【摘 要】本文介紹了一種用于熱工培訓(xùn)仿真功能的模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。針對目前熱工技能水平的現(xiàn)狀，從適用性和經(jīng)濟(jì)性、可靠性考慮，整合現(xiàn)有資源，從一次元件的安裝，電纜的鋪設(shè)、輸入端子及模件的配置到程序的設(shè)計(jì)全盤考慮，本著熱控設(shè)計(jì)的冗余原則故障影響最小等5大原則進(jìn)行全回路的考慮，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，對熱工技能水平的提升有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】水位自動(dòng)控制；PID參數(shù)整定；變送器；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

一、現(xiàn)階段熱工技術(shù)與技能水平及問題

隨著火力發(fā)電廠單元機(jī)組單機(jī)容量向著越來越大發(fā)展的趨勢，熱工DCS自動(dòng)化控制程度也越來越普遍，而且向著越來越智能化的方向發(fā)展，有些先進(jìn)的機(jī)組甚至可以達(dá)到“一鍵啟停”的地步，因此熱控的工作重要性越來越凸顯，但工作量是越來越多，越來越繁雜，需要掌握的知識面越來越廣：需要全面了解熱力系統(tǒng)設(shè)備和控制策略設(shè)備。

優(yōu)秀的熱工專業(yè)人員除了本專業(yè)的技術(shù)技能知識，應(yīng)該對機(jī)、爐、電設(shè)備及機(jī)組的熱力系統(tǒng)機(jī)及運(yùn)行專業(yè)都比較了解，才能及時(shí)判斷故障原因，因此熱工是一個(gè)全面綜合型人才，這就對熱工人員技能技術(shù)的提升產(chǎn)生了較高的要求。

一個(gè)合格的人員人員最少需要5年的經(jīng)驗(yàn)積累和自我提升，才能勝任絕大多數(shù)工作的需求。為了盡可能的促進(jìn)人才的成長，熱工的專業(yè)技術(shù)技能培訓(xùn)工作近年來也就越來越受到各電廠的重視。

目前，很多電廠都配備了專業(yè)的培訓(xùn)人員和設(shè)備。專業(yè)人員一般由技術(shù)技能過硬的老師傅擔(dān)當(dāng)；用于培訓(xùn)的設(shè)備有的電廠已經(jīng)配備用來培訓(xùn)的平臺或基地，包括各種類型的熱工設(shè)備---執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各種不同參數(shù)測量的儀表，甚至有同現(xiàn)場控制軟件高度一致的控制軟硬件，可以用來進(jìn)行DCS/PLC等的組態(tài)、維護(hù)等一系列的培訓(xùn)、仿真工作，為熱工人員專業(yè)水平的提升起到了重要的作用。

但熱工專業(yè)的自動(dòng)調(diào)整控制是熱工的重點(diǎn)更是難點(diǎn)，可以說是熱工專業(yè)的精髓之一，特別是PID的參數(shù)的整定，關(guān)系著系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。但該整定工作需要對相關(guān)參數(shù)有細(xì)致清晰的了解才能進(jìn)行該項(xiàng)工作，否則極易造成事故。作為電廠的熱工維護(hù)人員絕大多數(shù)對該參數(shù)處于一種較模糊的認(rèn)識，因?yàn)樵搮?shù)通過電子電路實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能，特別是當(dāng)幾種參數(shù)疊加在一起時(shí)，所產(chǎn)生的的效果是較抽象復(fù)雜的，對于一般員工很難判斷。已投運(yùn)的系統(tǒng)參數(shù)都已由調(diào)試單位整定過，只要設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行狀況不發(fā)生較大的改變，參數(shù)一般是不用調(diào)整的，但也有類似情況發(fā)生，當(dāng)面對該種問題時(shí)，很多人感覺縮手無策，不知該如何是好，這就是沒有經(jīng)驗(yàn)（現(xiàn)場設(shè)備處于安全考慮在運(yùn)行期間是不允許隨便改變參數(shù)的）和相應(yīng)知識積累的結(jié)果。針對這種狀況，利用一套專門的系統(tǒng)設(shè)備來進(jìn)行相關(guān)方面的知識經(jīng)驗(yàn)培訓(xùn)積累就顯得很重要了。目前由于市場上已有對類似成品，但價(jià)格高昂，故一般電廠基本沒有配備。

為解決該問題，本文提供了一套自主設(shè)計(jì)制造安裝調(diào)試的模擬量控制調(diào)整系統(tǒng)平臺，該平臺制作成本相對低廉，且效果較好。

二、模擬量調(diào)整控制系統(tǒng)平臺研發(fā)背景

我廠于2017年建成并投入使用了一個(gè)熱工仿真實(shí)訓(xùn)基地。配置有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、常規(guī)的測量元件、線纜以及DCS、PLC等設(shè)備。原培訓(xùn)基地可以進(jìn)行熱工設(shè)備安裝、調(diào)試，施工工藝、電纜鋪設(shè)、DCS及PLC軟硬件的規(guī)范操作等項(xiàng)目的實(shí)操培訓(xùn)，達(dá)到夯實(shí)基本功，提高熱工人員技能水平的目的。

現(xiàn)階段熱工專業(yè)通過相繼進(jìn)行了各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)試維護(hù)、儀表校驗(yàn)維護(hù)、控制回路的線路設(shè)計(jì)搭接、DCS及PLC的組態(tài)修改、信號強(qiáng)制、軟硬件維護(hù)…等項(xiàng)目的實(shí)操，使每個(gè)班組成員的相應(yīng)技能得到了提升，規(guī)范了操作。

