课程实验总结报告实验名称:过热汽温控制系统实践课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）1 概述 (2)2 一级过热减温控制 (2)2.1 相关图纸 (2)2.2 控制系统原理 (2)2.3 控制系统结构 (3)2.4 控制逻辑与分析 (3)3 实验过程 (7)3.1 对象特性实验 (7)3.2 对象传递函数 (7)3.3 参数整定 (8)3.3.1 正反作用确定 (8)3.3.2 实验步骤 (8)3.3.3 原PID参数 (8)4 总结 (10)4.1 正反作用分析 (10)4.2 串级控制优点 (10)1 概述过热汽温(过热蒸汽的温度)的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。
过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。
过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。
过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。
但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次实验我们设计采用串级控制以提高系统的控制性能。
在双鸭山600MW超临界机组的过热蒸汽系统中，采用了二级喷水减温来控制主汽温，使用的控制策略均为串级控制。
2 一级过热减温控制2.1 相关图纸SPCS-3000控制策略管理-8号站-145页、146页2.2 控制系统原理过热减温A侧控制系统是串级PID控制系统。
通过调节一级减温喷水调节阀，改变一级减温器喷水流量，控制一级减温器出口温度。
然后主蒸汽经过过热器，进而达到调节二级减温器入口侧蒸汽温度。
两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵电动门，从而对主被控变量具有更好的控制效果。
在减温水串级控制系统中，副回路具有快速控制作用，当蒸汽温度发生变化时能快速实现调节作用，同时它能有效地克服进入副回路的扰动的影响，改善了对象的动态特性。
图2-1 过热系统监控画面2.3 控制系统结构对于过热减温串级PID 控制系统来说，在副回路中，控制对象为一级减温器，执行机构为一级喷水调节阀，调节量为一级喷水调节阀门开度，被控量为一级减温器出口温度；在主回路中，被控量为二级减温器入口侧蒸汽温度。
自动控制系统框图及控制逻辑图如下：主蒸汽一级减温器出口温度二级减温器入图2-2 一级过热减温控制系统结构2.4 控制逻辑与分析图2-3 一级过热减温A 控制逻辑图逻辑分析：1. 信号处理① 滤波：主回路和副回路的采样值一级减温器出口温度和二级减温器入口蒸汽温度在送到控制器PV 端前，通过一阶惯性环节的超前滞后模块，起滤波作用，滤波器传递函数为S611 。
② 质检：一级减温器出口温度和二级减温器入口蒸汽温度采样值需经过DPQC 模块检测信号品质好坏。
③ 分段线性拟合：单元负荷指令经过分段线性功能块拟合温度信号参与设定值计算。
主回路拟合温度，单元负荷指令0-800，拟合范围536-525℃；副回路拟合过热度，拟合范围10-10，需要指出的是单元负荷指令在副回路拟合的过热度与对应压力下的饱和蒸汽温度相加，形成给定值低限。
2. 主回路PV ，SP 及设定值跟踪与无扰切换主回路控制器PV 取自二级减温器入口A 侧蒸汽温度。
当一级减温器在自动控制状态下时，通过模拟量给定值发生器功能块ASET 块输入所要设定的二级减温器入口蒸汽温度偏置值，当单元负荷指令得到的蒸汽温度设定值不能满足控制要求时，可由运行人员设置一定的偏置进行调节。
ASET 模块输出控制员在操作面板上给定的设定偏差值与拟合后的蒸汽温度设定值求和，作为设定值输入到控制器SP 端，即SP=ASET+单元负荷指令转换后的蒸汽温度信号。
在手动状态下，ASET 模块DI 输入为1，输出端AO 输出AI 端的蒸汽温度实际与设定值偏差（二级减温器入口A 侧蒸汽温度实际值－拟合蒸汽温度设定值），再与拟合的蒸汽温度设定值相加，得到的值即为实际的二级减温器入口A 侧蒸汽温度，然后送入PID 控制器作为设定值，即：SP =（PV-单元负荷指令拟合温度信号）+单元负荷指令拟合温度信号 = PV 设定值 = 实际值，这样就实现了手动状态下的控制器设定值跟踪。
在控制器手动切换自动时，直接计算得到实际蒸汽温度作为设定值，设定值等于实际值，不会产生扰动，即实现了控制器手自动的无扰切换。
3. 压力分区使用比较器与逻辑与功能块，将末过出口A 侧压力进行分区间处理，分成0-7，7-16，16-25，25-33，>=33Mpa这五个区间。
4.分段拟合饱和蒸汽温度不同压力下的饱和蒸汽温度不同，压力越高饱和蒸汽温度越高，两者关系不是线性关系。
不同的压力对应饱和蒸汽温度有不同斜率的转换函数，在逻辑控制策略中无法使用单个分段线性拟合功能块拟合出来，所以这里使用多个分段线性功能块与选择功能块得到不同压力下的饱和蒸汽温度。
图2-4 不同压力下的饱和蒸汽温度分段线性拟合表1 末过出口压力分段线性拟合饱和蒸汽温度5.MAX低限逻辑在控制逻辑中可以看到主控制器输出需经过一个最大功能块MAX后送到副PID控制器SP端，这里实现副控制器设定值低限功能。
