（电力系统及其自动化专业论文）北仑发电厂＃1机组集散控制系统优化.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e 群1u n i td c sc o n t r o ls y s t e mo f z h e j i a n gb e i l u np o w e rp l a n th a d o p e r a t e df o r1 5y e a r s ，t h es y s t e me q u i p m e n to b v i o u s l yg o ta g e d , s oi tw a s s u b s t i t u t e db yw e s t h o u s e so v a t i o ns y s t e m a l t h o u g ht h eo v a t i o n c o n t r o ls y s t e mh a st h eb r i g h tc h a r a c t e r i s t i ci nt h et e c h n o l o g y , a n di t s c o n t r o l l e rh a sa d v a n c e da l g o r i t h m , b u ti na c t u a lo p e r a t i o n ，i tn e e d st h e f l k r t h e ro p t i m i z a t i o n t h i sp a p e rn a r r a t e dt h en e wc h a r a c t e r i s t i co ft h e c o n t r o ls y s t e m ，a n de n u m e r a t e ds o m em a i nc o n t r o l l e ra l g o r i t h m s a tt h e s a m et i m e ，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e do ft h em o d e me l e c t r i c a lp o w e r s y s t e ma n d t h ed e f i c i e n c yo ft h eo v a t i o ns y s t e m ( s u c h a s ，t h ea b i l i t yo f r e s p o n d i n gt ot h ea g cl o a di n s t r u c t i o n ，t h eu n i tf r e q u e n c ym o d u l a t i o n a b i l i t ya n dt h ec o m m u n i c a t i o nb r e a k d o w nb e t w e e nd c sa n dp l c ) ，w e a n a l y s e di t sr e a s o n ，a n dm a d es o m ei m p r o v e m e n t s t h eo p e r a t i o n p r a c t i c ei n d i c a t e dt h a tt h ei m p r o v e m e n t sa n dt h eo p t i m i z a t i o nt ot h e c o n t r o ls y s t e ma r er i g h ta n de f f e c t i v e k e y w o r d s ：e l e c t r i c a lp o w e rs y s t e m ；d c s ；c c s ；d e h ；p l c ；c o n t r o l s t r a t e g y ；a l g o r i t h m s ；o p t i m i z a t i o n 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文选题的意义和目的 1 1 1 控制系统的演变 从2 0 世纪中叶以来，电厂热工过程的自动控制技术得到了飞速发展。从4 0 年代到5 0 年代，锅炉和汽轮机的控制是分散、独立地进行的，锅炉、汽轮机及 其它重要辅机都各自设置一套基地式调节装置。从5 0 年代到6 0 年代，随着单元 机组的问世，要求把锅炉和汽轮机的控制联系起来考虑，于是从分散的基地控制 转向集中控制。机、电、炉的操作盘都集中在单元控制室。从6 0 年代到7 0 年代， 广泛采用将模拟式组装仪表用于闭环控制，而将电子计算机用于数据采集( 开环 监视) 的控制方式。从7 0 年代中期开始，由于计算机技术、控制技术、通讯技 术及图像显示技术的发展，世界上各主要工业国家先后推出了以微处理机为核心 的分布式计算机自动控制系统( d c s ) 。分布式控制系统是一种在控制功能上分 离、地理位置上分散、运行管理上集中的新型现代化的自动控制设备。单元机组 的检测、程控、调节、报警、保护等功能分别由该系统内各个微处理机来完成。 以c r t 屏幕显示为中心的显示和操作系统，使运行人员既可监视机组运行的全 局情况，又可观察和控制每一个控制回路的参数和状态。由于这种控制系统采用 了容错技术、冗余技术和自诊断技术，因此控制系统本身具有高度可靠性。 