel, um die finale Dampftemperatur T_Final auf dem Sollwert zu halten, während die Störung kompensiert wird. Wie in 6 gesehen werden kann, wird die finale Dampftemperatur T_Final, nach dieser abrupten Störung, dicht auf dem Sollwert (1000 Grad F) gehalten und die Temperaturen T_A und T_B in den A und B Dampfleitungen werden auf dem gleichen Level gehalten, was die zwei Aufgaben des Reglers sind.
In Bezug auf 7, die an einem Punkt nach 6 fortsetzt, ist das Sprühventil 16B in dem Dampfpfad B oder der B Seite in einen manuellen Modus versetzt (der Fluss wird gleich dem vorherigen gehalten, aber wobei dem Regler nicht erlaubt wird, die Positionierung dieses Ventils zu beeinflussen). Es gibt zu diesem Zeitpunkt keine Änderung der Prozessvariablen 602, 604 und 606, weil das System in einem stationären Zustand ist und der Regler nicht den Verlust der Steuerung eines der Sprühventile zu kompensieren braucht. Allerdings, zur Zeit T₃, wird der finale Temperatursollwert SP₁ auf 1030 Grad F erhöht. Wie erwartet, unternimmt nur das Sprühventil 16A auf der A Seite eine Steueraktion und steuert die finale Dampftemperatur T_Final auf den neuen Sollwert. Daher nimmt in diesem Fall die Linie 606A scharf ab, während die Linie 606B konstant bleibt (da das Sprühventil 16B in einem manuellen Modus ist und nicht von dem Regler beeinflusst wird). Hier wird festgestellt werden, dass der Regler, mittels des Feedbackmechanismus gezeigt in 5, die Tatsache erkennt, dass das B-Seiten Steuerventil 16B in einen manuellen Modus versetzt wurde und anfängt, die Steuerberechnungen auf die zweite Steueraufgabe (d.h. Halten der Differenz zwischen den Dampftemperaturen T_A und T_B auf Null) zu gewichten mit einer Nullgewichtung, um dadurch diese Aufgabe aus dem Steuerschema zu eliminieren. In diesem Fall werden die A-Seiten- und die B-Seitentemperaturen T_A und T_B nicht länger auf demselben Level erhalten, und sie trennen sich und setzen sich schließlich auf verschiedene Werte, wie mit den Linien 604A und 604B in 7 gezeigt.
Als nächstes, zur Zeit T₄, wird das B-Seiten Steuerventil 16B zurück in einen automatischen Modus versetzt, in dem dieses Ventil wieder mittels des Reglers oder ansprechend auf diesen gesteuert wird. Der Regler erkennt diese Tatsache basierend auf dem Feedbackortungsnetzwerk und durch Gewichtung der zweiten Steueraufgabe (T_A – T_B = 0) mit einem vollen Gewicht (Eins), was den Regler veranlasst, beide Steueraufgaben zu implementieren. Diese Steuerung resultiert dann darin, dass der Regler die finale Temperatur T_Final auf ihrem Sollwert hält und die Temperaturen T_A und T_B zurück auf dasselbe Level (Linien 604A und 604B) gebracht werden. Zufälligerweise setzen sich die Sprühventile 16A und 16B nicht auf demselben Wert aufgrund der anhaltenden ungemessenen Störung, die zur Zeit T₂ eingeführt wurde (Linien 606A und 606B). Es wird jedoch festgestellt werden, wenn das Steuerventil 16B zurück in den automatischen Modus versetzt wird, fängt der Regler an, Multiaufgabensteuerung zu implementieren, während die finale Dampftemperatur T_Final auf dem Sollwert in einer zufriedenstellenden Weise gehalten wird.
Während das Steuerschema der 5 beschreiben wurde für ein Getrenntstromleistungserzeugungssystem wie in 1, könnte dieses Steuerschema verwendet werden, andere Typen von Anlagen oder Systemen zu steuern einschließlich anderer Getrenntstromkonfigurationen. Zum Beispiel illustriert 8 ein Blockdiagramm eines Durchlaufheizkesseldampfzyklus für einen typischen Heizkessel 800, der zum Beispiel in einem Heizkraftwerk verwendet werden kann, in dem das Steuersystem oder die hierin beschriebene Technik verwendet werden könnten, um eine finale Turbineneingabedampftemperatur zu steuern. Insbesondere kann der Heizkessel 800 der 8 viele Sektionen umfassen, durch die Dampf oder Wasser in verschiedenen Formen fließt. Der Heizkessel 800 zeigt multiple Überhitzersektionen, durch welche überhitzter Dampf fließt, obwohl es wertgeschätzt werden sollte, dass andere Sektionen, wie eine Zwischenüberhitzersektion ebenso verwendet werden könnten. Während der in 8 gezeigte Heizkessel 800 viele Heizkesselsektionen hat, die horizontal angeordnet sind, können in einer tatsächlichen Implementation eine oder mehrere dieser Sektionen vertikal in Bezug aufeinander angeordnet sein, speziell, weil Rauchgas, das den Dampf in verschiedenen Heizkesselsektionen aufheizt, wie eine Wasserwandabsorptionssektion, vertikal aufsteigt (oder vertikal in Spiralen sich bewegt).
