HOLLiAS-MACS V6.5.2系統閉環控制器在工程應用中的技巧探討

胡昌盛（神華福能發電有限責任公司，福州 泉州 362712）

王嘉毅，陸永卿，李寶興（上海電力建設啟動調整試驗所，上海 200031）

HOLLiAS-MACS V6.5.2系統閉環控制器在工程應用中的技巧探討

胡昌盛（神華福能發電有限責任公司，福州 泉州 362712）

王嘉毅，陸永卿，李寶興（上海電力建設啟動調整試驗所，上海 200031）

通過介紹和利時HOLLiAS-MACS V6.5.2分散控制系統（DCS）閉環控制器在幾種典型應用過程中遇到的問題，分析了其模擬量手操器HSVMAN、PID控制器HSVPID、積分器HSINTG的運算原理，闡述了算法塊在典型應用中的注意事項與解決方案，為其它工程應用與國產DCS的完善發展提供借鑒。

和利時；分散控制系統；手操器；PID；積分器；對策

近年來，分散控制系統DCS國產化進程飛速發展。2013年，和利時在與多家國外著名公司激烈的競爭中，以優異的表現成功中標鴻山2×1000MW超超臨界燃煤發電機組現場總線DCS控制系統，預示著國產DCS系統新技術發展得到業內肯定和認可，項目的重大突破為和利時全面拓展高端火電市場業務又向前邁出了關鍵的一步。由于工程項目人員、系統研發人員對閉環控制器的認識不同，工程實際又對控制器的應用習慣、操作方法、控制性能等方面有著更高的要求。在鴻山項目模擬量控制系統調試過程中，和利時HSVPID+HSVMAN等功能塊在典型控制策略的實現上遇到的幾個問題，結合工程實際采取了可行的解決方案，使得項目調試過程順利進展，也為HSVPID、HSVMAN、HSINTG算法塊在工程應用上提供了使用技巧以及借鑒經驗。

1 系統概述

1.1 控制系統簡介

神華福能發電有限責任公司（以下簡稱鴻山電廠）DCS控制系統采用杭州和利時公司生產的HOLLiAS-MACS V6.5.2裝置，DCS與DEH國產一體化配置，在DCS現場設備層全面采用MACS-SM控制站集成PROFIBUS現場總線技術。整套分散控制系統包括數據采集系統DAS、順序控制系統SCS、爐膛安全監控系統FSSS、模擬量控制系統MCS、小汽輪機控制系統MEH+METS、數字式電液控制系統DEH，以及脫硫控制等系統，其中FSSS、MEH、DEH和ETS 基本采用成熟的常規控制系統。

1.2 HSVPID、HSVMAN工作模式

HSVPID、HSVMAN在線SAMA圖如圖1所示，對每個引腳進行說明。

圖1 HSVPID、HSVMAN引腳說明

1.2.1 HSVMAN工作模式

模擬手操功能塊（HSVMAN）手操器有四種工作模式：手動、強制手動、自動、跟蹤。優先級：跟蹤>強制手動>手動/自動。根據內部參數RM的值來判斷運行工作方式，0：手動；1：自動；2：跟蹤；3：強制手動。一般在組態過程中將MAN_AM賦值給PID_TS，MAN_SP賦值給PID_SP，MAN_AV賦值給PID_ TP，實現工作模式之間的無擾切換。

如果跟蹤開關TS=1（MAN_TS=1）時， RM=2、AM=1（MAN_AM=1，非自動），手操器進入跟蹤方式，此時對RM的其他賦值均無效。當跟蹤開關TS由1變為0時，手操器切換為跟蹤前的模式（上一次工作模式）。

1.2.2 HSVPID輸出特性

當跟蹤備件滿足（MAN_AM=1, 非自動）PID_TS=1時，PID在跟蹤工作方式，PID單元停止演算，其值隨被跟蹤量而變化，AV=TP。

當跟蹤條件不滿足（MAN_AM=0,自動），PID_TS=0時，在自動方式下，PID按傳遞公式進行運算。AV(K)=AV(K-1)+du+OC+dk。du：本次計算得出的比例+積分項；dk：本次計算得出的微分項；OC：輸出補償項。

2 工程應用中應注意的問題

2.1 關于純積分控制的使用

原鴻山電廠汽輪機一級大旁路壓力設定點發生器采用HSVPID實現，比例帶PT設置很大，使比例作用減小幾乎為零，積分時間設置TI=5200s，作為積分控制器使用，作用方向為正作用，輸出下限OB=1，輸出上限OT=12。高旁壓力設定爬坡的簡化組態邏輯如圖2所示。