1 1 2d c s 的发展过程 d c s 是分散控制系统( d i s a b l e dc o n t r o ls y s t e m ) 的简称，国内一般习惯称为 集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的 多级计算机系统，综合了计算机( c o m p m e r ) 、通讯( c o m m u n i c a t i o n ) 、显示( c r t l 和控匍j ( c o n t r 0 1 ) 等4 c 技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配 置灵活、组态方便。 d c s 具有以下特点： ( 1 ) 高可靠性由于d c s 将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构 采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此 外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采 用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到 4 浙江大学硕士学位论文 提高。 ( 2 ) 开放性d c s 采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计 算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将 新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算 机的工作。 ( 3 ) 灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定 测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图 形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制 系统。 ( 4 ) 易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特 点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下 在线更换，迅速排除故障。 ( 5 ) 协调性各工作站之| 日j 通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享， 协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。 ( 6 ) 控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一 体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入 所需的特殊控制算法。d c s 的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、 操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的 服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由 分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网 络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作 管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的 发展，d c s 可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级 的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。 1 9 7 5 年h o n e w e l l 公司推出的t d c 2 0 0 0 集散控制系统是一个具有许多微 处理器的分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通 过数据高速公路与基于c r t 的操作站相连接，互相协调，一起实施实时工业过 程的控制和监测，实现了控制系统的功能分散，负荷分散从而危险性也分散。在 浙江大学硕士学位论文 此期间世界各国相继推出了自己的第一代d c s 。第二代产品在原来产品的基础 上，进一步提高了可靠性，新开发的多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通 信等更完善了d c s 。其特点是采用模块化、标准化设计，数据通信向标准化迁 移，板级模块化，单元结构化，使之具有更强适应性和可扩充性。控制功能更加 完善，它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。第三代产品 开发了高一层次的信息管理系统。其共同特点是：实现了开放式的系统通信，向 上能与m a p 和e t h e r n e t 接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成复 合管理系统；向下支持现场总线，它使得过程控制或车间的智能变送器、执行 器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信。过程控制组态采用c a d 方法， 使其更直观方便，实现自整定功能。 