王靜

摘 要：雖然傳統(tǒng)磨煤機的出口壓力、出口溫度控制是2個獨立的系統(tǒng)，但是，它們會相互影響，導致控制回路發(fā)生耦合。簡要分析了控制回路發(fā)生耦合的原因，綜合冷風量、熱風量的相關控制策略，并采取調節(jié)總風量和熱冷風配比的方法自動控制壓力和溫度，從根本上解決系統(tǒng)耦合的問題。

關鍵詞：解耦；總風量；風配比；磨煤機

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.061

在電力應用中，傳統(tǒng)磨煤機的出口壓力、出口溫度控制是一對比較典型的耦合系統(tǒng)。以該系統(tǒng)為例，研究相應的解耦辦法。傳統(tǒng)磨煤機的熱力系統(tǒng)如圖1所示。

風壓擾動會在一定程度上改變冷風量，使風溫發(fā)生變化。為了保證風溫的穩(wěn)定性，溫度調節(jié)回路將調節(jié)熱風量。熱風量的改變會使總風量向相反的方向變化，進而引起更大的壓力擾動。溫度的擾動結果與此相同。風壓對風溫、風溫對風壓的耦合作用是相互的，只要它們存在，就很難保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。特別在小容積系統(tǒng)或2種介質需求相當?shù)南到y(tǒng)中，很難自動調節(jié)風壓和風溫。本文將從熱力系統(tǒng)和控制策略兩方面入手研究解耦的方法，以期為日后的相關工作提供參考。

1 問題分析

對于傳統(tǒng)磨煤機，出口壓力和溫度控制是2個獨立的調節(jié)回路。如果將這兩種介質的混合過程看作理想過程，即將冷熱風混合看作理想的氣體混合，當磨出力不變時，溫度變化不明顯。傳統(tǒng)調節(jié)流程如圖2所示。在圖2中，壓力對總風量的傳遞函數(shù)和溫度對熱冷風配比的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)。

在具體工作過程中，壓力調節(jié)回路控制的是磨入口的冷風門開度，所以，可以改變冷風量Q1來調節(jié)磨出口的壓力。壓力調節(jié)回路的關系式為：

雖然改變冷風量可改變總風量，控制壓力，但是，這也會改變熱冷風配比，從而影響溫度。從式（1）中可看出，溫度的變化會影響磨出口壓力，它們之間是傳遞關系。如果壓力回路在調節(jié)總風量時溫度恒定，則壓力回路可簡化成圖3所示框圖。要想圖3所示的內容成立，在調節(jié)壓力的過程中，溫度要始終不變。因為熱冷風配比決定了溫度，如果熱冷風配比不變，則溫度恒定，即：

式（2）中：K（t）為溫度函數(shù)，當T為額定值時，K（T0）為常數(shù)α.常數(shù)α是額定溫度下（T0）熱風需求量與冷風需求量的比。

溫度調節(jié)回路可以控制磨入口的熱風門開度，改變熱風量，從而達到調節(jié)磨出口溫度的目的。溫度調節(jié)回路的相關關系式為：

雖然改變冷風量可以改變熱冷風配比，控制溫度，但也同時改變了總風量，進而影響了壓力值。從式（3）中可以看出，

壓力的變化會影響磨出口的溫度，它們之間是傳遞關系。如果溫度回路在調節(jié)熱冷風配比時能夠保持壓力恒定，則溫度回路就可以簡化為圖3所示框圖。要想圖3所示的內容成立，在調節(jié)溫度的過程中，要保持壓力不變。因為壓力會受總風量的影響，所以，要想保證總風量恒定，則相應的關系式為：

式（4）中：Q（p）為壓力函數(shù)，不同的壓力定值對應不同的總風量。在額定工況下，將壓力函數(shù)表示為100，則式（4）可演變?yōu)椋?/p>

由式（5）可知，冷風量與熱風量的增減方向相反，但總和不變。

綜上所述，影響風壓的是總風量，而非冷風量；影響溫度的是熱冷風配比。對于相互獨立的冷風控制系統(tǒng)和熱風控制系統(tǒng)，改變任何一方都會改變總風量和冷熱風配比。因此，有效調節(jié)出口壓力，保證冷熱風配比不變是非常重要的。在調節(jié)出口溫度時，要保證總風量的穩(wěn)定性。