圖2 高旁壓力設定爬坡邏輯

旁路系統在汽機沖轉并網過程中全程自動控制主汽壓力，啟動初期，主蒸汽壓力為0，旁路閥處于最小開度位置10%，由于積分作用使HSVPID輸出至下限1MPa。隨著鍋爐升溫升壓，為維持1Mpa主汽壓力，高壓旁路閥逐漸開大。當旁路閥開度大于預設的50%開度時，最小壓力模式消失，進入壓力爬坡模式，根據積分作用方向，為維持此閥位，應使壓力設定點發生器HSVPID的輸出隨鍋爐燃燒率按照一定的速率增大。

而在實際投用中發現，當高壓旁路閥指令（PV）大于50（SP）時，壓力設定點發生器仍不向上爬坡，致使隨主汽壓力上升，旁路設定值保持不變，旁路閥開至全開，如圖3所示。

圖3 高壓旁路首次投用過程

經分析，和利時MACS VI系統HSVPID算法塊當比例作用很小時，若積分使其朝一個方向輸出至上限或下限時，輸入偏差即使未達到積分分離值，積分分離也會動作，TISO=1，此時即使積分作用反向（PV＞SP）亦不能改變其輸出。因此在工程應用中，MACS VI系統HSVPID算法塊不能將其比例項置零，作為純積分器使用，這有別于其它部分DCS。于是使用單獨的積分控制器（HSINTG）作為壓力設定點發生器，工作正常。

積分控制器（HSINTG）功能塊實現積分調節器功能，它在過程值與設定值偏差的基礎上執行積分控制，且沒有輸出達上、下限后發生積分分離的問題，有效解決了HSVPID作為純積分控制器出現積分分離現象。在火力發電廠中積分控制器在高旁壓力設定點發生器、BTU熱值校正器等慢速修正回路中運用較為廣泛。

2.2 關于帶超馳功能的手操器無擾切換的應用

以高加水位控制為例，常規單回路PID調節邏輯結構如圖4所示。

圖4 高加水位控制

當模擬量手操器HSVMAN手動時（AM=1），SP=PV；從手動切換到自動時，SP保持當前值并可在操作面板輸入，以保證方式切換時無擾。當超馳條件置位，TS=1時，AV輸出超馳至跟蹤量點TP，但此時手自動狀態顯示AM=1，SP會隨PV的變化而變化；超馳條件復位后，手操器恢復到跟蹤前的自動狀態，由于SP已隨PV發生改變，因此自動控制偏離了之前設置的正常值，不符合實際應用的要求。

針對上述問題，新增組態邏輯：在手操器PV輸入前增加一個SEL選擇塊，當調門超馳關信號為真時選擇當前的SP作為PV的

輸入，來閉鎖SP的變化，并在調門超馳關信號消失時反向延時1秒，恢復選擇實際值作為過程值輸入，避免切換時序的影響，使超馳動作結束后調門仍能控制系統穩定在正常的設定值范圍內。通過邏輯閉鎖實現在TS狀態翻轉過程設定值的保持，使帶超馳功能的手操器做到真正的無擾切換。

2.3 關于調節回路閉鎖增、減的實現

在調節回路中，除對設定值與實際值的偏差進行控制以外，經常會用到由于其它過程值或工況影響而需閉鎖調節回路增、減的情況，如爐膛壓力高閉鎖送風機動葉增等。而在MACS VI系統中取消了上一版本中手操器閉鎖增、減的引腳，同時HSVPID也不具備閉鎖增、減的功能，因此常需要通過閉鎖上限OT或下限OB來實現PID的禁增與禁減。以鴻山電廠水燃比控制中間點溫度為例，如圖5所示。

圖5 中間點溫度控制

其中HSVPID比例設置很小，作積分-微分控制器使用，積分時間正常時為300s，變負荷時切至2000s，使變負荷時積分也基本不起作用，微分增益Kd=0.3，微分時間Td=60s，作用方向為正作用。變負荷時，減負荷信號使上限OT閉鎖，實現禁增；增負荷信號使下限OB閉鎖，實現禁減。但在投用過程中卻發現存在如圖6所示曲線。