受信息技术( 网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线 技术、各种组态软件技术、数据库技术等) 发展的影响，以及用户对先进的控制 功能与管理功能需求的增加，各d c s 厂商( 以h o n e y w e l l 、e m e r s o n 、f o x b o r o 、 横河、a b b 为代表) 纷纷提升d c s 系统的技术水平，并不断地丰富其内容。可 以说，以h o n e y w e l l 公司最新推出的e x p e r i o n p k s ( 过程知识系统) 、e m e r s o n 公 司的p l a n t w e b ( e m e r s o np r o c e s sm a n a g e m e n t ) 、f o x b o r o 公司的a 2 、横河公司的 r 3 ( p r m 一工厂资源管理系统) 和a b b 公司的i n d u s t r i a li t 系统为标志的新一 代d c s 已经形成。 如果我们把当年f o x b o r o 公司的i as e r i e s 看作第三代d c s 系统里程碑的 话，那么以上几家的最新d c s 可以划为第四代。第四代d c s 的最主要标志是 两个“i ”开头的单词：i n f o r m a t i o n ( 信息) 和i n t e g r a t i o n ( 集成) 。 第四代d c s 的技术特点 第四代d c s 的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、 工厂( 车间) 层和企业管理层。一般d c s 厂商主要提供除企业管理层之外的三 层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平 台( e r p 、c r m 、s c m 等) 。所以说，当今d c s 主要提供工厂( 车间) 级的所 有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。 ( 1 ) d c s 充分体现信息化和集成化 6 浙江大学硕士学位论文 信息和集成基本描述了当今d c s 系统正在发生的变化。用户已经可以采集 整个工厂车间和过程的信息数据，但是用户希望这些大量的数据能够以合适的方 式体现，并帮助决策过程，让用户以他明白的方式，在方便的地方得到真正需要 的数据。 信息化体现在各d c s 系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是 一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。d c s 提供了从现场到设备，从设 备到车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通道。这些信息充分体现 了全面性、准确性、实时性和系统性。 大部分d c s 提供了过去常规d c s 功能、s c a d a ( 监控和数据采集) 功能 以及m e s ( 制造执行系统) 的大部分功能。与e r p 不同，mes 汇集了车间中 用以管理和优化、从下订单到产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件， 它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活 动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。mes 的功能 包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数据采集、性能分析和 物料管理等功能模型，与d c s 相关的各功能模块有资源配置与状态( r e s o u r c e a l l o c a t i o na n ds t a t u s ) 、派遣生产单元( d i s p a t c h i n gp r o d u c t i o nu n i t s ) 、文档控制 ( d o c u m e n tc o n t r 0 1 ) 、数据收集获取( d a t ac o l l e c t i o n a c q u i s i t i o n ) 、劳工管理( l a b o r m a n a g e m e n t ) 、质量管理( q u a l i t ym a n a g e m e n t ) 、维护管理( m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t ) 、产品跟踪( p r o d u c tt r a c k i n g ) 、性能分析( p e r f o r m a n c e a n a l y s i s ) 。 d c s 的集成性则体现在两个方面：功能的集成和产品的集成。过去的d c s 厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统。当今的d c s 厂商 更强调的系统集成性和方案能力，d c s 中除保留传统d c s 所实现的过程控制功 能之外，还集成了p l c ( 可编程逻辑控制器) 、r t u ( 采集发送器) 、f c s 、各种 多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。