閆人杰
【摘 要】本論文通過在原管道上并上一臺氣動調(diào)節(jié)閥,增加一臺液位變送器,并在DCS上增設一套控制回路,解決了汽輪機凝汽器有時出現(xiàn)無法控制的難題,從而保證汽輪機安穩(wěn)運行,保證蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定。
【關鍵詞】凝汽器;液位;DCS;調(diào)節(jié)閥;Honeywell
一、前言
熱電聯(lián)產(chǎn)裝置汽輪發(fā)電機組的兩臺汽輪機采用杭汽的機組,并且所有的自控系統(tǒng)均由康吉森自動化公司配套提供,汽輪機凝汽器的出口電動閥已多次出現(xiàn)液位無法控制,從而造成凝汽器液位暴漲,如果出口閥打不開,一分鐘就會造成凝汽器水滿,如果水滿將會造成汽輪機汽缸帶液,使整臺汽輪機報廢,所以一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象,只能緊急停車,而且汽輪機滿負荷地緊急停車會造成蒸汽管網(wǎng)波動,威脅整個管網(wǎng)的生產(chǎn)。
二、概述
凝汽器為單殼體對分單流程表面式凝汽器,它在低壓缸下部橫向布置。凝汽器殼體置于彈簧支座上,其上部與汽機排汽缸采用剛性連接。循環(huán)水流經(jīng)凝汽器管束使凝汽器殼體內(nèi)汽機排汽凝結,凝 結水聚集在熱井內(nèi)并由凝結水泵排走。
排氣離開汽輪機后進入凝汽器,凝汽器內(nèi)流入由循環(huán)水泵提供的冷卻工質(zhì),將汽輪機乏汽凝結為水。由于蒸汽凝結為水時,體積驟然縮小,從而在原來被蒸汽充滿的凝汽器封閉空間中形成真空。為保持所形成的真空,抽氣器則不斷的將漏入凝汽器內(nèi)的空氣抽出,以防不凝結氣體在凝汽器內(nèi)積聚,使凝汽器內(nèi)壓力升高.集中與凝汽器底部的凝結水,則通過凝結水泵送往除氧器方向作為鍋爐給水。
所以,汽輪機凝汽器設備的任務是:
(1)在汽輪機排汽口建立并維持高度真空
(2)將汽輪機的排汽凝結成潔凈的凝結水作為鍋爐的給水循環(huán)使用要是說單純的凝汽器的作用,就是把乏汽凝結成水
三、原凝汽器的控制方案
在原來的控制中,液位信號進入汽輪機TS3000控制系統(tǒng)中,而TS3000調(diào)用一個標準功能塊即實現(xiàn)控制,由于所有的電動閥都這樣控制,而且標準塊的具體程序不得而知,所以我們只能純粹分析功能塊的幾個賦予的參數(shù),而這幾個參數(shù)都沒有問題,所以在這種情況下,我們只能想別的補救措施。
四、改進方案
本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度,即控制的任務是控制液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖,這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制。當調(diào)節(jié)方案確定之后,接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù),合適的控制參數(shù),可以帶來滿意的控制效果。反之,控制器參數(shù)選擇得不合適,則會使控制質(zhì)量變壞,達不到預期效果。因此,當一個單回路系統(tǒng)組成好以后,如何整定好控制器參數(shù)是一個很重要的實際問題。
一般言之,用比例(P)調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng),比例度δ的大小不僅會影響到余差的大小,而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關。比例積分(PI)調(diào)節(jié)器,由于積分的作用,不僅能實現(xiàn)系統(tǒng)無余差,而且只要參數(shù)δ,Ti調(diào)節(jié)合理,也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎上再引入微分D的作用,從而使系統(tǒng)既無余差存在,又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能(快速性、穩(wěn)定性等)。在單位階躍作用下,P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應分別如下圖中的曲線①、②、③所示。