In jedem Fall, wie in 8 gezeigt, umfasst der Heizkessel 800 einen Ofen und eine primäre Wasserwandabsorptionssektion 802, eine erste primäre Überhitzersektionsabsorptionssektion 804 in einem ersten getrennten Flusspfad, eine zweite primäre Überhitzerabsorptionssektion 805 in einem zweiten getrennten Flusspfad, und eine finale Überhitzerabsorptionssektion 806 in einem kombinierten Pfad. Zusätzlich umfasst der Überhitzer 800 eine erste Entüberhitzer- oder Sprühsektion 810 in dem ersten getrennten Flusspfad, eine zweite Entüberhitzersektion oder Sprühsektion 811 in dem zweiten getrennten Flusspfad, und eine Vorwärmersektion 814. Während des Betriebs wird der Hauptdampf, der mittels des Heizkessels 800 erzeugt und mittels der finalen Überhitzerabsorptionsektion 806 ausgegeben wird, verwendet, um eine Hochdruck (HP) Turbine 816 anzutreiben. In einigen Fällen kann der Heizkessel 800 ebenso eine Niedrig- oder Mitteldruckturbine antreiben, wie eine, die in einer Zwischenüberhitzerabsorptionssektion angeordnet ist, die in 8 nicht dargestellt ist.
Die Wasserwandabsorptionsektion 802, die primär dafür verantwortlich ist, dass Dampf erzeugt wird, umfasst eine Anzahl von Rohren, durch die Wasser oder Dampf von der Vorwärmersektion 814 in dem Ofen erhitzt wird. Natürlich kann Speisewasser, das in die Wasserwandabsorptionssektion 802 kommt, durch die Vorwärmersektion 814 gepumpt werden und dieses Wasser absorbiert eine große Menge an Wärme, wenn in der Wasserwandabsorptionssektion 802. Der Dampf oder das Wasser, das an der Ausgabe der Wasserwandabsorptionssektion 802 bereitgestellt wird, wird sowohl in die erste primäre Überhitzerabsorptionssektionen 804 als auch die zweite primäre Überhitzerabsorptionssektion 805 eingespeist.
Wie in 8 veranschaulicht, ist die erste primäre Überhitzerabsorptionssektion 804 parallel mit der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805 verbunden (d.h. Wasser fließt zugleich durch die erste primäre Überhitzerabsorptionssektion 804 und die zweite primäre Überhitzerabsorptionssektion 805). Jede der ersten primären Überhitzerabsorptionssektion 804 und der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805 ist eingerichtet, Wasser zu erwärmen, das in diese eintritt und aufgewärmtes Wasser auszugeben. Wasser, das sowohl aus der ersten primären Überhitzerabsorptionssektion 804 und der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805 austritt, wird in einem Flusspfad kombiniert, in dem dieses Wasser in die finale Überhitzerabsorptionssektion 806 eingespeist wird. Insbesondere wird Wasser aus der ersten primären Überhitzerabsorptionssektion 804 mit Wasser aus der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805 kombiniert, bevor es in die finale Überhitzerabsorptionsektion 806 eingespeist wird. Die Verwendung der ersten primären Überhitzerabsorptionssektion 804, der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805, und der finalen Überhitzerabsorptionsektion 806 zusammen erhöhen die Dampftemperaturlevel auf sehr hohe Level. Der Hauptdampf, der aus der finalen Überhitzerabsorptionssektion 806 ausgegeben wird, treibt die Hochdruckturbine 816 an, um Elektrizität zu erzeugen.