此外，各d c s 厂商不再把开发组 态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把d c s 的各个组成部分采 用第三方集成方式或o e m 方式。例如，多数d c s 厂商自己不再开发组态软件 平台，而转入采用兄弟公司( 如f o x b o r o 用w o n d e r w a r e 软件为基础) 的通用组 态软件平台，或其它公司提供的软件平台( e m e r s o n 用i n t e l l u t i o n 的软件平台做 基础) 。此外，许多d c s 厂家甚至f o 组件也采用o e m 方式( f o x b o r o 采用 浙江大学硕士学位论文 e u r o t h e m 的i o 模块，横河的r 3 采用富士电机的p r o c e s s i o 作为i o 单元基础， h o n e y w e l l 公司的p k s 系统则采用r o c k w e e l l 公司的p l c 单元作为现场控制站。 ( 2 ) d c s 变成真正的混合控制系统 过去d c s 和p l c 主要通过被控对象的特点( 过程控制和逻辑控制) 来进行 划分。但是，第四代的d c s 已经将这种划分模糊化了。几乎所有的第四代d c s 都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。这也是为了适应用 户的真正控制需求。因为多数的工业企业绝不能简单地划分为单一的过程控制和 逻辑控制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制为主的分过程组成的。我们要实 现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率，就必须把整个生产过程纳入统一 的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系统、造纸过程、水泥生产过程、制 药生产过程和食品加工过程、发电过程，大部分的化工生产过程都是由部分的连 续调节控制和部分的逻辑联锁控制构成。 1 2 d c s 在国内外的发展与应用状态 1 9 7 5 年美国最大的仪表控制公司h o n e y we l l 首次向世界推出了它的综合 分散控制系统t d c - - 2 0 0 0 ( t o a ld i s tr i b ut e dc o ntr ol 一2 0 0 0 ) ，这一系统的发表， 立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的 各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系 统的新时期。 在此期间有日本横河公司推出的c e nt u m ，美国泰勒仪表公司的m os 6 ， 费雪尔公司的d c l 3 4 0 0 ，贝利公司的n 9 0 ，福克斯波罗公司的c p e c tr u m 和德国西门子公司的t e l e p e n n m 。 随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展，加上各制造商的激 烈竞争，使d c s 很快从7 0 年代的第一代发展到9 0 年代初的第三代d c s 。尽 管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊病 是：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是本公司的专利产品，每个公司 为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问 题。 随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术， 浙江大学硕士学位论文 8 0 年代末许多公司推出新一代的集散系统，其主要特征是新系统的局部网络采 用m ap 协议；引用智能变送器与现场总线结构；在控制软件上引入p l c 的顺 序控制与批量控制，使d c s 也具有p l c 的功能。 至9 0 年代初各国知名的d c s 有：3 0 0 0 ，b a i l e y 的nf 卜_ 9 0 皿os e m o u nt 的 r s 3 ，we s th o os e 的w d p f , lc c d s & n o nt hm p 的m a x - - 1 0 0 0 ，f o x b or o 的 1 6 as ，日本横河的c e nt u m 。这里所提到的均为大型的d c s ，为了适应市场的 需要各厂商也开发了不少中小型的d c s 系统如s 9 0 0 0 ，m a x - - 2 ，l x l ，a2 p a c s 等等。 目前，代表最新技术水平的控制系统： 序号产品名称厂商 1 s y m p h o n y a b b 2w d p f 、ov 蛆1 0 n w e s t i n g h o u s e 3 h i a c s 一5 0 0 0 7 0 0 0 日立 4m a x 1 0 0 0 l e e d s & n o r t h r u p 5 t e l e p e r m - m e s 1 m e n s 6 p r o c o n t r o i p a b b 7i as e r i e s f o x b o r o 8c o n t r o l n i c eh & b 表一先进的控制系统及其开发商 1 3 论文的主要工作 北仑发电厂一期# l 机组d c s 控制系统原为美国a b b 公司下属t a y l o r 公司提 供的m o d 3 0 0 系统，m o d 3 0 0 通过一个双路冗余的环状数据高速公路形成通信网络 ( d c n 环) ，将单元机组的各个子功能系统有机地组合在一起，组成一个完整的控 制、保护、监测、操作、计算等多功能自动化系统。 