圖6 中間點溫度控制曲線

當33分18秒增負荷信號置“1”時，PID輸出從-14.6開始斜坡上升，至36分46秒升至+13.9后保持，期間變化幅度為28.5t，變化率為0.137t/s，遠大于該PID正常工作時應有的調節速度，給系統帶來了較大的擾動。經分析，由于變負荷時積分時間為2000s，且輸入偏差限幅為±3，積分作用最大輸出速率為0.0015t/s，因此不可能為積分作用引起；而在33分18秒增負荷信號置“1”至36分46秒過程中，輸入偏差存在上升趨勢，那么上升的速率使微分產生超前控制作用，但此時即使上升速率放緩或為零，由于禁減信號使微分作用無法歸零，造成了輸出的快速上升，也因此36分46秒后輸入偏差雖改為下降趨勢，但禁減使其輸出保持。這一現象同樣會發生在PID禁增時，輸入偏差下降的過程。所以當MACS VI系統HSVPID帶有微分時，切忌使用該方式實現閉鎖增、減功能。后與和利時研發人員進行研究，從HSVPID取一中間變量PID.U1（比例+積分項）與之前上、下限進行大、小選后輸入OT、OB，如圖7所示，使PID在禁增、禁減時工作正常。

圖7 修改后的HSVPID閉鎖增、減邏輯

圖8 熱值校正邏輯

2.4 關于輸出偏置功能的注意

和利時模擬量手操器HSVMAN操作面板有一輸出偏置YB，手動時YB=0，自動時YB可由面板設定，AV=IN+YB。當手操器自動時，即使YB≠0，PID只要不在跟蹤狀態，其調節作用仍可使系統達到平衡，但若PID在跟蹤時，對YB的賦值則會產生問題。鴻山電廠BTU熱值校正邏輯簡圖及PID某跟蹤時趨勢如圖8、圖9所示。

圖9 熱值校正PID某跟蹤曲線

從歷史曲線分析，12:03:30時，變負荷信號為真，手操器輸出指令從45.6%快速下降，12:03:39時下降到0%，下降速率約為5%/s，導致實際總煤量增加，影響機組正常運行重要參數的穩定。

分析BTU邏輯，并調取操作記錄比對，當熱值修正工作在自動方式時，上層操作面板設置YB=-2，手操器輸出指令AV=IN-2，手操器IN項的值根據設計煤量與校正煤量進行積分控制運算。當變負荷信號為真時，PID跟蹤手操器的輸出，而手操器輸出指令仍減去2%后，再賦值給PID的跟蹤量點TP，其中一周期計算、一周期賦值，手操器輸出指令最終以每兩周期減去2%的速率開始下降，由于運算周期為200ms，下降速率即為5%/s。

鑒于上述問題，根據操作習慣，一般在調節回路投入自動后，往往是通過改變設定值或設定值偏置來調整工況，而很少用到直接改變輸出偏置的情況，且即使設置了輸出偏置，自動調節作用也會將閥位平衡到原來的位置，這一功能反而造成了誤操作的可能，建議屏蔽或取消。

3 結語

通過對MACS VI系統閉環控制器在實際應用中發現的問題進行分析與解決，表明既要求組態人員對功能塊的運算原理充分掌握，并通過大量的仿真及實踐調試，同時也暴露了一些國產DCS在功能塊開發上與現場實際存在的不足，希望本文對其它工程應用與國產DCS的完善發展提供借鑒。

[1] 王常力, 羅安. 分布式控制系統（DCS）設計與應用實例[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004, 8.

[2] HOLLiAS MACS V6. 5. 2軟件使用手冊 - 功能塊說明[Z]. 杭州和利時自動化有限公司. 2013, 11.

[3] HOLLiAS MACS V6. 5. 2快速入門手冊[Z]. 杭州和利時自動化有限公司. 2013, 11.

[4] HOLLiAS MACS V6. 5. 2系統維護手冊[Z]. 杭州和利時自動化有限公司. 2013, 11.

[5] HOLLiAS MACS V6. 5. 2軟件使用手冊 - 用戶操作（火電版）[Z]. 杭州和利時自動化有限公司. 2013, 11.

[6] HOLLiAS MACS V6. 5. 2軟件使用手冊 - 用戶組態[Z].杭州和利時自動化有限公司. 2013, 11.

Discussion on Application Tips of Closed-loop Controller of HOLLiAS-MACS V6.5.2 Control System in Engineering Applications

By introducing several typical application problems of the closed loop controller of HollySys HOLLiAS-MACS V6.5.2 distributed control system (DCS), this paper analyzes the operation principle of the analog hand HSVMAN, PID controller HSVPID, integrator HSINTG, and expounds the typical application notice of algorithm module and the related solution. It provides the reference for other engineering application and the improvement of the domestic DCS development.

HOLLiAS; DCS; Hsalgman; PID; HSTING; Skills

B

1003-0492(2015)12-0088-04

TP273

胡昌盛（1989-），男，甘肅平涼人，大專，技術員，現就職于神華福能發電有限責任公司，從事火力發電廠熱工自動化基建、調試、維護工作。