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有一種相機(jī)俗稱為“傻瓜相機(jī)”，這類相機(jī)最突出的特點(diǎn)是操作非常簡單，被人調(diào)侃連“傻瓜”都能利用它拍攝出曝光準(zhǔn)確、影像清晰的照片來。這是因?yàn)橄鄼C(jī)的焦距、對焦、快門、變閃光等操作都被高度自動(dòng)化、智能化了。其實(shí)這里的“傻瓜”是對“智能”的反義標(biāo)注。熱工自動(dòng)控制中有這種“傻瓜”操作嗎？不瞞您說，真的有。本文介紹的模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路“三態(tài)式自舉切換”與“超馳糾偏”的珠聯(lián)璧合形成的模擬量調(diào)節(jié)回路就具備類似“傻瓜相機(jī)”般的操作，工藝系統(tǒng)靜止?fàn)顟B(tài)下把MCS調(diào)節(jié)回路投入“自動(dòng)”，只需一下硬手操，后續(xù)的控制都由算法邏輯搞掂。我們給這種智能化、人工操作簡便的MCS冠以“傻瓜自動(dòng)”的名號并不為過。

APS啟、停機(jī)組以順序控制為主線，不過，從某種意義上來說，APS成功與否取決于模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)而非順序控制。機(jī)組設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后，APS要求自動(dòng)調(diào)節(jié)回路“手動(dòng)／自動(dòng)”的投切、調(diào)節(jié)器“手動(dòng)”投“自動(dòng)”之前調(diào)節(jié)器入口偏差的糾正，一切都要由DCS自動(dòng)完成而無需人工參與。在機(jī)組啟、停乃至正常運(yùn)行過程中，模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)始終貫穿全程，調(diào)控機(jī)爐參數(shù)和負(fù)荷變化，尤其是鍋爐燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)和汽機(jī)旁路自動(dòng)調(diào)節(jié)構(gòu)成了APS自動(dòng)啟動(dòng)的三大支柱。機(jī)爐模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)只有達(dá)到全工況、全過程和全自動(dòng)的控制水平，APS才能真正實(shí)現(xiàn)“機(jī)組程序自動(dòng)啟?！?。按設(shè)計(jì)要求和實(shí)際控制功能，APS只負(fù)責(zé)不投油穩(wěn)燃負(fù)荷之前的機(jī)組啟動(dòng)和50％ECR以下負(fù)荷的機(jī)組停運(yùn)。機(jī)組不投油穩(wěn)燃負(fù)荷之前的啟動(dòng)過程，是設(shè)備啟動(dòng)和系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)最復(fù)雜多變的區(qū)間，相對于順序控制，模擬量調(diào)節(jié)要?jiǎng)討B(tài)應(yīng)對更多樣、更復(fù)雜、更多變的運(yùn)行工況。

一、 模擬量三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)

就變量特性而言，開關(guān)量邏輯組成順序控制，模擬量運(yùn)算實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，開關(guān)量是斷續(xù)的但SCS自動(dòng)過程可以是連續(xù)的，模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)是連續(xù)的，但常規(guī)設(shè)計(jì)的MCS “手動(dòng)→自動(dòng)”切換卻會(huì)產(chǎn)生斷續(xù)。這是因?yàn)椋琈CS從“手動(dòng)”投入“自動(dòng)”有一個(gè)過程，首先需要人工手動(dòng)調(diào)整過程參數(shù)（PV）接近給定值（SV），這種調(diào)節(jié)，我們定義為“糾偏”，兩者的差值（Δ）減小到允許范圍，再手動(dòng)切換PID調(diào)節(jié)器工作方式，將模擬量調(diào)節(jié)回路從手動(dòng)投到自動(dòng)，PID調(diào)節(jié)才能轉(zhuǎn)入“自動(dòng)”。非APS的SCS順控與MCS調(diào)節(jié)分別自成體系獨(dú)立存在，相互間缺失邏輯交集，步進(jìn)過程中開關(guān)量自動(dòng)控制和模擬量手動(dòng)操作各行其是，形成不了有機(jī)關(guān)聯(lián)的整體而降低了自動(dòng)控制性能。APS總體設(shè)計(jì)框架是步進(jìn)程序控制，由順序控制（SCS）與模擬量調(diào)節(jié)（MCS）兩種特性不同的自動(dòng)控制系統(tǒng)互聯(lián)互動(dòng)而成，在SCS連續(xù)的進(jìn)程當(dāng)中要求MCS“無縫自動(dòng)”，否則會(huì)出現(xiàn)順序自動(dòng)控制過程中混搭手動(dòng)操作。由此APS對模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了新的功能要求，作為APS實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制的基礎(chǔ)條件。

