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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。

關鍵詞：集散系統(tǒng)；參數(shù)配比；干擾

哈爾濱發(fā)電有限責任公司的鍋爐集散控制系統(tǒng)投入運行后，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行了研究，發(fā)現(xiàn)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負荷平穩(wěn)時運行很正常，當負荷突變或系統(tǒng)遇到干擾時，會出現(xiàn)調(diào)節(jié)曲線嚴重變壞的現(xiàn)象。汽包水位過高，會使飽和蒸汽帶水，蒸汽品質(zhì)惡化，造成過熱器積鹽結垢；汽包水位過低則會破壞鍋爐的水循環(huán)。另外，保持給水流量的穩(wěn)定，對省煤器及給水管道的安全運行也起著重要的作用。

良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)是一個成功調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要標志，本文對原調(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)是以水位信號為主信號，以水位波動值與給定值比較而產(chǎn)生的偏差信號作為虛擬調(diào)節(jié)器輸出信號，來控制執(zhí)行機構的開或關。以蒸汽流量信號和給水流量信號為輔助信號，蒸汽流量信號乘以一個系數(shù)作為輸入值加到另一個調(diào)節(jié)器，與給水流量信號經(jīng)過運算產(chǎn)生偏差信號去控制執(zhí)行器。系數(shù)是系統(tǒng)在穩(wěn)定運行時，由蒸汽流量與給水流量的固定偏差經(jīng)計算得到的。

實際上，汽包水位所產(chǎn)生的偏差信號，以及由蒸汽流量信號與給水流量信號計算產(chǎn)生的偏差信號，分別作為給定值及測量值在一個調(diào)節(jié)器中再次運算而產(chǎn)生新的偏差信號來控制執(zhí)行機構，優(yōu)點是充分利用集散系統(tǒng)的組態(tài)特點和資源優(yōu)勢，使系統(tǒng)產(chǎn)生的兩個偏差信號經(jīng)過一次“整合”后再輸出，從而減少了執(zhí)行機構的動作次數(shù)。同時還是要利用給水流量變化時，測量孔板前后壓差的快速變化來作為介質(zhì)反饋信號，令調(diào)節(jié)器在水位還沒有開始變化時，就可以根據(jù)前饋信號來消除內(nèi)擾，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運行中能更好地維持穩(wěn)定的汽包水位和給水流量。

同時又出現(xiàn)了一個新問題，當汽包水位為零時，不產(chǎn)生偏差信號。同樣，蒸汽流量和給水流量相等時，也不產(chǎn)生偏差信號，給水系統(tǒng)保持原來的狀態(tài)。當水位高過零水位時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)按照程序正常動作，恢復水位。但如果水位為零水位以下時，將產(chǎn)生一個水位的負信號，而這時給水流量也超過了正常值，與蒸汽流量信號運算后將同時也產(chǎn)生一個負信號，這樣不僅不易于規(guī)范信號，而且系統(tǒng)還可能“屈從于”給水流量所產(chǎn)生的負信號，發(fā)出一個去關閉執(zhí)行器的命令，這樣就更加重了汽包的低水位，系統(tǒng)恢復起來會很困難，從而影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。為了解決這一問題，在這兩個調(diào)節(jié)器的輸出上各加上一個EX運算模塊，將它們的輸出信號向正方向遷移50%，這樣就避免了調(diào)節(jié)系統(tǒng)會同時出現(xiàn)兩個負信號的情況，解決了上述問題，見圖1。

二、系統(tǒng)參數(shù)的配比

參數(shù)的配比，必須在運行時根據(jù)水位變化的實際情況加以適當?shù)卣{(diào)整，在調(diào)節(jié)中主要以自動調(diào)節(jié)理論為依據(jù)，結合運行方式及需求，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)。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，各參數(shù)的配比是隨實際而變化的，各臺鍋爐的情況都不相同，負荷的大小、閥門的漏流量、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)等都會影響參數(shù)的選擇。調(diào)節(jié)的過程是一個優(yōu)化的過程，調(diào)節(jié)時要以不影響運行為原則，緩慢地加減各項參數(shù)，并逐漸摸索、積累經(jīng)驗，以適應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)的曲線分別見圖2和圖3。

三、干擾對調(diào)節(jié)的影響及防范措施

集散系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡技術為基礎，將計算機應用在工業(yè)控制技術中。干擾在工業(yè)控制中普遍存在，集散系統(tǒng)由于采用了計算機和網(wǎng)絡連接，所以不可避免地會受干擾信號的影響。由于干擾的存在，就會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，也是一項值得研究的課題。