Die erste Sprühersektion 810 und die zweite Sprühersektion 811 können verwendet werden, um die entsprechenden Temperaturen des Dampfes zu steuern, der aus der ersten primären Überhitzerabsorptionssektion 804 und der zweiten primären Überhitzerabsorptionssektion 805 ausgegeben wird, und daher, um die Temperatur des Dampfes zu steuern, der in die finale Überhitzerabsorptionssektion 806 eingegeben wird, sowie, in geringerem Ausmaß, die finale Dampftemperatur an der Eingabe der Turbine 816. Entsprechend können die erste Sprühersektion 810 und die zweite Sprühersektion 811 gesteuert werden, um die finale Dampftemperatur an der Eingabe der Turbine 816 anzupassen, damit sie auf einem gewünschten Sollwert ist, unter Verwendung des Steuersystems wie in 5. Für jede der ersten Sprühersektionen 810 und der zweiten Sprühersektionen 811 kann eine Sprühspeisung als eine Wasserquelle (oder einer anderen Flüssigkeit) verwendet werden, die an ein Ventil geliefert wird (dargestellt als Ventile 822 und 824) verwendet, um eine Menge von Spray zu steuern, die auf den Ausgabedampf aus der entsprechenden Sprühersektion 810 oder 811 angewendet wird und daher verwendet, um die Temperatur des Ausgabedampfes zu steuern. Im Allgemeinen, je mehr Spray verwendet wird (d.h. je mehr die Ventile 822 und 824 geöffnet werden), desto mehr wird der Ausgabedampf aus den entsprechenden Sprühsektionen 810 oder 811 gekühlt oder in der Temperatur reduziert. In einigen Fällen ist die Sprühspeisung, die an die Sprühsektionen 810 und 811 bereitgestellt wird, aus der Speiseleitung der Vorwärmersektion 814 entnommen werden.
Es sollte wertgeschätzt werden, dass der Dampf aus der Turbine 816 zu einer Zwischenüberhitzerabsorptionssektion (nicht dargestellt in 8) geleitet werden kann, und der heiße wiederaufgeheizte Dampf, der von der Zwischenüberhitzerabsorptionssektion ausgegeben wird kann durch eine oder mehrere zusätzliche Turbinensysteme (nicht dargestellt in 8) gespeist werden, und/oder zu einem Dampfkondensator (nicht dargestellt in 8), wo der Dampf in eine flüssige Form kondensiert wird, und der Zyklus erneut beginnt mit vielen Speisepumpen, die Speisewasser durch eine Kaskade von Speisewasserheizerzügen pumpen und dann in die Vorwärmersektion 814 für den nächsten Zyklus. Die Vorwärmersektion 814 ist in dem Fluss von heißen Abgasen angeordnet, die aus dem Heizkessel 800 entweichen und verwendet die heißen Gase, um zusätzliche Wärme zu dem Speisewasser zu transferieren bevor das Speisewasser in die Wasserwandabsorptionssektion 802 eintritt.
Wie in 8 dargestellt, ist ein Regler oder eine Reglereinheit 820 kommunikativ mit dem Ofen innerhalb der Wasserwandsektion 802 gekuppelt und zu den Werten 822 und 824, die entsprechend die Menge von Wasser steuern, die an die Sprüher in der ersten Sprühersektion 810 und der zweiten Sprühersektion 811 bereitgestellt wird. Der Regler 820 kann ebenso kommunikativ mit Flusssensoren (nicht dargestellt in 8) gekuppelt sein, die an den Ausgaben der Ventile 822 und 824 angeordnet sind. Der Regler 820 ist ebenso mit vielen Sensoren gekuppelt, einschließlich einem Zwischentemperatursensor 825 angeordnet an der Ausgabe der Wasserwandabsorptionssektion 802, multiple primäre Temperatursensoren 826, 827 angeordnet entsprechend an den Ausgaben der ersten Sprühersektion 810 und der zweiten Sprühersektion 811, und einen Ausgabetemperatursensor 828 angeordnet an der Ausgabe der finalen Überhitzerabsorptionssektion 806. Der Regler 820 kann ebenso andere Eingaben einschließlich der Feuerungsrate, einem Lastsignal (typischerweise als ein Vorwärtsschubsignal bezeichnet), das eine tatsächliche oder gewünschte Last des Kraftwerks anzeigt und/oder aus dieser abgeleitet ist, sowie Signale, die Einstellungen oder Merkmale des Heizkessels anzeigen, einschließlich, zum Beispiel, Klappeneinstellungen, Verbrennerneigungspositionen, etc. Der Regler 820 kann andere Steuersignale erzeugen oder an viele Heizkessel- und Ofensektionen des System senden und kann andere Messungen empfangen, wie Ventilpositionen, gemessene Sprühflüsse, andere Temperaturmessungen, etc. Während nicht spezifisch in 8 dargestellt, könnten der Regler oder Reglereinheit 820 separate Sektionen, Routinen und/oder andere Steuereinrichtungen zum Steuern der Überhitzersektion und der optionalen Zwischenüberhitzersektion des Heizkesselsystems umfassen. In jedem Fall könnte der Regler 820 der 8 die Steuertechnik implementieren, die in Bezug auf 5 beschrieben wurde, um Multiaufgabensteuerung mittels gleichzeitigem Steuern der finalen Dampftemperatur T_Final der 8 auszuführen, damit diese gleich einem Sollwert ist, während die Zwischendampftemperaturen T_A und T_B gesteuert werden, um gleich einander zu sein, wenn die Ventile 822 und 824 in einem automatischen Modus sind, und Steuern nur der finalen Dampftemperatur T_Final auf den Sollwert, wenn eines der Ventile 822 und 824 in einem manuellen Modus ist.