在之前進(jìn)行的熱工技能競賽中，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備設(shè)置了自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組態(tài)邏輯實(shí)現(xiàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試安裝、儀表參數(shù)設(shè)置、回路相關(guān)線纜核對接入等內(nèi)容，很好的鍛煉了隊(duì)伍，但由于無實(shí)際可使用的控制對象，對核心控制器的參數(shù)無法進(jìn)行實(shí)際意義上的調(diào)整，對熱工人員掌握自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定等核心知識無法很好的掌握。

三、模擬量調(diào)整控制系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)方案

為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，綜合考慮場地空間，根據(jù)模擬量調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，熱工設(shè)備的安裝維護(hù)規(guī)范，從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性從發(fā)，自行設(shè)計(jì)勾畫出仿真平臺控制對象平臺圖。根據(jù)該設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行外委加工安裝，其中部分材料及設(shè)備可使用現(xiàn)有物件，其它需外購，該仿真平臺整體需外委加工制作并安裝，我方進(jìn)行驗(yàn)收。具體設(shè)計(jì)圖及所需材料設(shè)備見附件。

該模擬量調(diào)整控制系統(tǒng)平臺采用原熱工仿真實(shí)訓(xùn)基地的DCS或PLC 組態(tài)邏輯進(jìn)行自動(dòng)控制。該平臺設(shè)置有兩個(gè)水箱：上部一個(gè)小水箱、下部一個(gè)大水箱。下部水箱的水先通過一個(gè)手動(dòng)截止門，再通過一臺可以程控進(jìn)行啟停的水泵打入上部水箱中。上部水箱設(shè)置有一臺變送器，實(shí)時(shí)測量該水箱水位。控制系統(tǒng)根據(jù)在人工接口設(shè)置的水位設(shè)定值和實(shí)時(shí)水位值的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出的開度指令，控制調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度，從而控制經(jīng)調(diào)門前手動(dòng)門的上部水箱給水，經(jīng)水位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水量后進(jìn)入下部水箱，使實(shí)際水位最終達(dá)到設(shè)定值。該系統(tǒng)還設(shè)置有水箱的放水門來定期對水箱內(nèi)的水進(jìn)行更換，以保障水質(zhì)。

四、水位控制仿真平臺研制過程中應(yīng)注意的問題及解決思路

工序流程：設(shè)計(jì)圖紙方案 外委加工制作一次設(shè)備，后期按照自行設(shè)計(jì)的電氣控制回路進(jìn)行接線、布線、設(shè)備調(diào)試、軟硬件組態(tài)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等一系列的工作，完成了該項(xiàng)內(nèi)容。

首先在系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)和電氣控制回路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)備選型方面：平臺總體規(guī)劃要根據(jù)實(shí)際情況，例如安裝場所的空間大小、管路系統(tǒng)的耐壓等級、電源供給情況、線纜敷設(shè)走向等提前規(guī)劃，工質(zhì)對設(shè)備的腐蝕情況，各設(shè)備部件的布局、安裝固定方式等來確定各設(shè)備的規(guī)格尺寸，材質(zhì)、形式，為后續(xù)的維護(hù)和工作做好全方位的考慮。

具體考量包括：水箱開孔便于觀察液位同時(shí)保持和大氣連通，液位測量可以不考慮氣壓的影響。

水泵的揚(yáng)程、功率大小滿足上水的要求。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及其附件選型因素：配合安裝，所有部件的承重支撐、安裝流向、管路各接頭的滲漏問題。

其次在系統(tǒng)加工制作、安裝及過程中的檢查、驗(yàn)收方面：外委制作過程中給予關(guān)注是否按照設(shè)計(jì)施工，注意溝通環(huán)節(jié)，出現(xiàn)問題及時(shí)更正，到貨設(shè)備驗(yàn)收環(huán)節(jié)注意生產(chǎn)廠家及性能是否符合要求，電源負(fù)荷供給問題（三相四線空開、220VAC空開選型）、控制系統(tǒng)及就地設(shè)備的安全接地、信號的屏蔽接地、施工質(zhì)量及工藝水平符合要求等。

再次軟件組態(tài)：實(shí)現(xiàn)控制策略—水泵和調(diào)門之間的相互聯(lián)鎖，回路的跟蹤、無擾切換、積分飽和、參數(shù)調(diào)整等，人機(jī)接口畫面及數(shù)據(jù)庫組態(tài)，調(diào)試。

最后系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：設(shè)備動(dòng)作正常，調(diào)節(jié)靈敏，整體功能及性能測試滿足模擬量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求。

五、水位控制仿真平臺的功能及應(yīng)用

自動(dòng)調(diào)節(jié)是熱工控制的靈魂和核心，為進(jìn)一步完善仿真平臺的功能，提高專業(yè)核心技術(shù)水平，擬設(shè)計(jì)一套水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的就地設(shè)備系統(tǒng)，利用現(xiàn)有DCS/PLC對其進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)在線仿真。

該平臺建好后，通過真實(shí)水位自動(dòng)擾動(dòng)試驗(yàn)培訓(xùn)，可使 受訓(xùn)人員掌握自動(dòng)調(diào)節(jié)回路中控制器PID的各參數(shù)、各環(huán)節(jié)設(shè)備工作性能以及擾動(dòng)大小、頻率對調(diào)節(jié)效果的作用及影響，對解決現(xiàn)場自動(dòng)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因有更清新的認(rèn)識，從而更好更快更穩(wěn)的解決現(xiàn)場的各類調(diào)節(jié)問題，能極大提高專業(yè)自動(dòng)技能水平，為熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)合格率達(dá)標(biāo)，為熱工專項(xiàng)提升助力。

作者簡介：

胡亞利，女，工程師，從事熱工設(shè)備檢修管理工作，20年工作經(jīng)驗(yàn)。

（作者單位：大唐信陽華豫發(fā)電有限責(zé)任公司）