基于Symphony DCS的600MW直流鍋爐風量控制系統

圖1 氧量校正曲線
圖2為氧量校正控制回路SAMA圖。本系統給出的機組給定負荷指令通過函數功能塊F3(x)與來自氧量M/A操作站的偏置值信號(BIAS)疊加，模擬出圖1所示的含氧量隨負荷變化的曲線，形成氧量滑動設定值SP。為了防止設定的偏置值的突變對控制系統的沖擊，該設定值經過速率限制塊V≯的速率限制。同時，為了防止運行人員誤將設定值操作到合理范圍之外，設定值還需要經過上、下限幅塊≯≮(下限值=3％，上限值=6％)的限制。

圖2 氧量校正及總風量指令控制回路
經各自選擇后的甲、乙側煙氣含氧量信號取平均值，作為氧量校正調節器PID1的過程量PV信號，煙氣含氧量信號和其設定值的偏差經調節器PID1后，送往氧量校正M/A操作站，形成風/燃比。操作站M/A的輸出經函數塊F7(x)后對總風量指令信號進行校正。函數發生器F7(x)的作用是將氧量校正操作站輸出的0～100%信號轉換成0.8～1.2的校正系數。當氧量校正操作站在自動控制方式時，氧量校正系數根據煙氣含氧量的偏差自動形成。
3 空氣-燃料交叉限制
系統風量指令形成回路采取以“經給水溫度修正后的鍋爐指令”、“總燃料量測量值”(均與風/燃比相乘)選大值輸出和“最小空氣流量”信號限制輸出。其中，最小空氣流量設定為35％MCR(鍋爐最大連續出力)負荷時的風量，是為避免爐膛滅火設置的最小風量值。
如圖2所示，正常情況下，鍋爐總燃料量指令和總燃料量信號都大于35％MCR負荷使得風量信號。此時，總風量的設定值由鍋爐主指令和總燃料量經大選塊>和函數發生器F4(x)后給出(煤風比)。函數發生器F3(x)是為了調整鍋爐主指令和總燃料量信號的量程差別;大選塊>保證了在加負荷時先加風，減負荷時后加風，以實現鍋爐的富氧燃燒。當鍋爐總燃料量指令和實際總燃料量信號都小于最小空氣流量信號時，則通過上、下限幅塊≯≮(下限值＝35％)設定最小輸出值(MIN=35％)作為風量指令輸出。以防止風量降到預定值以下，引起爐膛熄火事故。
4 送風機動葉開度控制
電廠采用兩臺軸流式送風機以控制其動葉開度大小來滿足入爐風量要求。當入爐風量信號變化后，總風量實測值(系統的反饋信號)與氧量校正后的總風量給定值的偏差，經控制器PID2后作為兩臺送風機A、B的共用指令。為了加快風量的調節過程，總風量調節器PID2引入一個總風量指令前饋信號(參考圖2)。該系統除完成正常工況下的串級控制系統內回路調節外，還設計有非正常工況時風機動葉開度定向閉鎖回路，以及兩臺風機分別實現手動操作和由“手動”切回“自動”時實現無平衡、無擾動的偏差平衡回路。
4.1 定向閉鎖回路
圖3為送風機動葉定向閉鎖回路的SAMA圖。一旦發現爐膛壓力異常，通過兩組大選塊>和小選塊<及切換塊T1、T2、T3、T4的限制功能來閉鎖送風機動葉指令。例如，爐膛壓力低邏輯信號有效時，切換塊T1、T2的輸入端接至S2端，即切換塊T1、T2的輸出值又送回輸入端，從而將此時刻的信號保持并持續輸入大選塊>中。此時送風機動葉位置指令在輸入實際值和保持值之間選大值輸出，使得控制系統只能增加風量而不是減小風量。同理，當爐膛壓力高邏輯信號有效時，控制系統只能減小而不能增加風量。

圖3 送風機動葉定向閉鎖回路
4.2 送風機偏差平衡回路
兩臺送風機的共用指令同時送到送風機A和送風機B，再分別與送風機特性偏置信號相加和相減，經過上、下限幅塊≯≮后作為兩臺送風機各自的動葉控制指令。上、下限限幅的作用是為了在加上送風機特性偏置信號后不能超過送風機導葉指令的上下限(上限為100%，下限為0%)。由送風機的M/A操作站引出了一個正負雙向偏置信號A(BIAS)，它經速率限制塊V≯后，加至兩臺送風機的動葉控制回路。它對兩臺送風機動葉指令的作用方向是相反的，目的是在正常情況下平衡兩臺送風機的負荷，使兩臺送風機馬達電流相等。送風機特性偏置只有在兩臺送風機動葉都處于自動控制方式時才可由運行人員手動改變。
5 控制系統的DCS實現
Symphony系統是ABB公司開發的一套集過程控制和企業管理一體的新一代集散控制系統(DCS)，功能強大。在這里筆者將對系統主要功能碼新型PID控制器(FC156)做簡單說明，其功能碼圖如圖4所示。

圖4 新型PID功能碼示意圖
此功能碼與傳統PID控制器相比有如下特點:對微分作用的算法做了改進;在串級組態方式時，當遇到限制值時，禁止增加和禁止減少信號，防止主回路出現積分飽和;既可執行無相互影響的PID控制算法，也可執行有相互影響的經典的PID控制算法; 具有快速飽和恢復選擇的功能等。
6 結束語
目前，該系統已經成功運行，控制效果良好。