由于群l 机组m o d 一3 0 0 系统运行已有1 5 年之久，系统设备已明显老化，备 品备件购买困难。为此在2 0 0 4 年大修中对# 1 机组m o d 3 0 0 系统改造为西屋的 o v a t i o n 系统。o v a t i o n 系统是西屋过程控制公司在1 9 9 8 正式推出的面向2 1 世纪的新一代控制技术及管理信息技术集成的产品，其开发的目的就是基于生产 过程自动化系统和生产管理系统的融合，为企业建立一个高度一致，彻底开放的 工业控制和信息管理系统。 虽然0 l ”i o n 控制系统在技术上有鲜明的特点，而且其控制器具有较先进 9 浙江大学硕士学位论文 的算法，但是在实际运行中，我们根据现代电力系统运行的实际需要，针对新 d c s 控制系统在运行生产中碰到的问题和不足之处，分析出原因，并采取了改 进措施，不断地对0 v a t i o n 控制系统进行优化： 1 随着电力体制改革的深化，华东电力市场即将进入运行阶段，对机组c c s 方式下响应a 1 3 c 负荷指令的能力进行优化，及其优化后随之产生的炉膛 压力控制和主机# 2 轴承振动的控制问题进行了改进。 2 根据国电华东公司的要求浙江电网内的各主力机组须投运一次调频，对 机组一次调频的能力进行了优化。 3 对机组原来的d c s 系统进行改造的同时，也对原来的p l c 系统进行升级。 针对改造后投入运行出现的通讯故障问题，对机组d c s 与p l c 系统通讯 进行了优化。 1 0 浙江大学硕士学位论文 第二章北仑发电厂# 1 机组集散控制系统 西屋d c s 产品的开发周期为1 5 年左右，其中o v a t i o n 系统是其第三代产品。 由于采用了诸如开放性网络，s u n 工作站和i n t e l 奔腾处理器这些普遍认可的硬 件，简化了o v a t i o n 系统的整个组态和执行过程。另外o v a t i o n 系统利用对一个 分布式全局型的相关数据库管理系统作一次瞬态和透明访问来执行对控制回路 的操作，这种数据库访问允许把功能分配到许多独立的c p u 站点，每个站点能集 中在指定的功能上不间断的并行运行。 图一o v a t i o n 控制系统原理图 2 10 v a t l 0 n 系统特点： 采用商业化硬件的高速大容量快速以太主干网( 或f d d i c d d i ) 为整个企业数据的连贯性和高速访问而嵌套在系统核心部分的相关数 据库( r d b m s ) 带标准p c i 总线结构的全冗余奔腾级控制器 浙江大学硕士学位论文 先进的电子装置具有低功耗特点，减少了h v a c 的需求，同时增强了可 靠性 软件平台的开放性使得系统既具有d c s 的强大功能和高可靠性，又具有 良好的用户界面。几乎所有的系统软件是基于大家熟悉的第三方软件 包。诸如a u t o c a d ，o r a c l e 等 可在普通p c 兼容机上运行虚拟d p u ，仿真实际运行 加快系统设计及工程组态的直观的编程工具。包含在p o w e r t o o l s 套件 中有图形生成器，点生成器，控制生成器，组态生成器，报告生成器和 安全生成器等等。 开放式工业标准使得系统能把第三方的产品很容易的集成在一起，具有 良好的应用兼容性和可扩展性 通过商业化的硬件和互联网协议，简化了到工厂l a n s 和w a n s 的连接能 力，实现r a s ( 远程访问) 和m i s 或s i s 接口功能 冗余技术运用和分布式结构保证了系统运行的可靠性 i o 模块体现了系统硬件的简化设计思想，这些模块既可用做模拟模块 也可用作数字模块。这样较少品种的模块减少了备件库存费用，另外在 i o 模块中去除了高故障率和有限寿命的铝电解电容器 2 20 v a t l 0 n 控制器 o v a t i o n 控制器执行简单或复杂的调节、逻辑控制、数据采集、与o v a t i o n 网络和i o 子系统的接口。建立在i n t e l 奔腾处理器强劲功能及高度灵活基础上 的o v a t i o n 控制器，提供在优先任务计划下的实时和多任务处理能力，而且仍然 保持符合p o s l x l 0 0 3 i b 开放型标准。由于使用开放式的工业标准，o v a t i o n 控 制器是工厂过程中最强有力的控制器。i n t e l 的奔腾处理器增强了灵活性并能够 节省成本。控制器可以方便的将发展迅猛的微处理器技术组合在系统中。提供在 优先任务计划下的实时多任务、p c 兼容操作系统使用户对控制器软件的投资最 经济。 o v a t i o n 控制器基于奔腾处理器的结构及p c i 总线方式，它使用i n t e l 外 围组件互连( p c i ) 的3 2 位扩展总线和标准化的p c 结构使控制器可以与其他即 浙江大学硕士学位论文 插即用( p l u ga n dp l a y ) 标准p c 产品连接和运行。p c i 是一种3 2 位用于奔腾和 奔腾p r o 处理器中的扩展总线。