热工模拟量控制培训仿真平台研发与应用

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　　【摘 要】本文介绍了一种用于热工培训仿真功能的模拟量自动调节系统。针对目前热工技能水平的现状，从适用性和经济性、可靠性考虑，整合现有资源，从一次元件的安装，电缆的铺设、输入端子及模件的配置到程序的设计全盘考虑，本着热控设计的冗余原则故障影响最小等5大原则进行全回路的考虑，设计了该系统，对热工技能水平的提升有借鉴意义。
　　【关键词】水位自动控制；PID参数整定；变送器；调节机构
　　一、现阶段热工技术与技能水平及问题
　　随着火力发电厂单元机组单机容量向着越来越大发展的趋势，热工DCS自动化控制程度也越来越普遍，而且向着越来越智能化的方向发展，有些先进的机组甚至可以达到“一键启停”的地步，因此热控的工作重要性越来越凸显，但工作量是越来越多，越来越繁杂，需要掌握的知识面越来越广：需要全面了解热力系统设备和控制策略设备。
　　优秀的热工专业人员除了本专业的技术技能知识，应该对机、炉、电设备及机组的热力系统机及运行专业都比较了解，才能及时判断故障原因，因此热工是一个全面综合型人才，这就对热工人员技能技术的提升产生了较高的要求。
　　一个合格的人员人员最少需要5年的经验积累和自我提升，才能胜任绝大多数工作的需求。为了尽可能的促进人才的成长，热工的专业技术技能培训工作近年来也就越来越受到各电厂的重视。
　　目前，很多电厂都配备了专业的培训人员和设备。专业人员一般由技术技能过硬的老师傅担当；用于培训的设备有的电厂已经配备用来培训的平台或基地，包括各种类型的热工设备---执行机构、各种不同参数测量的仪表，甚至有同现场控制软件高度一致的控制软硬件，可以用来进行DCS/PLC等的组态、维护等一系列的培训、仿真工作，为热工人员专业水平的提升起到了重要的作用。
　　但热工专业的自动调整控制是热工的重点更是难点，可以说是热工专业的精髓之一，特别是PID的参数的整定，关系着系统运行的安全性和经济性。但该整定工作需要对相关参数有细致清晰的了解才能进行该项工作，否则极易造成事故。作为电厂的热工维护人员绝大多数对该参数处于一种较模糊的认识，因为该参数通过电子电路实现运算功能，特别是当几种参数叠加在一起时，所产生的的效果是较抽象复杂的，对于一般员工很难判断。已投运的系统参数都已由调试单位整定过，只要设备、系统运行状况不发生较大的改变，参数一般是不用调整的，但也有类似情况发生，当面对该种问题时，很多人感觉缩手无策，不知该如何是好，这就是没有经验（现场设备处于安全考虑在运行期间是不允许随便改变参数的）和相应知识积累的结果。针对这种状况，利用一套专门的系统设备来进行相关方面的知识经验培训积累就显得很重要了。目前由于市场上已有对类似成品，但价格高昂，故一般电厂基本没有配备。
　　为解决该问题，本文提供了一套自主设计制造安装调试的模拟量控制调整系统平台，该平台制作成本相对低廉，且效果较好。
　　二、模拟量调整控制系统平台研发背景
　　我厂于2017年建成并投入使用了一个热工仿真实训基地。配置有执行机构、常规的测量元件、线缆以及DCS、PLC等设备。原培训基地可以进行热工设备安装、调试，施工工艺、电缆铺设、DCS及PLC软硬件的规范操作等项目的实操培训，达到夯实基本功，提高热工人员技能水平的目的。
　　现阶段热工专业通过相继进行了各种执行机构的调试维护、仪表校验维护、控制回路的线路设计搭接、DCS及PLC的组态修改、信号强制、软硬件维护…等项目的实操，使每个班组成员的相应技能得到了提升，规范了操作。