Steuerschemata, -systeme, und -verfahren, die hierin beschrieben werden, sind ebenso auf Dampferzeugungssysteme anwendbar, die andere Typen von getrennten Stromkonfigurationen für Überhitzersektionen verwenden, als hierin gezeigt oder beschrieben. Daher, während 1 und 8 verschiedene Konfigurationen zeigen, die multiple Überhitzersektionen verwenden, kann das Steuerschema, das hierin beschrieben wurde, mit Heizkesselsystemen verwendet werden, die mehr oder weniger Überhitzersektionen, Entüberhitzersektionen, etc., haben und die irgendeinen anderen Typ von Konfiguration in jeder der Überhitzersektionen verwenden. Weiterhin, während das Steuerschema, das hierin beschrieben wurde, in Bezug auf Steuern von Sprühventilen beschrieben ist, könnte dieses Steuerschema verwendet werden, um andere Steuermittel oder -equipment zu steuern wie Rauchgasbypassklappen, Verbrennerneigungspositionen, etc., in denen multiple Ströme von Fluid getrennt gesteuert werden und dann kombiniert werden, um eine finale Prozessvariable zu erzeugen, die gesteuert wird. Dieses Steuerschema kann ebenso auf Szenarien angepasst werden, in denen die klassischen zwei inter-stage (inner-loop) PID Regler in der Steuerschleife gehalten werden.
Weiterhin sind die Steuerschemata, -systeme, und -verfahren, die hierin beschrieben wurden, nicht auf Steuern nur einer Ausgabedampftemperatur eines Dampferzeugungsheizkesselsystems beschränkt. Andere abhängige Prozessvariablen des Dampferzeugungsheizkesselsystems können zusätzlich oder alternativ mittels der Steuerschemata, -systeme und -verfahren gesteuert werden, die hierin beschrieben wurden. Zum Beispiel sind die hierin beschriebenen Steuerschemata, -systeme, und -verfahren anwendbar auf Steuern einer Menge von Ammoniak zur Stickstoffoxidreduktion, Trommellevel, Ofendruck, Drosseldruck, und andere abhängige Prozessvariablen des Dampferzeugungsheizkesselsystems.
Obschon der vorhergehende Text eine detaillierte Beschreibung vieler verschiedener Ausführungsformen der Erfindung darlegt, sollte verstanden werden, dass der Umfang der Erfindung definiert wird mittels der Worte der Ansprüche, die am Ende diese Patents dargelegt werden. Die detaillierte Beschreibung soll nur als beispielhaft ausgelegt werden und beschreibt nicht jede Ausführungsform der Erfindung, weil das Beschreiben jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht unmöglich, wäre. Vielfache alternative Ausführungsformen könnten implementiert werden unter Verwendung entweder heutiger Technologie oder Technologien, die nach dem Einreichungsdatum dieses Patents entwickelt werden, die immer noch dem Umfang der Ansprüche, die die Erfindung definieren, unterfallen würden.
Daher können Modifikationen und Variationen in den Techniken und Strukturen, die hierin beschrieben und illustriert werden, vorgenommen werden, ohne von dem Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollte verstanden werden, dass die Verfahren und Vorrichtungen hierin nur veranschaulichend sind und nicht einschränkend in Bezug auf den Umfang der Erfindung.

Claims

Prozesssteuersystem zum Steuern eines Prozesses, das zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem oder mehreren Steuerelementen, die in jedem der zwei oder mehreren getrennten Flusspfade angeordnet sind, um eine Fluideigenschaft innerhalb der getrennten Flusspfade zu steuern, umfassend: einen Multivariablenregler, der eine Vielzahl von Prozessvariableneingaben umfasst, jede Prozessvariableneingabe um eine Anzeige einer bestimmten gesteuerten Prozessvariable zu empfangen, eine Vielzahl von Sollwerteingaben, die einen Sollwert für jede der Vielzahl von gesteuerten Prozessvariablen definiert, eine Mehrzahl von Steuerausgaben, jede Steuerausgabe, um ein Steuersignal zur Verwendung im Steuern eines der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade bereitzustellen, und ein Prozessmodell, das Änderungen in jedem der Steuersignale mit Änderungen in den gesteuerten Prozessvariablen verknüpft; und ein Feedbackortungsnetzwerk, das anzeigt, wenn eines der Steuerelemente in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist, in dem das Steuerelement nicht ansprechbar ist für ein assoziiertes der Steuersignale; wobei, in einem ersten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, der multivariable Regler jede der bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und die Sollwerte für jede der gesteuerten Prozessvariablen verwendet, um Steuersignale zu bestimmen und, in einem zweiten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, der multivariable Regler weniger als alle der bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und weniger als alle der assoziierten Sollwerte für die gesteuerten Prozessvariablen verwendet, um die Steuersignale zu bestimmen.