系统设计采用p c i 总线是为了容易与其他板级 设备集成这种开放性的设计使控制器的板级元件更换及更新简单可行，使 o v a t i o n 控制器成为技术更新意义上的开放性平台 o v a t i o n 软件可以在运行了3 2 位带优先级多任务实时操作系统的p c 兼容机 上使用，o v a t i o n 控制器使用多任务商用实时操作系统( r t o s ) 处理数据。r t o s 用来执行和协调多应用区域的控制、与网络通讯以及对控制器内部进行整体管 理。为了便于实时控制和通讯，r t o s 通过t c p i p 提供了优先级多任务调度和通 讯网络网络通讯借助于一个商用的网络适配器来执行通讯所需的物理和介质层 处理诸如路由、终端到终端连接等通讯协议中的高层以及文件的传输都由控制 器的软件作业来完成。o v a t i o n 网络执行t c p i p 协议仅仅是r t o s 功能中的一种， 它和其它实时操作系统如m i c r o s o f tn t 、s o l a r i s 和u n i x 也可兼容。 另外，o v a t i o n 操作系统与全面设计的操作系统不同，它省去了相应于全面 设计操作系统所花费的系统开销，存储和内存管理开销它只使用了与p o s i x 兼 容的r t o s 核心部分。该操作系统内嵌于o v a t i o n 的控制器中。o v a t i o n 控制器 为了满足用户的需求，提供了大量的应用程序和功能：连续( p i d ) 控制、布尔逻 辑、特殊逻辑和定时功能、数据采集、s o e 处理、冷端输入补偿、过程点传感器 限位检验、过程点报警处理、过程点转换为工程单位、过程点数据库存储、就 地和远程i o 接口和过程点上标签等。 o v a t i o n 控制器的主要特点： 处理功能强大 标准p c 结构 最大限度容错设计 全冗余的控制器能配备 控制模式 后备模式 自动出错控制 报警处理 浙江大学硕士学位论文 2 30 v a t i o n 高性能工具库 o v a t i o n 高性能工具库是一组高级软件包，主要用于建立和维护o v a t i o n 控制策 略、过程画面、测点记录、i 0 位置、报表生成和全系统组态。整套软件和o v a t i o n 嵌入式相关数据库管理系统相辅相成、协调维护系统内全部组态的总编译，实现 同其他工厂及商业网络的信息互联。 高性能工具库采用一个直观的、菜单驱动的环境和基本软件包平台。这些易 用图形用户界面工具执行组态和维护操作。在线系统的每个站含有一个分布式数 据库及该站所需所有数据的最新视图，以监视和控制系统过程。 主数据库向网上每个站点发送数据。由于每个站点与数据库相关部分相连， 因此主数据库保持一致性和准确性。开发高性能工具库使每个单独的工具采用相 同的结构以便与主数据库相辅相成，该结构至少支持增加、修改和删除测点及其 属性，并且执行一般的数据库查询操作。 高性能数据库提供一条访问数据库的工业标准路径、一个关予数据库内容的 资料齐全的说明和一个数据库应用编程接口。高性能工具库位于中央数据库，由 综合安全系统保护，全面遵循工业标准( o d b s s o l ) ，与外部数据系统相集成。 o v a t i o n 高性能工具库由以下软件组成： 控制生成器 图形生成器 点目录生成 i 0 生成器 组态生成器 报表生成器 2 4o v a t l 0 n 高级算法及系统先进性 算法是定义要求的控制策略的规则集，程序集和数学公式集。 o v a t i o n 算法可以用于实现控制器的许多功能，包括简单的数学操作，质量 检查，甚至包括复杂的控制算法。每种算法可以被规定具有下列功能之一或其中 几项功能； 1 4 浙江大学硕士学位论文 算术运算：执行一个数学功能 人工i o ：给一个数据量分配一个常量值 c r ti 0 ：面向操作人员键盘和c r t 的接口 数字类：主要使用数字量 现场i o ：面向i o 卡的接口 高级控制器：在一个算法中集成几种相关的控制功能 限幅装置：限定一个模拟量的值 低级控制器：执行一个基本的控制功能 监视器：监视一个或者多个数据量，当满足某一条件时输出一个值 质量：处理数据量的质量 选择器：基于某些条件选择一个模拟量 序列发生器：实现顺序控制 通过运行在o v a t i o n 控制器上的算法，o v a t i o n 可以向用户提供一些高级功 能，如动态前馈、s m i t h 预估器、模糊逻辑控制、神经元网络控制和多变量控制。 1 p i d 这是一个基本p i d ，提供比例、积分、微分控制功能。它是一个并行p i d ，利用积 分跟踪信号以实现无扰动切换。它的输出值受限于使用者决定的限制值。 功能符号 t 0 1 i ts t p tp v d e v a p v - - p r o c e s sv 撕a b l e ( 过程变量) s t p t = s e tp o i n t ( 设定值) p g a i n = p i d p r o p o r t i o n a lg a i n ( p d 比例增益，k 。) i n t g = p i di n t e g r a lt i m e ( p i d 积分时间，t ，秒) d g a i n = p i dd e r i v a t i v eg a i n ( p i d 微分增益，kd ) d r a t = p i dd e r i v a t i v er a t ed e c a yc o n s t a n t ( p i d 微分常数，r 。