摘　要：討論了集散式鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理，介紹了系統(tǒng)參數(shù)整定的方法以及對(duì)系統(tǒng)工作性能的影響，分析了系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的主要原因，及采取的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞：集散系統(tǒng)；參數(shù)配比；干擾

哈爾濱發(fā)電有限責(zé)任公司的鍋爐集散控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)運(yùn)行很正常，當(dāng)負(fù)荷突變或系統(tǒng)遇到干擾時(shí)，會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)曲線嚴(yán)重變壞的現(xiàn)象。汽包水位過(guò)高，會(huì)使飽和蒸汽帶水，蒸汽品質(zhì)惡化，造成過(guò)熱器積鹽結(jié)垢；汽包水位過(guò)低則會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)。另外，保持給水流量的穩(wěn)定，對(duì)省煤器及給水管道的安全運(yùn)行也起著重要的作用。

良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)是一個(gè)成功調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要標(biāo)志，本文對(duì)原調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組態(tài)、參數(shù)配比以及系統(tǒng)受到的干擾進(jìn)行了研究，以探索改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)的方法。

一、修改系統(tǒng)組態(tài)

使用中的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)組態(tài)為供貨商提供。給水調(diào)節(jié)組態(tài)是以水位信號(hào)為主信號(hào)，以水位波動(dòng)值與給定值比較而產(chǎn)生的偏差信號(hào)作為虛擬調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)或關(guān)。以蒸汽流量信號(hào)和給水流量信號(hào)為輔助信號(hào)，蒸汽流量信號(hào)乘以一個(gè)系數(shù)作為輸入值加到另一個(gè)調(diào)節(jié)器，與給水流量信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生偏差信號(hào)去控制執(zhí)行器。系數(shù)是系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由蒸汽流量與給水流量的固定偏差經(jīng)計(jì)算得到的。

實(shí)際上，汽包水位所產(chǎn)生的偏差信號(hào)，以及由蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)計(jì)算產(chǎn)生的偏差信號(hào)，分別作為給定值及測(cè)量值在一個(gè)調(diào)節(jié)器中再次運(yùn)算而產(chǎn)生新的偏差信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是充分利用集散系統(tǒng)的組態(tài)特點(diǎn)和資源優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)產(chǎn)生的兩個(gè)偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)一次“整合”后再輸出，從而減少了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作次數(shù)。同時(shí)還是要利用給水流量變化時(shí)，測(cè)量孔板前后壓差的快速變化來(lái)作為介質(zhì)反饋信號(hào)，令調(diào)節(jié)器在水位還沒(méi)有開(kāi)始變化時(shí)，就可以根據(jù)前饋信號(hào)來(lái)消除內(nèi)擾，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中能更好地維持穩(wěn)定的汽包水位和給水流量。

同時(shí)又出現(xiàn)了一個(gè)新問(wèn)題，當(dāng)汽包水位為零時(shí)，不產(chǎn)生偏差信號(hào)。同樣，蒸汽流量和給水流量相等時(shí)，也不產(chǎn)生偏差信號(hào)，給水系統(tǒng)保持原來(lái)的狀態(tài)。當(dāng)水位高過(guò)零水位時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)按照程序正常動(dòng)作，恢復(fù)水位。但如果水位為零水位以下時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)水位的負(fù)信號(hào)，而這時(shí)給水流量也超過(guò)了正常值，與蒸汽流量信號(hào)運(yùn)算后將同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)負(fù)信號(hào)，這樣不僅不易于規(guī)范信號(hào)，而且系統(tǒng)還可能“屈從于”給水流量所產(chǎn)生的負(fù)信號(hào)，發(fā)出一個(gè)去關(guān)閉執(zhí)行器的命令，這樣就更加重了汽包的低水位，系統(tǒng)恢復(fù)起來(lái)會(huì)很困難，從而影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。為了解決這一問(wèn)題，在這兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出上各加上一個(gè)EX運(yùn)算模塊，將它們的輸出信號(hào)向正方向遷移50%，這樣就避免了調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)負(fù)信號(hào)的情況，解決了上述問(wèn)題，見(jiàn)圖1。