Prozesssteuersystem nach Anspruch 1, wobei eine erste der Prozessvariableneingaben eine erste Prozessvariablenanzeige einer ersten Prozessvariablen in dem kombinierten Flusspfad empfängt und eine zweite der Prozessvariableneingaben eine zweite Prozessvariablenanzeige verknüpft mit Messungen einer zweiten Prozessvariable in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade empfängt, insbesondere wobei die zweite Prozessvariablenanzeige mit einer Differenz zwischen der zweiten Prozessvariable in jedem der zwei der getrennten Flusspfade verknüpft ist, insbesondere wobei der Sollwert für die zweite Prozessvariableneingabe Null ist, und/oder wobei die zweite Prozessvariable in jedem der getrennten Flusspfade eine Temperatur ist.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, insbesondere nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Kombinator, der eines oder mehrere der Steuersignale mit einem Vorwärtsschubsteuersignal kombiniert, um ein angepasstes Steuersignal zu produzieren, das dem einen oder mehreren Steuerelementen in den getrennten Flusspfaden bereitgestellt werden soll.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Modul, das mit jedem der Steuerelemente assoziiert ist, und dass es einem Benutzer ermöglicht, ein entsprechendes Steuerelement in den manuellen Modus zu versetzen, in dem das Steuerelement nicht auf eines der Steuersignale ansprechbar ist.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Regler mit dem Feedbackortungsnetzwerk gekuppelt ist, um eine Anzeige zu erhalten, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, und der die Anzeige, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, verwendet, um zu bestimmen, welches Steuersignal verwendet wird, um die erste gesteuerte Prozessvariable auf den ersten Sollwert zu treiben, der mit der ersten gesteuerten Prozessvariable assoziiert ist.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Feedbackortungsnetzwerk eine Anzeige eines manuellen Zustands jedes der Steuerelemente innerhalb der getrennten Flusspfade empfängt, und ein Logikelement umfasst, das den manuellen Zustand jedes der Steuerelemente innerhalb der getrennten Steuerpfade empfängt und bestimmt, ob irgend eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, insbesondere wobei das Feedbackortungsnetzwerk einen Schalter umfasst, der mit dem Logikelement gekuppelt ist, der eine Gewichtungsfunktion an den Regler bereitstellt basierend auf der Ausgabe des Logikelements, und/oder wobei der Schalter eine Gewichtungsfunktion von Null an den Regler bereitstellt, wenn die Ausgabe des Logikelements anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, und/oder wobei der Schalter eine Gewichtungsfunktion von Eins an den Regler bereitstellt, wenn die Ausgabe des Logikelements anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem oder mehreren Steuerelementen in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft eines Fluids innerhalb der getrennten Flusspfade, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Anzeigen einer ersten und einer zweiten gesteuerten Prozessvariable; Empfangen von Sollwerten für jeder der ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen; Bestimmen, mittels eines Prozessors, einer Vielzahl von Steuersignalen, wobei jedes Steuersignal verwendet werden soll, um eines der einen oder mehreren Steuerelementen in einem der getrennten Flusspfade zu steuern, und Empfangen einer Feedbackanzeige, wenn die Steuerelemente in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus sind, in dem die Steuerelemente nicht auf ein assoziiertes Steuersignal ansprechbar sind; wobei Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen in einem ersten Modus umfasst, in dem die Feedbackanzeige anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, Verwenden jeder der empfangenen ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und der Sollwerte für jede der ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen, um die Steuersignale zu bestimmen, und Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen in einem zweiten Modus, in dem die Feedbackanzeige anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, Verwenden nur einer der ersten und zweiten bestimmten gesteuerten Prozessvariablenanzeigen und nur eines der ersten und zweiten Sollwerte für die gesteuerten Prozessvariablen.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach Anspruch 7, wobei Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen Implementieren, mittels eines Prozessors, eines Prozessmodells umfasst, das Änderungen in jedem der Steuersignale mit Änderungen in den ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen verknüpft und weiterhin, in dem zweiten Modus, Gewichtung von Berechnungen umfasst, die sich auf den Effekt der ersten oder zweiten Steuersignale auf die erste gesteuerte Prozessvariable beziehen, anders als Berechnungen, die sich auf den Effekt des ersten oder zweiten Steuersignals auf die zweite gesteuerte Prozessvariable beziehen, insbesondere wobei Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen, in dem zweiten Modus, Gewichtung von Berechnungen umfasst, die sich auf den Effekt des ersten oder zweiten Steuersignals auf die erste gesteuerte Prozessvariable beziehen, auf Null.