基于PLC技术的机组协调控制系统优化

姚仪遵

（桂林电子科技大学 广西桂林 536000）

机炉协调控制系统是热电厂机组运转的中枢系统，在热电厂的运作过程中发挥着重要的作用。当前随着国内电力需求的变化，热电厂的机组机炉协调控制系统也需要进行整体的运作优化，才能够日益增长的电力需求。本文基于笔者的实际工作调查，对某热电厂的实际机组机炉协调控制系统进行优化，帮助系统进一步满足机组启动和停止时的滑压运行和定压运行的需求。

一、案例分析

某热电厂隶属某油田电力集团，该集团下辖若干油田电力厂、热电厂、燃机电厂、设计院等企业，该集团年供电能力100亿kW·h，年发电能力30亿千瓦时，年供电能力1800万GJ，是当地的龙头企业。某热电厂隶属该集团四座发电场之一，负责周边区域居民的热电需求，总装机容量150MW，供热能力达1100万GJ。某热电厂150MW机组机组机炉协调控制系统，是该热电厂整体运行的关键，能够确保在准确满足负荷的前提下提高机组机炉的稳定性，但该机组机炉协调控制系统的适用情况是满负荷稳定工况。如果相关工况发生了变化，机炉协调系统就无法做到快速满足需求。该问题已经为某热电厂的机组运行带来了一定的经济问题。基于某热电厂的实际需求，笔者计划从两个方面来对已有系统进行设计。

（一）送风量测量方面

在送风量测量方面，笔者计划利用网格法提高气体流量测量的准确性。传统的气体流量测量方法往往需要光滑的内壁和较长的直管段才能最大程度地提高其准确性，这在电厂锅炉的风烟道中无法做到。因此，传统气体流量测量的结果有着一定程度的误差。而网格法能够很好地减小这类误差。网格法顾名思义就是在堤岸厂锅炉的风烟道内设置多个测量点，进而得到风烟道内的气体平均流速，基于次数据来对气体流量测量结果加以修正。当前利用网格法的相关技术有防堵阵列式风量测量技术，能够很好地实现上述构想，在防粉尘阻塞的同时提高测量准确度。同时，应用于该技术的测量装置能够对自身的灰尘情况进行快速清除，最大程度减小因压损而出现的误差。笔者依据该热电厂的实际经济情况，计划采用防堵阵列式风量测量技术来对现有的测量结果加以优化；同时加装配套的硬件和软件设施，对该装置进行智能化设置，进而满足某热电厂的实际需求。[1]

（二）热值方面

传统的协调控制策略针对煤质的不同没有进行有效的区别，进而对热值没有进行精准性的测量，降低了系统的适用性。针对不同的煤质来对现有的煤种进行智能化处理，其原理在于通过锅炉主控指令，来对给煤量反馈信号进行智能化的识别，进而对后续的锅炉出力进行选择。如果锅炉主控指令检测到实际的蒸发量比设计蒸发量小，说明锅炉内的实际煤种其发热量低于设计煤种；如果锅炉主控指令检测到实际的蒸发量比设计蒸发量大，说明锅炉内的实际煤种其发热量高于设计煤种。笔者针对实际结果来建立相关的模型，进而得出相应热值校正模型，对测量结果加以修正。

（三）窄间隙气机控制

窄间隙气机控制技术顾名思义，是指在窄间隙环境下所使用的一种特殊控制技术。当前，很多行业领域的控制环境相对狭窄，传统的控制技术在其中施展不开。而运用窄间隙气机控制接技术就能够很好地解决上述问题。窄间隙气机控制技术的具体步骤如下：首先是控制前的准备，控制前需要将被焊工件进行相应的坡口加工，同时确保坡口符合整体窄间隙的应用范围；然后是在控制过程中把母材和热丝电源的负极相连，把送丝管和气机与正极相连并加热；这时气机会出现相应的融化现象，利用融化的气机将母材进行部分熔化，最后完成控制。需要注意的是，在控制过程中母材的融化是通过激光光束进行，因此需要对熔池和焊缝进行惰性气体防护工作，确保窄间隙气机控制技术的顺利进行。[2]

1.窄间隙气机控制技术优势

通过对上述窄间隙气机控制技术的过程研究，我们可以看出窄间隙气机控制技术具有如下优点：

第一是窄间隙气机控制技术能够有效减少传统热丝焊过程中的浪费情况，一方面基于控制材料设计了相应的窄间隙坡口，能够根据材料的填充自由进行尺寸设计，另一方面此类设备还配备专门的送丝机构，在提高控制效率的同时能够有效地降低控制过程中的变形风险；第二是窄间隙气机控制技术采用了非激光加热的方式，而是采取电阻加热的模式，相对传统的激光加热能够明显提高整体控制工作的效率；第三是窄间隙气机控制技术中的激光应用能量密度较大，能够快速完成控制，从而减小实际的影响区域，提升整体控制过程的质量；第四是窄间隙气机控制技术能够针对不同情况来调整不同成分的气机，进而提升整体的控制质量；第五是窄间隙气机控制技术能够有效地降低控制过程的精度要求。因为传统激光热熔焊作用的工件和装配间隙较大，而激光整体的作用范围较小，所以很容易出现激光能量溢出的情况，对于操作者有着一定程度的精度要求。而窄间隙气机控制技术在控制过程中能够加入相应的气机，有效地减小激光能量的使用频率，进而降低了相应的精度要求；第六是窄间隙气机控制技术整体采用的激光器高达千瓦级，就算是厚板也能够进行作业，同时不需要扩大焊缝的熔深就能够直接进行控制，对于我国激光控制技术的进一步推广有着积极意义。