二、系統(tǒng)參數(shù)的配比

參數(shù)的配比，必須在運(yùn)行時(shí)根據(jù)水位變化的實(shí)際情況加以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，在調(diào)節(jié)中主要以自動(dòng)調(diào)節(jié)理論為依據(jù)，結(jié)合運(yùn)行方式及需求，正確地調(diào)配各調(diào)節(jié)器的P、I、D參數(shù)及死區(qū)系數(shù)。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，各參數(shù)的配比是隨實(shí)際而變化的，各臺(tái)鍋爐的情況都不相同，負(fù)荷的大小、閥門(mén)的漏流量、執(zhí)行器的死區(qū)，甚至環(huán)境溫度的變化(主要在冬季采暖期)等都會(huì)影響參數(shù)的選擇。調(diào)節(jié)的過(guò)程是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程，調(diào)節(jié)時(shí)要以不影響運(yùn)行為原則，緩慢地加減各項(xiàng)參數(shù)，并逐漸摸索、積累經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)在多種情況下鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)變化的要求。系統(tǒng)參數(shù)配比前后，鍋爐水位調(diào)節(jié)的曲線分別見(jiàn)圖2和圖3。

三、干擾對(duì)調(diào)節(jié)的影響及防范措施

集散系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在工業(yè)控制技術(shù)中。干擾在工業(yè)控制中普遍存在，集散系統(tǒng)由于采用了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)連接，所以不可避免地會(huì)受干擾信號(hào)的影響。由于干擾的存在，就會(huì)從很多方面影響和破壞調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，所以，如何消除或減輕外部的干擾，也是一項(xiàng)值得研究的課題。

1、干擾源

（1）電磁干擾

在電機(jī)(特別是大功率電機(jī))、變壓器及有大電流通過(guò)的電纜周?chē)�都有很�?qiáng)的交變磁場(chǎng)，可在周?chē)�的�?dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這類(lèi)干擾會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)控制器內(nèi)的CPU運(yùn)行出錯(cuò)，導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)改變等嚴(yán)重情況的發(fā)生。

（2）電源系統(tǒng)產(chǎn)生干擾

集散系統(tǒng)使用的是直流穩(wěn)壓電源，這種電源如果在濾波電容上積蓄了能量，使端電壓的某一值不能保證集散系統(tǒng)正常工作時(shí)的電壓，就會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)瞬間死機(jī)，因而有可能會(huì)發(fā)生生產(chǎn)事故。

若供電系統(tǒng)遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)、供電線的阻抗比較大，就會(huì)造成供電電壓的降落和輸入電壓波形的失真。同樣可以干擾系統(tǒng)的運(yùn)行。

（3）接地點(diǎn)產(chǎn)生干擾

如果設(shè)備絕緣性能不良，會(huì)對(duì)地產(chǎn)生漏電流。另外，用大地作為輸電線的電氣接地線，也會(huì)產(chǎn)生較大的地電流。若接地點(diǎn)選擇不當(dāng)，接地不良，漏電流和地電流會(huì)造成集散系統(tǒng)中各點(diǎn)上存在電位差，這種干擾可能是直流電壓，也可能是交流電壓，其幅值可達(dá)幾伏甚至更高。它的影響實(shí)際上是轉(zhuǎn)化成串模干擾的形式而加入到放大器的輸入端。

（4）其它干擾源

集散控制系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，也遇到諸如溫度、濕度、振動(dòng)超標(biāo)等問(wèn)題，電源頻率和電壓的極限也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。集散系統(tǒng)內(nèi)部有大量的導(dǎo)線，導(dǎo)線之間的相互耦合也是可以干擾系統(tǒng)工作的。

此外，來(lái)自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、電離層變化、太陽(yáng)黑子的電磁波輻射，以及現(xiàn)場(chǎng)使用的無(wú)線通信工具等等，其中雷電干擾最為嚴(yán)重，如果串入系統(tǒng)，將會(huì)燒毀輸入模塊。