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 7 oder 8, insbesondere nach Anspruch 7, wobei Empfangen von Anzeigen der ersten und zweiten gesteuerten Prozessvariablen Empfangen von einer Anzeige einer ersten Prozessvariable innerhalb des kombinierten Flusspfades als erste gesteuerte Prozessvariablenanzeige umfasst und Empfangen einer Anzeige einer zweiten Prozessvariable, die sich auf Messungen einer zweiten Prozessvariable in jedem der zwei oder mehreren getrennten Flusspfade als zweite gesteuerte Prozessvariable, insbesondere wobei die zweite Prozessvariablenanzeige mit einer Differenz zwischen den Messungen der zweiten Prozessvariable in den zwei getrennten Flusspfaden verknüpft ist.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 7 bis 9, insbesondere nach Anspruch 7, wobei Empfangen des Sollwertes der zweiten Prozessvariable das Empfangen eines Nullsollwertes umfasst, und/oder wobei Empfangen der zweiten Prozessvariablenanzeige Empfangen einer Messung einer Temperatur in jedem der getrennten Flusspfade umfasst, und/oder wobei Empfangen der zweiten Prozessvariablenanzeige Berechnen einer Differenz zwischen den empfangenen Messungen der Temperatur in jedem der getrennten Flusspfade umfasst, und/oder wobei Empfangen der zweiten Prozessvariablenanzeige Empfangen einer Messung einer bestimmten Prozessvariable von zwei der getrennten Flusspfade umfasst und Berechnen einer Differenz zwischen der Messung der bestimmten Prozessvariable von den zwei getrennten Flusspfaden.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 7 bis 10, insbesondere nach Anspruch 7, wobei Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen in dem zweiten Modus weiterhin Bestimmen, mittels eines Prozessors, welches der Steuersignale verwendet werden soll, um die erste gesteuerte Prozessvariable auf den ersten Sollwert assoziiert mit der ersten gesteuerten Prozessvariable zu treiben, umfasst, basierend auf einer Anzeige, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist.
Prozesssteuersystem zum Steuern eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, mit einem oder mehreren Steuerelementen in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft in den getrennten Flusspfaden, umfassend: einen Multivariablenregler, der eine Vielzahl von gesteuerten Variableneingaben umfasst, die jede einen Wert einer verschiedenen gesteuerten Variable empfangen, und eine Sollwerteingabe für jede der Vielzahl von gesteuerten Variablen assoziiert mit den gesteuerten Variableneingaben, wobei der Multivariablenregler mittels eines Prozessors operiert, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Steuersignalen zu bestimmen, wobei jedes Steuersignal zum Steuern eines der Steuerelemente in einem der getrennten Flusspfade verwendet wird, wobei der multivariable Regler die Werte der Mehrzahl von Steuersignalen bestimmt, um zwei oder mehr Aufgaben zu implementieren, wobei die erste Aufgabe das Treiben einer ersten gesteuerten Variable auf einen Sollwert für die erste gesteuerte Variable ist und die zweite Aufgabe das Treiben einer zweiten gesteuerten Variable auf einen Sollwert für die zweite gesteuerte Variable ist; und ein Feedbackortungsnetzwerk, das anzeigt, wenn die Steuerelemente in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus sind, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes Steuersignal ansprechbar ist; wobei, in einem ersten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, der Multivariablenregler das Steuersignal bestimmt, beide der ersten und zweiten Aufgaben zu implementieren und, in einem zweiten Modus, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, der Multivariablenregler die Steuersignale bestimmt, nur eine der ersten und zweiten Aufgaben zu implementieren.
Prozesssteuersystem nach Anspruch 12, wobei die erste gesteuerte Variable eine Prozessvariable in dem kombinierten Flusspfad ist und die zweite gesteuerte Variable eine Variable ist, die sich auf Messungen einer bestimmten Prozessvariable in jedem der zwei oder mehreren getrennten Flusspfade bezieht, insbesondere wobei die zweite gesteuerte Variable eine Differenz zwischen den Messungen der bestimmten Prozessvariable von zwei der getrennten Flusspfade ist, insbesondere wobei der Sollwert für die zweite gesteuerte Variable Null ist, sodass die zweite Aufgabe das Treiben der bestimmten Prozessvariable in den zwei der getrennten Flusspfade auf den gleichen Wert ist, und/oder wobei, in einem zweiten Modus, der Multivariablenregler die Steuersignale bestimmt, um nur die erste Aufgabe zu implementieren.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, insbesondere nach Anspruch 12, weiterhin ein Modul umfassend, das mit jedem der Steuerelemente assoziiert ist, und das es einem Benutzer erlaubt, ein entsprechendes Steuerelement in den manuellen Modus zu versetzen, in dem das Steuerelement nicht auf eines des Steuersignale ansprechbar ist.