，秒) t r i n = t r a c k i n ga n a l o gi n p u tv a r i a b l e ( 跟踪模拟输入变量) 浙江大学硕士学位论文 t o u t = t r a c k o u t p u t v a l u e ( 跟踪输出值，代表输入量的特征或状态) o u t = a n a l o go u t p u tv a r i a b l e ( 模拟输出变量) d e v a = e r r o r b e t w e e n p r o c e s s v a r i a b l ea n ds e t p o i n ( 过程变量与设定值之间的偏差) 运算规则 1 过程量p v 必须用过程量增益g p v 和过程量偏置b p v 规格化成0 1 0 0 的百分数 p v ( ) 。即： p v g p 什b p v = p v ( ) g p v - 丙磊天百1 0 耳0 订丽晤 s p y g p v p v 最小值 2 设定值s t p t 也必须用设定值增益g s p 和设定值偏置b s p 规格化为0 1 0 0 的百分 数s t p t ( ) ，即 s t p t g 矿b 叩= s t p t ( ) g 印2 丙瓦魂f 1 0 0 面前礓 b s p = 一g s p s p 最小值 3 定值高低限由下式决定： 设定值高限= ( 1 0 0 一b s p ) g s p 设定值低限= ( o b s p yg s p 4 输入到p d 控制器的偏差值的形成可以有以下两种形式： p vp v s t p t s t p t 正向动作 反向动作 p d 控制器输出值o u t 由下式决定： 俐吨，圳+ 皿+ ( 跏掣 矿 这里d 岫可以是偏差、设定值s t p t 或过程量p v 。 其拉普拉斯变换结构如下： 区 。叽 浙江大学硕士学位论文 2 p ) f f 这是一个带前馈的p i d ，接受外部产生的模拟前馈偏置信号。f f 表示外部前馈偏 置信号。 功能符号 t o u ts t p t p v a s t p t 正向动作 反向动作 运算规则 1 f f 也必须用前馈增益g w 和前馈偏置b f f 规格化为0 1 0 0 的百分数，即： f f g f f + b f f = f f ( ) 2 一f - ( ”) + 亡灿+ ( 铪掣p 小( 呦 其拉普拉斯变换结构如下： 竺i 厂i 芦 ii ； l h 。 l 酬鲫州i 1 7 浙江大学硕士学位论文 3 f l i p f l o p 这是一个基本r s 触发器，它是一个记忆元件，输出状态见下面的真值表l 、2 。 它有两种形式r e s e to v e r r i d e 和s e to v e r r i d e ( 置位超越和复位超越) 。 软件中用1 或o 描述f l i p f l o p 的形式( t y p e ) ，t y p e1 指的是置位超越 f l i p f l o p ，t 汗eo 是复位超越f u p f l o p 。 功能符号 真值表 s e to u t r s e t oos 0l0 1ol 1 l 0 o l r r s i 汀o u t r s e t oo s ol0 1o1 1l1 真值表1 ( r e s e t o v e r r i d e )真值表2 ( s e t o v e r r i d e ) 注释 s e t = 置位输入数字信号 r e s e t = 复位输入数字信号 o u t = 输出数字信号 s = 输出数字信号保持不变或原值 4 a f l i p f l o p 这是反转触发器，也是一个记忆元件。它的输出状态通过输入端s r s t 每一时刻 的“真”信号反转，即：当输入端信号从0 至l j l 变换时，输出状态就进行一次反转。 当复位端r s e t 为1 时，输出端o u t 永远为0 。真值表如下所示。在运算的第一个 周期，如果复位端r s e t 为l ，则输出值o u t 为0 。在运算的第一个周期，如果复 位端r s e t 为0 ，则输出值o u t 等于初始值i n l t ；若i n i t 为坏数据，则0 u t 为原值。 功能符号 o u t 浙江大学硕士学位论文 真值表 r s e to u d s r s ts r s to u t ooo s oolt o10s 01ls 1xx0 注释 矾玎= 初始值 s r s t = 数字输入信号 o l d s r s t = 原先的s r s t 值 r s e t = 数字复位信号 o u t = 数字输出信号 x = 可以是0 或1 s = 输出数字信号保持不变或原值 t = 输出信号由原先值反转 5 b a l a n c e r 均衡运算器。b a l a n c e r 监视多达1 6 个下游运算的状态。当下游算法需要上游 算法予以跟踪时，它能完成使用者定义的跟踪( 跟踪最高值，最低值或平均值) 。 均衡运算器经过特殊组态可以用于平衡下游多个m a 站的输出。燃料控制系统中 多个运行给煤机煤量的分配即是采用此种均衡运算器。 功能符号 t r k 0 l t r k 0 2 t r k 0 3 t r k l 6 o u t 1 9 浙江大学硕士学位论文 6 f u n c t i o n 函数算法产生一个分段线性函数，这个函数由1 2 个座标断点排列来定义。 功能符号 t r 呵o u t 注释 i n l = 模拟输入量 o u t = 模拟输出量 t o u t = 跟踪输出值，代表输入量的特征或状态。 7 g a i n b i a s t r 呵o u t 8 l e a d l a g 0 i r r m x i r r m x 一 砜 这是一个非线性的超前滞后函数。它的输出值是旧输出、旧输入、新输入、增 益、超前，滞后时间常数的函数。在稳定状态下，它的输出值等于输入值与增益 的乘积( 除非该输出值受到限制) 。 