我們在原工藝管線上并入一套氣動調(diào)節(jié)閥,并由DCS來控制,這樣一旦出現(xiàn)原電動閥無法控制的情況,既可由DCS來控制啟動調(diào)節(jié)閥,從而控制好液位,確保了凝汽器液位的正常。
在控制方式采用閉環(huán)負反饋控制方式,在水位增加時關小控制閥,在水位下降時開大控制閥,在DCS內(nèi)做一PID自動調(diào)節(jié)回路,設置好PID的參數(shù),將水位投上自動即可完成凝汽器液位的自動控制。
五、PID在自動化控制的原理簡述
PID控制的基本組成:PID控制由反饋系統(tǒng)偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)的線性組合而成,這3種基本控制規(guī)律各具特點。
P比例控制:比例控制器在控制輸入信號e(t)變化時,只改變信號的幅值而不改變信號的相位,采用比例控制可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益。該控制為主要控制部分。
D微分控制:微分控制器對輸入信號取微分或差分,微分反映的是系統(tǒng)的變化率,因此微分控制是一種超前預測性調(diào)節(jié),可以預測系統(tǒng)的變化,增大系統(tǒng)的阻尼,提高相角裕度起到改善系統(tǒng)性能的作用。但是,微分對干擾也有很大的放大作用,過大的微分會使系統(tǒng)震蕩加劇。
I積分控制:積分是一種累加作用,它記錄了系統(tǒng)變化的歷史,因此,積分控制反映的是控制中歷史對當前系統(tǒng)的作用。積分控制往系統(tǒng)中加入了零極點,可以提高系統(tǒng)的型別(控制系統(tǒng)型別即為開環(huán)傳遞函數(shù)的零極點的重數(shù),它表爭了系統(tǒng)跟隨輸入信號的能力),消除靜差,提高系統(tǒng)的無差度,但會使系統(tǒng)的震蕩加劇,超調(diào)增大,動態(tài)性能降低,故一般不單獨使用,而是與PD控制相結合。
PID的復合控制:綜合以上幾種控制規(guī)律的優(yōu)點,使系統(tǒng)同時獲得很好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
一個好的控制系統(tǒng)應該有盡可能小的超調(diào)和盡可能短的調(diào)節(jié)時間,且超調(diào)量與調(diào)節(jié)時間在很多情況下是矛盾的:小的超調(diào)量要求系統(tǒng)有大的阻尼系數(shù),而阻尼系數(shù)過大又會使響應速度下降。不同的系統(tǒng)對兩個指標的要求有所不同。通過選擇適當?shù)目刂品椒梢允惯@兩個指標達到平衡,使系統(tǒng)的整體性能達到最優(yōu)。在PID控制中,加入微分項就是為了增大系統(tǒng)的阻尼,同時由于微分控制是一種超前控制,因此,會加快響應速度。
六、在EPKS系統(tǒng)中PID控制的應用
本次用于回路組態(tài)的主要功能模塊為PIDA,在控制閥門時擁有更大強大的PID調(diào)節(jié)作用,其特點是可實現(xiàn)閉環(huán)回路的自動化控制,PIDA模塊可以對比過程變量反饋(PVF)和期望過程設置(desiredprocesssetpoint)并以誤差為準進行控制變量輸出更新,更好地完成串級控制。
模塊利用PID閉路增益及貯存在40個16位數(shù)字組中的其他參數(shù)在所希望的時間間隔內(nèi)進行PID運算,全部參數(shù)均為16位整數(shù)字,其具有16位模擬過程。增減控制精度,縮減控制時間。
七、結束語
改造后再出現(xiàn)原電動閥無法控制的情況下,都能比較平穩(wěn)地切換至DCS來控制凝汽器液位,從而保證了汽輪機的平穩(wěn)運行,保證了熱電蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定,保證了熱電裝置的效益。
【參考文獻】
[1]《動力裝置P—I圖冊》
[2]《化工過程控制工程》
[3]霍尼韋爾EPKS系統(tǒng)參考手冊第四版霍尼韋爾中國自動化學院,2005.5
[4]《自動化儀表手冊》