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, insbesondere nach Anspruch 12, wobei der Multivariablenregler mit dem Feedbackortungsnetzwerk gekuppelt ist, um eine Anzeige zu empfangen, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, und, in dem zweiten Modus, die Anzeige, welches der Steuerelemente in den manuellen Modus versetzt ist, verwendet, um zu bestimmen, welches Steuersignal verwendet werden soll, um die erste gesteuerte Variable auf den ersten Sollwert, der mit der ersten gesteuerten Variable assoziiert ist, zu treiben, und/oder wobei das Feedbackortungsnetzwerk eine Anzeige eines manuellen Zustands von jedem der Steuerelemente innerhalb getrennten Flusspfade empfängt, und ein Logikelement umfasst, das den manuellen Zustand jedes der Steuerelemente innerhalb der getrennten Flusspfade empfängt und bestimmt, ob irgend eines der Steuerelemente in den getrennten Flusspfaden in einem manuellen Modus ist, und wobei das Feedbackortungsnetzwerk einen Schalter umfasst, der mit dem Logikelement gekuppelt ist, das eine Gewichtungsfunktion an den Regler bereitstellt basierend auf der Ausgabe des Logikelements.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses, das zwei oder mehr getrennte Flusspfade hat, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden und der ein oder mehrere Steuerelemente in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer Fluideigenschaft des Fluids innerhalb der getrennten Flusspfade umfasst, umfassend: Empfangen von Anzeigen einer Mehrzahl von gesteuerten Variablen; Speichern von Sollwerten für jede der Mehrzahl von gesteuerten Variablen; Bestimmen, mittels eines Prozessors, einer Vielzahl von Steuersignalen, wobei jedes Steuersignal verwendet werden soll, eines der einen oder mehrerer Steuerelemente in den getrennten Flusspfaden zu steuern, umfassend, Bestimmen der Werte der Mehrzahl von Steuersignalen, um eine Mehrzahl von Aufgaben zu implementieren, wobei jede Aufgabe mit dem Treiben einer assoziierten einen der gesteuerten Variablen auf einen Sollwert für die assoziierte eine der gesteuerten Variablen verknüpft ist, und Empfangen einer Feedbackanzeige, wenn das Steuerelement in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes eines der Steuersignale ansprechbar ist; wobei, in einem ersten Modus, wenn die Feedbackanzeige anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen Bestimmen von Werten für die Steuersignale umfasst, die alle der Mehrzahl von Aufgaben implementieren und, in einem zweiten Modus, wenn die Feedbackanzeige anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in einem manuellen Modus ist, Bestimmen der Vielzahl von Steuersignalen Bestimmen von Werten für die Steuersignale umfasst, die weniger als alle der Mehrzahl von Aufgaben implementieren.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach Anspruch 16, wobei eine erste der gesteuerten Variablen eine Prozessvariable ist, die mit dem Fluid in dem kombinierten Flusspfad verknüpft ist und wobei eine zweite der gesteuerten Variablen eine Prozessvariable ist, die mit Messungen einer bestimmten Prozessvariable in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade verknüpft ist, insbesondere wobei die zweite der gesteuerten Variablen eine Differenz zwischen den Werten der bestimmten Prozessvariable, wie sie in jedem der zwei getrennten Flusspfade bestimmt wurde, ist, insbesondere wobei, in dem ersten Modus, Bestimmen der Steuersignale Bestimmen von Werten der Steuersignale umfasst, die die Werte der bestimmten Prozessvariable in jedem der zwei getrennten Flusspfade auf denselben Wert treiben.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 16 oder 17, insbesondere nach Anspruch 16, weiterhin umfassend Sammeln von Anzeigen, ob eines oder mehrere der Steuerelemente in einem manuellen Modus ist und Verwenden der gesammelten Anzeigen, um einen Gewichtungsfaktor zur Verwendung in der Erzeugung der Steuersignale zu bestimmen, insbesondere weiterhin umfassend das Bestimmen eines Gewichtungsfaktors von Null zum Anwenden zum Steuern von Berechnungen, die verwendet werden, um die Steuersignale zu erzeugen, die mit dem Implementieren von einer der Aufgaben in dem zweiten Modus verknüpft sind.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 16 bis 18, insbesondere nach Anspruch 16, wobei Bestimmen einer Vielzahl von Steuersignalen Verwendung, mittels eines Prozessors, eines Prozessormodells umfasst, das Änderungen in jedem der Steuersignale mit Änderungen in den gesteuerten Variablen verknüpft, um gleichzeitig Steuersignale zu bestimmen, um eine oder mehrere der Aufgaben zu implementieren.
Verfahren zum Steuern eines Prozesses nach einem der Ansprüche 16 bis 19, insbesondere nach Anspruch 16, weiterhin umfassend, in dem zweiten Modus, Bestimmen, welches der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist und Bestimmen, welches Steuersignal verwendet werden soll, um eine der gesteuerten Variablen auf den assoziierten gesteuerten Variablensollwert zu treiben, basierend darauf, welches der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist.