浙江大学硕士学位论文 t r 玎呵o u t 注释 i n l = a n a l o gi n p u tv a r i a b l e ( 模拟输入变量) t o u t = t r a c k o u t p u t v a l u e ，f o r m o d e & s t a t u ss i g n a l s f o r i n p u t1v a r i a b l e ( 跟踪输出量，用于 i n l 模式和状态跟踪) t r i n = t r a e k i n g & l i m i t i n g m o d es i g n a l sa n dt a c k i n gv a l u e ；a n a l o gi n p u tv a r i a b l e ( 跟踪和限 制模式信号及跟踪值：模拟输入变量) o u t = a n a l o go u t p u tv a r i a b l e ( 模拟输出变量) 酣1 z z r g o u t a c t 删t ： ：m ： j = = = 二： o u t ：i 享工芝三| 二： t 。a r g e t1 k g 击1 觚g e t 1 0 o n d e l a y 时序图 2 1 o u t a c t 浙江大学硕士学位论文 1 t i m ei n p t r r ( i n l ) 0 1 e n a b l e 册u t 0 1 o u t 0 1 1 o n e s h o t e n a b l e1 n p u t ( i n l ) o u t l liill l i ll 0 1 觚g b tt a r g e t 时序图 1 敞g e i t 意爿三 ：栅o u t o p 专 咖g e t 1 2 m a m o d e 时序图 p i j w 一 p r a 一 i j v l ，i 一 r a i m r e 一 a r e 一 b a c t s 1 r k ：_ 撇g e t m m o d e 降_ 爿 1 觚0 e t 浙江大学硕士学位论文 1 3 m a s t a t i o n 1 4 t r a n s f e r 输入转换器。若数字输入标志( f l a g ) 是1 ，则输出值等于i n 2 ；若数字输入 标志( f l a g ) 是0 。则输出值等于i n l ，输入转换器具有无扰切换功能。 n 浙江大学硕士学位论文 第三章北仑发电厂# 1 机组集散控制系统的优化 新d c s 控制系统存在一些不足之处，在运行生产中也碰到了问题，我们分 析其原因，并采取了相应的改进措施。 3 1 机组c c s 方式响应a g c 负荷指令的优化 随着电力体制改革的深化，华东电力市场将于今年1 0 月份进入试运行阶段， 对机组控制系统自动化水平的要求进一步提高。 2 0 0 5 年1 0 月省经贸委和省电力局联合颁布了新的浙江电网统调发电厂调 度运行管理细则，细则对我厂机组响应a g c 目标负荷的要求比以往有所提 高。 机组负荷在a g c 控制时，机组响应a g c 负荷指令的目标如下： 1 、a g c 负荷调节范围 a g c 负荷调节范围为4 5 0 m w - - 6 0 0 m w ，最大负荷指令阶跃量为1 0 0 m w 。 2 、纯迟延时间 负荷指令变化值大于等于5 0 m w 时，纯迟延时间 l m i n 。 负荷指令变化值小于等于3 0 m w 时，纯迟延时间 9 m w m i n 。 负荷指令变化值3 0 m w 时，实际负荷变化率基本达到9 m w m i n 。 负荷指令变化值1 0 m w 时，能在2 m i n 内达到负荷目标值。 注：达到负荷目标指的是实际负荷与目标值之差小于等于6 m w 。 4 、负荷偏差 在稳态工况时，负荷偏差 9 m w 。 5 、负荷随动能力 在a g c 负荷指令为单向或双向连续变化时，实际负荷与负荷指令的差值小于 1 5 m w 一、机组负荷在a g c 控制时存在的问题 我厂撑l 机于2 0 0 4 年6 月完成d c s 改造后，由北京国电智深公司设计组态 浙扛大学硕士学位论文 的协调控制回路能满足当时的要求，但达不到新细则的标准。主要有两个问题： 1 ) 、负荷指令变化值小于等于5 0 m w 时，能达到第一条的目标。由于当时控制 回路组态时未考虑负荷指令变化i o o m w 的情况，负荷指令变化1 0 0 m w 时在后 半段会出现负荷跟不上指令的情况。2 ) 、不具备负荷随动能力。 二、协调控制回路优化 机组负荷采用直接指令平衡的协调控制方式。它是以前馈一反馈复合控制为 基础的协调控制，前馈粗调，反馈细调。汽机侧重控制负荷，锅炉侧重调节压力。 应用直接指令平衡的协调控制方式，对外可以做到快速响应调度各种形式的 目标负荷。同时通过合理的参数整定，在负荷变动时，机组汽压、汽温等重要内 部参数的偏差保持在适当范围内。 图1 中负荷指令是目标负荷经负荷变化速率后得到，负荷变化速率通常选取 为1 2 m w m i n 。 图1 协调控制原理图 ( 一) 锅炉指令的组成及其参数整定 锅炉静态前馈 锅炉静态前馈是直接指令平衡协调控制的基本组成回路。通过记录不同负荷 下相应的燃料量，就得到了锅炉静态前馈的参数。由于不同负荷段的机组效率不 浙江大学硕士学位论文 同，负荷与燃料量不完全是线性关系。 锅炉动态前馈 锅炉动态前馈又称为k i c k e r ，它是直接指令平衡协调控制的动态补偿回 路，对快速响应调度目标负荷具有根本性的作用。从原理上说，k i c k e r 是目标 负荷的微分。 撑1 机原北京智深公司组态的k