1 、 常規(guī)模擬量調(diào)節(jié)

在火力發(fā)電廠中，維持工藝參數(shù)恒定的模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)（MCS）是機(jī)組控制的重要組成部分，MCS通常設(shè)計(jì)有兩種工作方式，“手動(dòng)”和“自動(dòng)”,對應(yīng)兩種控制狀態(tài)，自動(dòng)方式下的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)與手動(dòng)方式下的人工遠(yuǎn)方操作。手動(dòng)工作方式轉(zhuǎn)為自動(dòng)工作方式必須人工切投，工作方式一經(jīng)切換，控制狀態(tài)和工作方式同時(shí)生效，這就決定了MCS“自動(dòng)”一定要在設(shè)備和工藝系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行且參數(shù)正常后才能投入，常規(guī)模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路手／自動(dòng)切投原理見圖1。

2 、 APS的模擬量調(diào)節(jié)

隨著順序控制啟動(dòng)工藝系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、參數(shù)提升，MCS需要適時(shí)投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果仍然采用人工切投選擇工作方式，一方面開關(guān)量順序控制在連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，而另一方面模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)還需要經(jīng)過手動(dòng)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換工作方式這一過程，600MW等級的燃煤機(jī)組模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)有110多個(gè)回路，對APS而言，這種自動(dòng)控制與手動(dòng)操作混搭的狀況，成為散布在APS啟動(dòng)進(jìn)程中的一道道路梗。如果設(shè)想，把所有自動(dòng)調(diào)節(jié)回路“手動(dòng)投自動(dòng)”的操作都安排在順序控制啟動(dòng)之前，并且將“調(diào)節(jié)回路已投自動(dòng)”作為順序控制啟動(dòng)的必要條件，在順序控制過程中利用DCS的控制策略讓MCS自動(dòng)地投“自動(dòng)”，APS步進(jìn)順序控制中就再也不會(huì)出現(xiàn)人工操作，成為純粹的全工況自動(dòng)，APS進(jìn)程也就實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。依據(jù)這種設(shè)想，APS中設(shè)計(jì)的模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路工作原理如圖2，有兩種工作方式：自動(dòng)和手動(dòng)；三種工作狀態(tài)：手動(dòng)下的人工手操（MAN）、自動(dòng)下的調(diào)節(jié)器自動(dòng)伺服（Stand-By）和自動(dòng)調(diào)節(jié)（AUTO）。特別指出，Stand-By功能提供了MCS實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)的機(jī)制，與帶有智能化缺省自動(dòng)聯(lián)鎖的SCS有機(jī)配合就能構(gòu)建出全過程、全工況、全自動(dòng)的控制，滿足APS程序控制的要求。

3 、 三態(tài)式調(diào)節(jié)M/A切換

三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)回路M/A操作器邏輯原理參閱圖2。

1）手動(dòng)工作方式

人工切換M/A操作器K1至“手動(dòng)”位，K1-1和 K1-2的接點(diǎn)a-b同時(shí)接通，恒流給定器SG01與回路輸出相連，手動(dòng)調(diào)節(jié)恒流給定器SG01提供輸出信號MV。數(shù)字信號給定器OFF01置與門AND02的輸入端3 為“0”，進(jìn)而使AND01輸出為“0”，控制K2接點(diǎn)a-b閉合，調(diào)節(jié)器PI01 的輸出It 自動(dòng)同步跟蹤執(zhí)行器開度反饋If并始終相等，反相器NO001輸出“1”，M/A操作面板顯示“MAN”。