　　在之前进行的热工技能竞赛中，充分利用现有的设备设置了自动控制系统的設计、组态逻辑实现、执行机构调试安装、仪表参数设置、回路相关线缆核对接入等内容，很好的锻炼了队伍，但由于无实际可使用的控制对象，对核心控制器的参数无法进行实际意义上的调整，对热工人员掌握自动调节系统的参数整定等核心知识无法很好的掌握。
　　三、模拟量调整控制系统平台设计方案
　　为了节省经费，综合考虑场地空间，根据模拟量调节的特点，热工设备的安装维护规范，从实用性、经济性从发，自行设计勾画出仿真平台控制对象平台图。根据该设计图纸进行外委加工安装，其中部分材料及设备可使用现有物件，其它需外购，该仿真平台整体需外委加工制作并安装，我方进行验收。具体设计图及所需材料设备见附件。
　　该模拟量调整控制系统平台采用原热工仿真实训基地的DCS或PLC 组态逻辑进行自动控制。该平台设置有两个水箱：上部一个小水箱、下部一个大水箱。下部水箱的水先通过一个手动截止门，再通过一台可以程控进行启停的水泵打入上部水箱中。上部水箱设置有一台变送器，实时测量该水箱水位。控制系统根据在人工接口设置的水位设定值和实时水位值的偏差进行PID运算，输出的开度指令，控制调节型执行机构的开度，从而控制经调门前手动门的上部水箱给水，经水位调节阀调节水量后进入下部水箱，使实际水位最终达到设定值。该系统还设置有水箱的放水门来定期对水箱内的水进行更换，以保障水质。
　　四、水位控制仿真平台研制过程中应注意的问题及解决思路
　　工序流程：设计图纸方案 外委加工制作一次设备，后期按照自行设计的电气控制回路进行接线、布线、设备调试、软硬件组态、系统联调等一系列的工作，完成了该项内容。
　　首先在系统流程设计和电气控制回路设计、系统设备选型方面：平台总体规划要根据实际情况，例如安装场所的空间大小、管路系统的耐压等级、电源供给情况、线缆敷设走向等提前规划，工质对设备的腐蚀情况，各设备部件的布局、安装固定方式等来确定各设备的规格尺寸，材质、形式，为后续的维护和工作做好全方位的考虑。
　　具体考量包括：水箱开孔便于观察液位同时保持和大气连通，液位测量可以不考虑气压的影响。
　　水泵的扬程、功率大小满足上水的要求。
　　执行机构和调节机构及其附件选型因素：配合安装，所有部件的承重支撑、安装流向、管路各接头的渗漏问题。
　　其次在系统加工制作、安装及过程中的检查、验收方面：外委制作过程中给予关注是否按照设计施工，注意沟通环节，出现问题及时更正，到货设备验收环节注意生产厂家及性能是否符合要求，电源负荷供给问题（三相四线空开、220VAC空开选型）、控制系统及就地设备的安全接地、信号的屏蔽接地、施工质量及工艺水平符合要求等。
　　再次软件组态：实现控制策略—水泵和调门之间的相互联锁，回路的跟踪、无扰切换、积分饱和、参数调整等，人机接口画面及数据库组态，调试。
　　最后系统联调：设备动作正常，调节灵敏，整体功能及性能测试满足模拟量调节控制系统的指标要求。
　　五、水位控制仿真平台的功能及应用
　　自动调节是热工控制的灵魂和核心，为进一步完善仿真平台的功能，提高专业核心技术水平，拟设计一套水位自动调节的就地设备系统，利用现有DCS/PLC对其进行控制调节，实现热工自动调节在线仿真。
　　该平台建好后，通过真实水位自动扰动试验培训，可使 受训人员掌握自动调节回路中控制器PID的各参数、各环节设备工作性能以及扰动大小、频率对调节效果的作用及影响，对解决现场自动控制系统中出现的各种不稳定现象的原因有更清新的认识，从而更好更快更稳的解决现场的各类调节问题，能极大提高专业自动技能水平，为热工自动调节合格率达标，为热工专项提升助力。
　　作者简介：
　　胡亚利，女，工程师，从事热工设备检修管理工作，20年工作经验。
　　（作者单位：大唐信阳华豫发电有限责任公司）
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