Prozesssteuersystem zur Verwendung im Steuern einer ersten Fluideigenschaft eines Fluids in einem gesteuerten Flusspfad eines Prozesses, der zwei oder mehr getrennte Flusspfade umfasst, die konvergieren, um einen kombinierten Flusspfad zu bilden, umfassend: ein Steuerelement in jedem der zwei oder mehr getrennten Flusspfade zum Steuern einer bestimmten Fluideigenschaft innerhalb jedes der getrennten Flusspfade; ein erstes Sensorelement, das die erste Fluideigenschaft des Fluids in dem kombinierten Flusspfad bestimmt; eine Menge von zweiten Sensorelementen, die eine bestimmte Fluideigenschaft des Fluids innerhalb jedes der getrennten Flusspfade bestimmen; und einen Multivariablenregler, der mit dem ersten Sensorelement und mit der Menge von zweiten Sensorelementen gekuppelt ist, um Werte einer ersten gesteuerten Variable und einer zweiten gesteuerten Variable zu empfangen, der Werte eines ersten Sollwerts für die erste gesteuerte Variable und einen zweiten Sollwert für die zweite gesteuerte Variable empfängt, der ein Prozessmodell umfasst, das Änderungen in jedem der Steuersignale mit Änderungen in jeder der gesteuerten Variablen verknüpft, und der das Prozessmodell verwendet, um gleichzeitig eine Vielzahl von Steuersignalen zum Steuern der Steuerelemente in den getrennten Flusspfaden zu bestimmen basierend auf den empfangenen Werten der ersten und zweiten gesteuerten Variablen und basierend auf den Werten der ersten und zweiten Sollwerte.
Prozesssteuersystem nach Anspruch 21, weiterhin umfassend einen manuellen Modusblock assoziiert mit jedem der Steuerelemente, der es einem Benutzer ermöglicht, ein assoziiertes Steuerelement in einen manuellen Modus zu versetzen, in dem das Steuerelement nicht auf ein assoziiertes eines der Steuersignale anspricht, und weiterhin ein Feedbackortungsnetzwerk umfasst, das anzeigt, wenn das Steuerelement in einem oder mehreren der getrennten Flusspfade in einem manuellen Modus ist, wobei der Multivariablenregler in einem ersten Modus operiert, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass keines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, um sowohl die erste gesteuerte Variable auf den Sollwert für die erste gesteuerte Variable als auch die zweite gesteuerte Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable zu treiben, und in einem zweiten Modus operiert, wenn das Feedbackortungsnetzwerk anzeigt, dass mindestens eines der Steuerelemente in dem manuellen Modus ist, um die erste gesteuerte Variable auf den Sollwert für die erste gesteuerte Variable zu treiben, ohne die zweite gesteuerte Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable zu treiben, insbesondere wobei der Multivariablenregler in dem ersten Modus operiert, um einen ersten Gewichtungsfaktor auf Steuersignalberechnungen assoziiert mit dem Treiben der zweiten gesteuerten Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable anzuwenden und der in dem zweiten Modus operiert, um einen zweiten Gewichtungsfaktor auf die Steuersignalberechnungen assoziiert mit dem Treiben der zweiten gesteuerten Variable auf den Sollwert für die zweite gesteuerte Variable anzuwenden, wobei die zweite Gewichtungsfunktion verschieden von der ersten Gewichtungsfunktion ist, insbesondere wobei der zweite Gewichtungsfaktor Null ist, und/oder wobei die zweite gesteuerte Variable eine Kombination von Messwerten einer Menge von zweiten Sensorelemente ist, die die bestimmten Fluideigenschaften des Fluids innerhalb jedes der getrennten Flusspfade bestimmt.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 21 oder 22, insbesondere nach Anspruch 21, wobei die zweite gesteuerte Variable eine Differenz zwischen Messwerten einer bestimmten Fluideigenschaft des Fluids innerhalb zweier der getrennten Fluidpfade ist, insbesondere wobei der Sollwert für die zweite gesteuerte Variable null ist, und/oder wobei der Multivariablenregler einen Sollwert für die zweite gesteuerte Variable speichert, und/oder wobei die erste Fluideigenschaft eine Temperatur und die erste gesteuerte Variable die erste Fluideigenschaft ist, insbesondere wobei die bestimmte Fluideigenschaft eine Temperatur ist und die zweite gesteuerte Variable eine Differenz zwischen den Temperaturen des Fluids in zwei der getrennten Flusspfade ist.
Prozesssteuersystem nach einem der Ansprüche 21 bis 23, insbesondere nach Anspruch 21, wobei der Multivariablenregler ein modell-prädiktiver Regler ist, und/oder wobei der Multivariablenregler prozessmodellbasiert ist und das Prozessmodell eine Menge von Regelgleichungen ist.
Computer-lesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 und/oder 16 bis 20 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.