1、干擾源

（1）電磁干擾

在電機(特別是大功率電機)、變壓器及有大電流通過的電纜周圍都有很強的交變磁場，可在周圍的導體中產(chǎn)生感應電勢，這類干擾會使現(xiàn)場控制器內(nèi)的CPU運行出錯，導致通信數(shù)據(jù)改變等嚴重情況的發(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)正常工作時的電壓，就會造成整個系統(tǒng)瞬間死機，因而有可能會發(fā)生生產(chǎn)事故。

若供電系統(tǒng)遠離控制系統(tǒng)、供電線的阻抗比較大，就會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)的運行。

（3）接地點產(chǎn)生干擾

如果設備絕緣性能不良，會對地產(chǎn)生漏電流。另外，用大地作為輸電線的電氣接地線，也會產(chǎn)生較大的地電流。若接地點選擇不當，接地不良，漏電流和地電流會造成集散系統(tǒng)中各點上存在電位差，這種干擾可能是直流電壓，也可能是交流電壓，其幅值可達幾伏甚至更高。它的影響實際上是轉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)設備的運行，也遇到諸如溫度、濕度、振動超標等問題，電源頻率和電壓的極限也應控制在一定的范圍內(nèi)。集散系統(tǒng)內(nèi)部有大量的導線，導線之間的相互耦合也是可以干擾系統(tǒng)工作的。

此外，來自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、電離層變化、太陽黑子的電磁波輻射，以及現(xiàn)場使用的無線通信工具等等，其中雷電干擾最為嚴重，如果串入系統(tǒng)，將會燒毀輸入模塊。

2、生產(chǎn)現(xiàn)場的抗干擾措施

（1）屏蔽

為從根本上消除電磁干擾，必須對系統(tǒng)儀表進行良好的電磁屏蔽，集散系統(tǒng)應安裝在磁場強度小于200A/m，電場強度小于0.5V/m的空間內(nèi)，現(xiàn)場控制器應安裝在有金屬外殼的機柜里。操作員站應安裝在采取了屏蔽措施的機房里，房間應該鋪設防靜電地板，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消除干擾。易受干擾的弱信號線應避免與強信號線相鄰平行布線，而應該使兩者盡量正交布線，可以使產(chǎn)生的感應電勢互為反向抵消，或兩者布線的遠離距離至少是導線內(nèi)徑的40倍以上。在輸入/輸出模塊的同一電纜槽內(nèi)不要布置強弱兩種信號導線。

（2）控制回路的抗干擾措施

為了更好地抑制干擾對系統(tǒng)的不良影響，必須對控制回路采取有效的措施�？刂苹芈返男盘栯娎|最好敷設在自己專用的電纜槽內(nèi)，電纜槽應該可靠地接地。信號線應采用有屏蔽層的電纜，并注意將屏蔽層接地。為了避免干擾信號的竄入，還可在信號輸入端裝設由電阻、電容和電感等無源元件構成的無源濾波器。

在實際工作中，兩種接地方式是應該避免的：一是利用電纜的備用芯進行兩端的同時接地，這種抗干擾措施的效果是很差的。因為現(xiàn)場的地電位是不相等的，必然會造成接地的兩端存在一個電位差，所以接地的備用芯中仍然會有電流，這會使其它的電纜芯產(chǎn)生出感應電勢；二是只將電纜屏蔽層的一端接地。這樣的接地方式會使得沒有接地那端的屏蔽層對地和電纜芯對地之間出現(xiàn)一個暫態(tài)電壓，幅值會達到十幾伏甚至幾十伏，對裝置造成較強的干擾。另外，在接地前應該對屏蔽層進行檢測，屏蔽層中間斷開或屏蔽層不完整都會影響屏蔽效果。

（3）對系統(tǒng)電源采取的抗干擾措施

電源應能滿足系統(tǒng)在負載穩(wěn)定和受到?jīng)_擊時的供電要求，選擇的直流電源應能滿足系統(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控制系統(tǒng)的正常運行，電源應靠近控制站，供電電纜的阻抗應盡量小。附近不應有大功率的用電設備。

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)進行處理以消除干擾，主要優(yōu)點是可以兼顧數(shù)據(jù)采樣的實時性和采樣數(shù)據(jù)的連續(xù)性等。

四、結論

通過對水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化、整定和對系統(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對整個鍋爐供水系統(tǒng)的影響，保證了企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行。