熱工自動控制中積分飽和現象對自動調節過程的影響及其解決方法

黨立業　郭景晨（內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯　010300）

熱工自動控制中積分飽和現象對自動調節過程的影響及其解決方法

黨立業郭景晨
（內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯010300）

火力發電廠機組在正常運行中有大量的熱工參數需要調節與控制。從生產的安全和經濟效益考慮，這些參數需要控制在合適的范圍內。熱工自動控制的任務就是自動地維持生產過程在規定的工況下，即自動地維持各被調量為設定參數值或按一定規律變化。基于此，本文探討了熱工自動控制中積分飽和現象對自動調節過程的影響及其解決方法。

熱工自動控制積分飽和現象自動調節影響

隨著分散控制系統DCS等計算機控制系統在火電廠日益廣泛的應用，實現自動調節不再局限傳統儀表通常采用的比例、比例-積分、比例-積分-微分3種調節規律，而是可以根據實際被調對象的具體特點由各種常用運算組合調節規律，但是這3種運算仍然是最主要最基本的調節規律。下面就相關具體情況加以探討。

1　熱工自動控制中的積分飽和現象

1.1熱工自動控制中自動調節的基本原理

隨著我國工業的迅速發展，自動控制的理念在熱工中的應用越來越廣泛。而自動調節作為熱工自動控制系統的樞紐，具有不可替代的重要作用。自動控制系統通過利用控制器對內部機器和裝置進行自動控制，在減少熱工運營成本的同時，亦可避免因從業人員操作失誤所帶來的經濟損失，而且可以最大限度的提高自動控制系統的資源利用效率。

熱工的自動調節系統是由基本的比例調節作用和用以輔助的積分及微分作用組成，比例調節作用可以看作是熱工自動調節系統的脊梁，用以貫徹整個自動調節過程，起到穩定自動調節系統運行的作用，從而避免自動調節系統在使用過程中崩壞。微分和積分作用均起到消除靜態偏差的作用，區別在于，微分作用體現在自動調節過程的初期，積分作用則體現在調節過程的后期。

1.2積分飽和的產生

調節機構是接受調節器的控制信號進而調節被調量的工具，正常情況下，PID參數的調節器輸出在5%-95%范圍內就可以滿足調節的需求，然而，在實際生產過程中，會經常出現PID參數的調節器輸出達到100%的情況，此時執行機構的關向指令無法滿足執行機構向關閥門或擋板方向動作的需求，進而破壞積分調節作用的穩定性，致使積分作用在短暫時間內出現靜態偏差無法正常消除的現象，這段時間的調節過程被稱為積分飽和

2　熱工自動控制中積分飽和現象對自動調節過程的影響及其解決辦法

2.1積分飽和對調節的影響

調節機構未能及時回關、開啟，會致使積分調節作用出現時間的延遲，這對自動調節系統可能會有致命的影響。在不同的自動調節系統中會出現不同程度的危害。如果給水自動調節系統中的閥門未能及時關閉，在值班人員未能做出及時的補救措施的情況下，可能會使汽包水位上升到比較危險的高度；如果發生在協調系統的汽機主控對調門開度控制中，機組負荷將有可能超過規定值，導致短時間內危機整個機組，造成巨大的經濟損失；同樣，積分飽和如果發生在引風自動調節系統中，在送風調節機構未能及時做出相應反應的情況下，可能會導致機組爐膛負面大幅度增大的現象發生。

2.2降低積分飽和對自動調節影響的幾種方法

進入二十一世紀以后，在科學技術水平不斷提高與國民經濟發展大幅增長的帶動下，我國的工業領域也進入了發展的快車道，工業企業的生產規模、工藝施工技術也都得到了明顯的優化。盡管如此，由于企業職工技術能力低下而帶來的一系列問題為企業的發展造成了阻礙。而DCS模糊控制技術在火電廠中的應用則有效的促進了這一問題的解決。

2.2.1常見的幾種解決方法

最直接的方法是依靠運行值班員監視系統來注意積分飽和情況的發生并及時采取相應的解決措施。這種方法不僅簡單有效，應用的范圍也較廣泛；在積分飽和情況發生后，亦可及時切除系統自動，避免危害的發生和不必要的經濟損失；除此之外，還可以加大研究力度，完善調節系統的控制邏輯，從根本上避免積分飽和的現象發生。

2.2.2針對單回路調節的解決辦法

單回路調節的控制相對簡單，不易出現積分飽和的現象，而一旦發生積分飽和，其解決方法也比較簡單，只要對PID功能模塊的輸出進行一定程度上的限制，就能夠快速有效的解決相應的負面影響。限制PID功能模塊的輸出，只能進行簡單的調節控制，不能起到真正解決問題的作用。因此，限制PID功能模塊輸出的方法，并不能解決串級調節中積分飽和所帶來的影響與危害，只有對串級調節中積分飽和現象的產生有所了解，才能找到較好的解決辦法。

2.2.3針對串級調節的解決方法

以過熱蒸汽問題調節舉例，除了減溫水量擾動以外，引起過熱蒸汽溫度變化的擾動因素還有很多，如蒸汽流量、過剩空氣系數、火焰中心位置、煤種的改變、燃燒工況、煙氣溫度和流速、爐膛受熱面結焦和過熱器積灰的變化等，都會使過熱蒸汽溫度發生變化而不容易控制。

在串級雙沖量過熱蒸汽溫度控制系統中有2個閉合回路：由對象超前區、超前信號（減溫器后蒸汽溫度）熱電偶、副調節器（比例-積分）、執行機構和調節閥門組成的內回路（或稱副回路）；由對象惰性區、主信號（過熱汽溫度）熱電偶、主調節器（比例-積分-微分）和副回路組成的外回路（或稱主回路）。

采用噴水減溫調節過熱蒸汽溫度時，汽溫調節對象的滯后時間和時間常數較大。對于減溫水流量的變化，超前汽溫的反應要比主蒸汽溫度的反應快得多，因此在減溫水自發擾動后，副調節器在主蒸汽溫度還沒有明顯變化時，及時動作則可以消除它的影響而使主蒸汽溫度很少變化。

3　結語

隨著計算機技術的日益普及和應用，在DCS中對熱工自動控制策略進行修改和完善，完成在常規儀表控制系統中很難實現的復雜控制已不再是件困難的事。本文闡述的積分飽和在熱工自動調節系統的發生、影響及解決措施只是其中一種小小嘗試。

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