原理是：MAX AI1端= 主PID输出的一级减温器出口温度设定值取最大值MAX AI4端= 末过出口压力分段线性拟合对应压力下的饱和蒸汽温度+单元负荷指令分段拟合的过热度10℃两者取大，实现副回路设定值低限，既能PID1输出给定值指令太低，又能使设定值保持一定的过热度（10℃），使设定值高于对应压力下的饱和蒸汽温度，防止蒸汽带水，即使一级减温器少喷水。
6.副回路PV，SP副回路控制器PV端取自A侧一级减温器出口温度，设定值取自MAX低限块输出。
7.M/A站手自动跟踪与无扰切换在副回路中，手操站MRE端子为强制手动输入端，在手动状态下，一级减温喷水调节阀(A侧)的M/A站的输出信号Y = 运行人员手动设定；输入信号X 跟踪A侧一级减温器喷水控制阀开度。
同时M/A站S端输出1，PID控制器STR端子输入真，控制器进入跟踪状态。
主控制器TR端跟踪A侧一级减温器出口温度；副控制器TR端跟踪A侧一级减温器喷水控制阀开度，副控制器AO端输出TR跟踪值，实现了M/A站手动跟踪。
即：M/A站X = 副PID跟踪TR = A侧一级减温器喷水控制阀开度= 实际值而主回路控制器AO输出TR跟踪值：一级减温器出口温度，经过MAX模块送到副控制器PV端，设定值也为一级减温器出口温度。
即：PV=SP。
满足副控制器设定值等于实际值，实现了副控制器设定值手动状态下跟踪。
当手动状态切换到自动时，设定值等于实际值，控制器在给定设定值之前无动作，不会发生扰动，即实现了手自动无扰切换。
8.限幅M/A站输出一级减温喷水调节阀开度指令在执行前经过过限幅模块，正常情况下是0—100，当出现强降信号时，强行关闭喷水调节阀到0。
9.质检报警逻辑一级减温喷水调节阀(A侧)开度控制指令与A侧一级减温器喷水控制阀开度反馈信号作差送入幅值报警模块AA，若差值不在±30以内，则产生偏差大报警信号，A侧一级减温水门切手动。
同样，A侧一级减温器喷水控制阀开度反馈信号也需要经过DPQC点质量检测模块判断信号品质好坏。
3 实验过程3.1 对象特性实验在手动状态下，通过对减温器喷水调节门阀位的阶跃变化（喷水阀阀位由10%调小到5%），绘制二级减温器入口气温和一级减温器出口温度的阶跃响应曲线，进而得到近似的对象特性。
图3-1开环阶跃响应曲线观察响应曲线可以看出，被控对象为带有纯迟延的有自衡对象。
在主汽温控制系统中有内外两个回路，内回路为减温水调节门开度与一级减温器出口温度关系，这是一个比例关系，而外回路则是一级减温器出口温度与二级减温器入口蒸汽温度关系。
从图像中我们也可以看到一级减温器出口汽温变化比二级减温器入口气温变化快得多，且温度几乎是阶跃上升，说明仿真机模型中喷水减温阀只是一个比例环节，而实际现场中，由于阀门的迟滞等原因真实阀门都是一个惯性环节。
3.2 对象传递函数内环传递函数：如上图，减温水调节门开度改变为5时，一级减温器出口温度增幅为0.6，故减温水调节门开度与一级减温器出口温度之间的比例系数12.056.0==k 。
外环传递函数：根据开环阶跃响应曲线，本文采用了切线法来粗略求取对象的传递函数模型如下。
由图象可知，被控对象为带有纯迟延的有自衡对象，参数为：1.270.25,31.3,7.85y K T u τ∆=====∆ 故对象的传递函数模型为:7.80.25()31.31se W s s -=+ 3.3 参数整定3.3.1 正反作用确定在一个控制回路中，为了保证回路是负反馈作用，各环节放大系数乘积必须为负，所以若控制对象为正对象，则控制器为反作用；反之若控制对象为负对象，则控制器为正作用。
副调节器：当调节阀增大时，一级减温器出口温度减小，故内回路被控对象为负对象副调节器作用方式为正作用方式。
主调节器：一级减温器出口温度增加，二级减温器入口温度增加，所以外汇路被控对象为正对象，所以主调节器作用方式为反作用方式。
3.3.2 实验步骤1. 原PID 参数条件下，系统投入运行后，等待过热汽温达到稳定值。
2. 在控制系统投入自动的运行工况下，过热汽温达到稳定后，改变主汽温设定值，观察并主汽温度变化的数值及其过渡曲线。
3. 利用试凑法或经验法调整PID 控制器参数，再重复上述步骤，观察并记录此时系统的调节响应曲线是否满足要求。
3.3.3 原PID 参数内回路比例带2，积分时间0，微分时间0外回路比例带0.8，积分时间60，微分时间0将控制投入自动，待系统稳定后将设定值变化0.7℃，原PID 控制效果如下：图3-2 原PID控制效果由图可见，加入阶跃扰动易后，系统虽然能够达到稳定，但是稳态时间较长，Tr=240s，当温度变化较大时，系统需要较长的时间才能调节回来，响应速度较慢，且稳定后系统存在静差，控制效果不太理想。
3.3.4 参数整定由于实验条件与时间所限，我们依然采用试凑法对PID参数进行整定，多次试验后的最终整定参数为：内回路比例带0.2，积分时间0，微分时间0外回路比例带0.3，积分时间20，微分时间0图3-3 最终PID控制效果如图所示，系统的输出响应速度更快了，稳态时间明显缩短为Ts=120s左右，虽然没有超调，但是整定后的PID参数控制效果依然优于原来的。
4 总结4.1 正反作用分析在一个控制回路中，为了保证回路是负反馈作用，各环节放大系数乘积必须为负，所以若控制对象为正对象，则控制器为反作用；反之若控制对象为负对象，则控制器为正作用。