2）自動(dòng)伺服（Stand-By）

人工切換M/A操作器K1至“自動(dòng)”位，K1-1和K1-2的接點(diǎn)b-c同時(shí)閉合，K1-2接通數(shù)字信號給定器ON01，與門AND02的輸入端3被置成“1”，K1-1接通調(diào)節(jié)器輸出It即為MV，但I(xiàn)t輸出的是“自動(dòng)調(diào)節(jié)”還是“同步跟蹤”，要視條件邏輯運(yùn)算結(jié)果，根據(jù)AND01輸出狀態(tài)而定。條件邏輯分兩個(gè)層級，第一級為自動(dòng)設(shè)備品質(zhì)條件，取自組成調(diào)節(jié)回路的自動(dòng)化儀表和控制裝置，如熱工信號測量變送器、被控對象調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和DCS過程控制I/O卡件等的工作狀態(tài)，作為與門AND02的輸入。第二級為工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)條件，用諸如動(dòng)力設(shè)備、管路閥門、泵或風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及機(jī)組運(yùn)行參數(shù)等表示，輸入至與門AND01。如果裝置條件符合，則AND02輸入1、2端均為“1”，輸入端3已經(jīng)在“1”狀態(tài)，AND02的輸出即AND01的輸入端4則為“1”，而工藝條件若不足，AND01輸出為“0”，K2的接點(diǎn)a-b仍將閉合，調(diào)節(jié)器依舊維持同步跟蹤If。我們定義這種工作狀態(tài)為“自動(dòng)伺服”（Stand-By），調(diào)節(jié)回路自動(dòng)工作方式下的伺服狀態(tài)，M/A操作面板顯示 “Stand-By”。MCS調(diào)節(jié)回路在自動(dòng)伺服工作狀態(tài)既不能手動(dòng)操作也不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)然，另外設(shè)計(jì)有超馳控制功能的除外。

3）自動(dòng)調(diào)節(jié)

當(dāng)AND02輸出為“1”，工藝條件也同時(shí)滿足，AND01的輸入端1、2、3都為“1”，AND01的輸出被邏輯舉升為“1”，令K2的接點(diǎn)a-b斷開，跟蹤被切除，調(diào)節(jié)器PI01開始處理來自偏差Δ01的輸入信號Ix，經(jīng)PID運(yùn)算形成自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出MV，即從調(diào)節(jié)回路自動(dòng)工作方式下的伺服狀態(tài)轉(zhuǎn)為自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，我們稱這個(gè)邏輯過程為“自舉”。M/A操作面板相應(yīng)顯示工作狀態(tài)為“AUTO”。

4）超馳糾偏

模擬量自動(dòng)控制屬定值調(diào)節(jié)，人工操作從手動(dòng)切換到自動(dòng)，通常都規(guī)定有一個(gè)適當(dāng)?shù)那袚Q時(shí)機(jī)，要求調(diào)節(jié)回路過程測量值PV與給定值SV基本相等，也就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差Δ≈0。否則，在Δ值較大的情況下，強(qiáng)制調(diào)節(jié)回路從手動(dòng)切到自動(dòng)會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生較大擾動(dòng)，甚至造成回路調(diào)節(jié)振蕩或發(fā)散而引發(fā)不安全事件。采用DCS邏輯自舉投自動(dòng)時(shí)會(huì)遇到與人工投自動(dòng)時(shí)完全相同的問題，因此三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)回路設(shè)計(jì)有能夠在自動(dòng)伺服工作狀態(tài)下平穩(wěn)轉(zhuǎn)向自動(dòng)調(diào)節(jié)的無擾切換功能，也就是三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)的“超馳糾偏”（詳細(xì)內(nèi)容見文章“火電燃煤機(jī)組APS“傻瓜”操作的模擬量調(diào)節(jié)回路”）。

4 、 三態(tài)式調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

1)由于采用了控制裝置品質(zhì)條件以及工藝設(shè)備狀態(tài)條件自舉轉(zhuǎn)換自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的工作方式，模擬量調(diào)節(jié)回路從手動(dòng)到自動(dòng)的過程經(jīng)過一次人工操作和兩次邏輯自舉。人工操作屬于“硬”觸發(fā)，在DCS操作員站的M/A操作面板上完成。邏輯自舉由控制邏輯完成，分兩級“軟”實(shí)現(xiàn)。因此，三態(tài)式MCS在工藝設(shè)備與系統(tǒng)尚未啟動(dòng)之前就可以投入自動(dòng)方式，處于伺服（Stand-By）工作狀態(tài)。

