基于Symphony DCS的600MW直流鍋爐風(fēng)量控制系統(tǒng)

圖1 氧量校正曲線
圖2為氧量校正控制回路SAMA圖。本系統(tǒng)給出的機(jī)組給定負(fù)荷指令通過函數(shù)功能塊F3(x)與來自氧量M/A操作站的偏置值信號(hào)(BIAS)疊加，模擬出圖1所示的含氧量隨負(fù)荷變化的曲線，形成氧量滑動(dòng)設(shè)定值SP。為了防止設(shè)定的偏置值的突變對(duì)控制系統(tǒng)的沖擊，該設(shè)定值經(jīng)過速率限制塊V≯的速率限制。同時(shí)，為了防止運(yùn)行人員誤將設(shè)定值操作到合理范圍之外，設(shè)定值還需要經(jīng)過上、下限幅塊≯≮(下限值=3％，上限值=6％)的限制。

圖2 氧量校正及總風(fēng)量指令控制回路
經(jīng)各自選擇后的甲、乙側(cè)煙氣含氧量信號(hào)取平均值，作為氧量校正調(diào)節(jié)器PID1的過程量PV信號(hào)，煙氣含氧量信號(hào)和其設(shè)定值的偏差經(jīng)調(diào)節(jié)器PID1后，送往氧量校正M/A操作站，形成風(fēng)/燃比。操作站M/A的輸出經(jīng)函數(shù)塊F7(x)后對(duì)總風(fēng)量指令信號(hào)進(jìn)行校正。函數(shù)發(fā)生器F7(x)的作用是將氧量校正操作站輸出的0～100%信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.8～1.2的校正系數(shù)。當(dāng)氧量校正操作站在自動(dòng)控制方式時(shí)，氧量校正系數(shù)根據(jù)煙氣含氧量的偏差自動(dòng)形成。
3 空氣-燃料交叉限制
系統(tǒng)風(fēng)量指令形成回路采取以“經(jīng)給水溫度修正后的鍋爐指令”、“總?cè)剂狭繙y(cè)量值”(均與風(fēng)/燃比相乘)選大值輸出和“最小空氣流量”信號(hào)限制輸出。其中，最小空氣流量設(shè)定為35％MCR(鍋爐最大連續(xù)出力)負(fù)荷時(shí)的風(fēng)量，是為避免爐膛滅火設(shè)置的最小風(fēng)量值。
如圖2所示，正常情況下，鍋爐總?cè)剂狭恐噶詈涂側(cè)剂狭啃盘?hào)都大于35％MCR負(fù)荷使得風(fēng)量信號(hào)。此時(shí)，總風(fēng)量的設(shè)定值由鍋爐主指令和總?cè)剂狭拷?jīng)大選塊>和函數(shù)發(fā)生器F4(x)后給出(煤風(fēng)比)。函數(shù)發(fā)生器F3(x)是為了調(diào)整鍋爐主指令和總?cè)剂狭啃盘?hào)的量程差別;大選塊>保證了在加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)，減負(fù)荷時(shí)后加風(fēng)，以實(shí)現(xiàn)鍋爐的富氧燃燒。當(dāng)鍋爐總?cè)剂狭恐噶詈蛯?shí)際總?cè)剂狭啃盘?hào)都小于最小空氣流量信號(hào)時(shí)，則通過上、下限幅塊≯≮(下限值＝35％)設(shè)定最小輸出值(MIN=35％)作為風(fēng)量指令輸出。以防止風(fēng)量降到預(yù)定值以下，引起爐膛熄火事故。
4 送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度控制
電廠采用兩臺(tái)軸流式送風(fēng)機(jī)以控制其動(dòng)葉開度大小來滿足入爐風(fēng)量要求。當(dāng)入爐風(fēng)量信號(hào)變化后，總風(fēng)量實(shí)測(cè)值(系統(tǒng)的反饋信號(hào))與氧量校正后的總風(fēng)量給定值的偏差，經(jīng)控制器PID2后作為兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)A、B的共用指令。為了加快風(fēng)量的調(diào)節(jié)過程，總風(fēng)量調(diào)節(jié)器PID2引入一個(gè)總風(fēng)量指令前饋信號(hào)(參考圖2)。該系統(tǒng)除完成正常工況下的串級(jí)控制系統(tǒng)內(nèi)回路調(diào)節(jié)外，還設(shè)計(jì)有非正常工況時(shí)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度定向閉鎖回路，以及兩臺(tái)風(fēng)機(jī)分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和由“手動(dòng)”切回“自動(dòng)”時(shí)實(shí)現(xiàn)無平衡、無擾動(dòng)的偏差平衡回路。
4.1 定向閉鎖回路
圖3為送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉定向閉鎖回路的SAMA圖。一旦發(fā)現(xiàn)爐膛壓力異常，通過兩組大選塊>和小選塊<及切換塊T1、T2、T3、T4的限制功能來閉鎖送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令。例如，爐膛壓力低邏輯信號(hào)有效時(shí)，切換塊T1、T2的輸入端接至S2端，即切換塊T1、T2的輸出值又送回輸入端，從而將此時(shí)刻的信號(hào)保持并持續(xù)輸入大選塊>中。此時(shí)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉位置指令在輸入實(shí)際值和保持值之間選大值輸出，使得控制系統(tǒng)只能增加風(fēng)量而不是減小風(fēng)量。同理，當(dāng)爐膛壓力高邏輯信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)只能減小而不能增加風(fēng)量。

圖3 送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉定向閉鎖回路
4.2 送風(fēng)機(jī)偏差平衡回路
兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的共用指令同時(shí)送到送風(fēng)機(jī)A和送風(fēng)機(jī)B，再分別與送風(fēng)機(jī)特性偏置信號(hào)相加和相減，經(jīng)過上、下限幅塊≯≮后作為兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)各自的動(dòng)葉控制指令。上、下限限幅的作用是為了在加上送風(fēng)機(jī)特性偏置信號(hào)后不能超過送風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉指令的上下限(上限為100%，下限為0%)。由送風(fēng)機(jī)的M/A操作站引出了一個(gè)正負(fù)雙向偏置信號(hào)A(BIAS)，它經(jīng)速率限制塊V≯后，加至兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉控制回路。它對(duì)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令的作用方向是相反的，目的是在正常情況下平衡兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，使兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)馬達(dá)電流相等。送風(fēng)機(jī)特性偏置只有在兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉都處于自動(dòng)控制方式時(shí)才可由運(yùn)行人員手動(dòng)改變。
5 控制系統(tǒng)的DCS實(shí)現(xiàn)
Symphony系統(tǒng)是ABB公司開發(fā)的一套集過程控制和企業(yè)管理一體的新一代集散控制系統(tǒng)(DCS)，功能強(qiáng)大。在這里筆者將對(duì)系統(tǒng)主要功能碼新型PID控制器(FC156)做簡單說明，其功能碼圖如圖4所示。

圖4 新型PID功能碼示意圖
此功能碼與傳統(tǒng)PID控制器相比有如下特點(diǎn):對(duì)微分作用的算法做了改進(jìn);在串級(jí)組態(tài)方式時(shí)，當(dāng)遇到限制值時(shí)，禁止增加和禁止減少信號(hào)，防止主回路出現(xiàn)積分飽和;既可執(zhí)行無相互影響的PID控制算法，也可執(zhí)行有相互影響的經(jīng)典的PID控制算法; 具有快速飽和恢復(fù)選擇的功能等。
6 結(jié)束語
目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)行，控制效果良好。