2.窄间隙气机控制技术缺点

窄间隙气机控制技术在我国的应用已经初具规模，但也暴露出了不少的问题，具体可以分为如下几个方面：

首先是窄间隙气机控制技术的温度控制问题。基于气机的实际作用尺寸，窄间隙气机控制技术采用了电阻加热的方式对气机进行加热，但是对于电阻加热的温度控制就成为了该技术的主要问题。如果温度过高会使气机直接失去原有特性，而温度较低则会导致气机无法进行能量的合理分配，进而降低整体控制质量。

其次是坡口的侧壁和层间的融合问题。窄间隙气机控制技术的参数一旦不符合世纪控制的标准，或者是坡口的尺寸和层面清洁出现问题，就很容易导致破口的侧壁和层间出现融合问题。因此，在实际控制过程中需要反复校对破口的尺寸、清洁度和相应的工艺参数，才能保证整体控制结果的质量。

再次是窄间隙气机控制技术的控制气孔问题。窄间隙气机控制技术的控制气孔只能通过改变离焦量进行减小，但如果将此类技术应用到气机填接或者深熔焊方面，控制气孔就很容易出现问题。

最后是窄间隙气机控制技术的送丝送气问题。窄间隙气机控制技术在控制过程中需要持续进行气机和保护气体的送入，这就对坡口的尺寸提出了考验。同时，坡口的尺寸还决定了层面清理的难度，如果破口尺寸较小，就很容易出现清理难度较大的情况。[3]

二、机组机炉协调控制系统优化

（一）气机系统分析及主控逻辑优化

汽机主控是协调控制系统与数字电液控制系统的连接部分，可手动增减数字电液控制系统指令改变汽轮机负荷。为了增加机组的稳定性，笔者在汽机主控程序中新设计了主汽压力拉回回路，依据历史数据，推荐压力偏差辅助调节功能块F（X）参数，参考该参数制定F（X）功能块曲线函数规则。即主汽压力控制偏差超过±0.4MPa时，汽机主控在控制机组负荷的同时会协助锅炉主控控制主汽压力，根据压力偏差对应修正负荷偏差的函数关系，利用汽机主控对锅炉侧进行辅助调压。

F（X）的功能逻辑表现为：输入主蒸汽压力偏差信号，在惯性环节对信号进行处理，然后通过F（X）功能块来对处理过的信号进行调节，得出负荷偏差信号，进而输入汽机主控控制功能块中进行调整，最后利用来数据来辅助调压。

依据系统特性曲线及历史数据，推荐负荷指令与汽机主控输出参数。其中，汽机主控输出为汽机主控程序依据负荷指令向数字电液控制系统系统发出的控制信号，控制汽机侧设备。负荷指令为0MW时，汽机主控输出为0%，负荷指令为330MW时，汽机主控输出为100%。

基于上述测量结果，笔者认为应该在PID模块的设定值上增加惯性环节，进入PID负荷指令信号增加惯性处理回路；同时，在3个功率实测信号的中值选择信号处，增加惯性环节进行滤波处理，降低干扰。

（二）锅炉系统分析及主控逻辑优化，

在锅炉系统分析及主控逻辑优化方面，首先需要依据相关符合，在锅炉主控针对压力偏差的积分和比例部分给出测定的基本值。然后主蒸汽压力偏差变化率对锅炉主控修正，主蒸汽压力偏差的变化率乘以一个系数加入锅炉主控修正量，减小锅炉的主蒸汽压力波动，使控制系统趋于稳定。最后需要机组负荷指令对锅炉主控输出的前馈控制，对此作用进行加强，同时加强锅炉变负荷过程中对锅炉主控的动态增加量。

（三）燃料系统分析及主控逻辑优化

燃料主控接收来自锅炉主控的输出指令，其下游带有偏置功能块对六层给煤机进行控制。查询机组常用煤种相关参数，了解实际燃烧状况，并针对问题将燃料主控控制逻辑进行优化。新增热值校正回路可以改善由于煤质变化带来的对协调控制系统系统参数的不适应。新增的热值校正回路，在协调控制系统方式下可以实时、在线、闭环、后台运行，不需要运行人员人工干预。此外，热值校正可以克服当前运行机组燃烧煤种的发热量扰动对机组运行的干扰。

（四）调节方式

由于机组的直接能量平衡调节方式并不能完全补偿单元机组协调控制系统的全部非线性特性，因此，在大范围变负荷时，其自适应能力不强，主汽压力跟踪差。针对以上问题，笔者将原有的直接能量平衡调节方式更换为间接能量平衡控制，同时增加其他必要的调节手段如自适应参数等先进控制策略，增强机组控制系统在不同工况下、在同一工况下不同煤质状况的适应性。[4]

三、总结

笔者依照后续的试验情况，在对机炉协调控制系统进行优化之后，该机组的变得更加的智能化和自动化，负荷相应的速度在加快的同时减小了功率波动，大幅度降低了工作人员的操作量。本次所设计的相关方案还需要结合更多的变量进行调整，笔者在以后的工作生活中也将继续深入此方面的研究，为我国当前的能源领域发展做出贡献。