2、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的抗干擾措施

（1）屏蔽

為從根本上消除電磁干擾，必須對(duì)系統(tǒng)儀表進(jìn)行良好的電磁屏蔽，集散系統(tǒng)應(yīng)安裝在磁場(chǎng)強(qiáng)度小于200A/m，電場(chǎng)強(qiáng)度小于0.5V/m的空間內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)控制器應(yīng)安裝在有金屬外殼的機(jī)柜里。操作員站應(yīng)安裝在采取了屏蔽措施的機(jī)房里，房間應(yīng)該鋪設(shè)防靜電地板，減少靜電的影響。

控制系統(tǒng)內(nèi)部可以采取一些必要的方式來(lái)消除干擾。易受干擾的弱信號(hào)線應(yīng)避免與強(qiáng)信號(hào)線相鄰平行布線，而應(yīng)該使兩者盡量正交布線，可以使產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)互為反向抵消，或兩者布線的遠(yuǎn)離距離至少是導(dǎo)線內(nèi)徑的40倍以上。在輸入/輸出模塊的同一電纜槽內(nèi)不要布置強(qiáng)弱兩種信號(hào)導(dǎo)線。

（2）控制回路的抗干擾措施

為了更好地抑制干擾對(duì)系統(tǒng)的不良影響，必須對(duì)控制回路采取有效的措施。控制回路的信號(hào)電纜最好敷設(shè)在自己專用的電纜槽內(nèi)，電纜槽應(yīng)該可靠地接地。信號(hào)線應(yīng)采用有屏蔽層的電纜，并注意將屏蔽層接地。為了避免干擾信號(hào)的竄入，還可在信號(hào)輸入端裝設(shè)由電阻、電容和電感等無(wú)源元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器。

在實(shí)際工作中，兩種接地方式是應(yīng)該避免的：一是利用電纜的備用芯進(jìn)行兩端的同時(shí)接地，這種抗干擾措施的效果是很差的。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的地電位是不相等的，必然會(huì)造成接地的兩端存在一個(gè)電位差，所以接地的備用芯中仍然會(huì)有電流，這會(huì)使其它的電纜芯產(chǎn)生出感應(yīng)電勢(shì)；二是只將電纜屏蔽層的一端接地。這樣的接地方式會(huì)使得沒(méi)有接地那端的屏蔽層對(duì)地和電纜芯對(duì)地之間出現(xiàn)一個(gè)暫態(tài)電壓，幅值會(huì)達(dá)到十幾伏甚至幾十伏，對(duì)裝置造成較強(qiáng)的干擾。另外，在接地前應(yīng)該對(duì)屏蔽層進(jìn)行檢測(cè)，屏蔽層中間斷開(kāi)或屏蔽層不完整都會(huì)影響屏蔽效果。

（3）對(duì)系統(tǒng)電源采取的抗干擾措施

電源應(yīng)能滿足系統(tǒng)在負(fù)載穩(wěn)定和受到?jīng)_擊時(shí)的供電要求，選擇的直流電源應(yīng)能滿足系統(tǒng)所有功率需求，并有比較大的余量。

為減少電壓波形的失真而干擾整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，電源應(yīng)靠近控制站，供電電纜的阻抗應(yīng)盡量小。附近不應(yīng)有大功率的用電設(shè)備。

抗干擾的方法還有很多，特別是可以采用濾波算法程序?qū)��?shù)據(jù)進(jìn)行處理以消除干擾，主要優(yōu)點(diǎn)是可以兼顧數(shù)據(jù)采樣的實(shí)時(shí)性和采樣數(shù)據(jù)的連續(xù)性等。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化、整定和對(duì)系統(tǒng)采取有效的抗干擾措施，大大地提高了水位調(diào)節(jié)的品質(zhì)，減小了汽包水位的波動(dòng)對(duì)整個(gè)鍋爐供水系統(tǒng)的影響，保證了企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。