2)選擇Stand-By作為允許APS順序控制系統(tǒng)啟動(dòng)的必要條件，順序控制設(shè)備狀態(tài)作為APS模擬量三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)工作方式轉(zhuǎn)換和超馳糾偏的充要條件，APS中的順序控制和模擬量調(diào)節(jié)就結(jié)成了互動(dòng)的關(guān)聯(lián)體。順序控制系統(tǒng)啟動(dòng)工藝設(shè)備后，模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的“超馳糾偏”邏輯，會(huì)自動(dòng)地將MCS的控制水平從自動(dòng)伺服提升到自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免了順控自動(dòng)與模擬量調(diào)節(jié)回路投自動(dòng)階段互不關(guān)聯(lián)造成的手動(dòng)、自動(dòng)混搭現(xiàn)象。

3)模擬量“三態(tài)式”自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的M/A站和PID調(diào)節(jié)器在自動(dòng)工作方式上功能是分離的。M/A站從手動(dòng)切換到自動(dòng)，并不意味著PID調(diào)節(jié)器就從跟蹤狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換到自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，只表明M/A站邏輯已經(jīng)轉(zhuǎn)為AUTO工作方式，在邏輯內(nèi)部斷開了手動(dòng)操作給定信號，已經(jīng)不能實(shí)施手動(dòng)操作， M/A站接通了PID調(diào)節(jié)回路，其輸出等于PID調(diào)節(jié)器的輸出，至于調(diào)節(jié)器輸出是PID對輸入偏差的運(yùn)算結(jié)果還是調(diào)節(jié)器的手動(dòng)／自動(dòng)同步跟蹤輸出，取決于PID調(diào)節(jié)器跟蹤開關(guān)的狀態(tài)。在圖7.2中，K2＝“0”, a-b接通，調(diào)節(jié)器就處于跟蹤狀態(tài)，K2＝“1”，a-b斷開，調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)。K2的開關(guān)狀態(tài)由“三態(tài)式”自動(dòng)調(diào)節(jié)回路自舉邏輯控制。

4) Stand-by具備設(shè)備自檢功能?？刂蒲b置品質(zhì)條件邏輯能夠在順控系統(tǒng)啟動(dòng)之前自檢本回路的檢測儀表、控制裝置是否正常。自檢項(xiàng)目和邏輯控制如下：

1)DCS邏輯自檢調(diào)節(jié)回路的PV信號、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及關(guān)聯(lián)設(shè)備的品質(zhì)。

2)符合品質(zhì)要求，M／A站切入“自動(dòng)”，調(diào)節(jié)回路轉(zhuǎn)為自動(dòng)Stand-by狀態(tài)。

3)任一裝置出現(xiàn)異常則無法進(jìn)入Stand-by，仍維持在“手動(dòng)”并發(fā)出安全警示。

二、 常規(guī)／APS模擬量調(diào)節(jié)對比

表1 模擬量調(diào)節(jié)常規(guī)與APS設(shè)計(jì)功能對比

Stand-by設(shè)備自檢功能的優(yōu)點(diǎn)是常規(guī)自動(dòng)調(diào)節(jié)回路所不具備的，三態(tài)式自動(dòng)調(diào)節(jié)回路通過M／A站手動(dòng)投自動(dòng)的時(shí)機(jī)在工藝系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)之前， M／A站人工手動(dòng)切換自動(dòng)過程中可利用自舉邏輯提早發(fā)現(xiàn)熱控裝置異常。因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)異常自動(dòng)調(diào)節(jié)回路就被鎖定在“手動(dòng)”狀態(tài)，對引入了模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路Stand-By工作方式作為啟動(dòng)條件的SCS系統(tǒng)將無法啟動(dòng)，能及時(shí)提醒檢修人員消除故障，可以有效地避免在工藝系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來后才發(fā)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置存在缺陷而中斷APS順控進(jìn)程，保證機(jī)組啟動(dòng)過程的正常節(jié)奏和效率。（未完待續(xù)）

《火電燃煤機(jī)組程序自動(dòng)啟停系統(tǒng)（APS）與智能控制》 

可供大型火力發(fā)電廠、電力研究院、電力設(shè)計(jì)院、DCS生產(chǎn)廠家、火電安裝調(diào)試等單位從事熱工自動(dòng)化、節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行、智能電廠規(guī)劃等專業(yè)的技術(shù)人員在生產(chǎn)培訓(xùn)、工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、軟件組態(tài)時(shí)借鑒應(yīng)用，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)的輔助教材。