2 解決方案

2.1 方案1

鑒于上述問題，相關人員可以利用前饋系統(tǒng)改進控制系統(tǒng)。在壓力調節(jié)回路中，可將熱風風量的變化情況作為前饋量。當熱風擋板變化時，冷風擋板也會發(fā)生相應的變化，所以，總風量一定要保持穩(wěn)定。在此過程中，可以根據(jù)熱風擋板發(fā)出的指令調節(jié)前饋量。前饋量是用擋板特性曲線修正值和理想氣體的相關參數(shù)計算出的。

在溫度調節(jié)回路中，可以增加冷風量，將其變化情況作為前饋。當冷風量發(fā)生變化時，熱風量也會相應改變，所以，冷熱風配比要保持不變。在實際工作中，可以此為原則計算前饋量。但是，這種方案并沒有從根本上解決耦合問題，而是將其轉移到前饋系統(tǒng)中。當冷風調節(jié)指令增加時，其經前饋加入到熱風調節(jié)回路中，增加熱風調節(jié)指令。而熱風調節(jié)指令的增加又會通過前饋系統(tǒng)減少冷風量，反而影響冷風的調節(jié)，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此，在實際應用過程中，可以根據(jù)具體情況保留一套控制系統(tǒng)的前饋。這樣，能有效保證過程變量的穩(wěn)定性。

2.2 方案2

在解決問題的過程中，可以從熱力系統(tǒng)入手。具體的改造方案如圖4所示。將原來的冷風、熱風調節(jié)擋板作為溫度調節(jié)擋板1和溫度調節(jié)擋板2，冷風、熱風經過各自擋板后匯集到母管中混合。這時，可在母管上增加1個壓力總風門作為壓力調節(jié)擋板，而冷風和熱風也會經過壓力總風門進入混合容室。

2.2.1 控制策略

當溫度變化時，可控制2個溫度擋板向相反的方向動作。當溫度升高時，關小熱風擋板，開大冷風擋板，以達到控溫的目的。因為2個擋板的動作相反，如果再整定，就要保證管道阻力系數(shù)不變，這樣才不會影響風壓。當壓力發(fā)生變化時，可調整壓力調節(jié)擋板。當壓力調節(jié)擋板動作時，只會改變管道阻力，而不會影響冷熱風配比Q2/Q1，所以，它也不會影響風溫。

2.2.2 系統(tǒng)整定

系統(tǒng)投入運行的關鍵取決于2個溫度調節(jié)擋板的特性。在此過程中，要保證2個擋板動作時不會改變管道的阻力。在實際應用中，可采用相關方法獲得擋板的整定曲線。其工作原理是：以額定風壓為基準，當溫度調節(jié)擋板2開到一定值時，可調整溫度調節(jié)擋板1.這時，要保持額定風壓，記錄此時冷風、熱風擋板的開度，獲得整定曲線中的一點。然后，再改變溫度調節(jié)擋板2的開度，調整溫度調節(jié)擋板1的開度，使風壓值達到額定風壓，獲得整定曲線中的一點。這樣，就能獲得擋板全過程的對應關系整定曲線。

這個方案從根本上解決了耦合的問題，但是，現(xiàn)有熱力系統(tǒng)的改造工程仍有一定的難度，除非原設計就采用此方案，否則，需要重新布置管道，增加擋板。

2.3 方案3

詳細研究了方案2后，工作人員提出，可在原有熱力系統(tǒng)的基礎上采取相應的改進控制策略完成方案2中的計劃。具體做法是，先不考慮磨出口的壓力，調整磨出口溫度是為了不影響磨出口壓力，所以，可仿效方案2執(zhí)行。如果溫度調節(jié)回路能夠直接控制2個擋板向相反的方向動作，那么，利用2個擋板的動作就可以改變冷熱風配比，從而達到調溫的目的。同時，因為2個擋板的動作相反，那么，要想再整定，就要保證管道阻力系數(shù)不變，這樣就不會影響風壓。如果按照方案2整定擋板，那么，在調節(jié)風壓時，可以在2個擋板的控制指令上累加風壓控制指令，讓2個擋板在風壓控制指令下同時向相同的方向動作，從而調節(jié)壓力總風門的流量。改進后的控制原理如圖5所示。

由圖5可知，對于溫度調節(jié)器PID1的輸出，路經F（x）經過修正后，加上壓力調節(jié)器的輸出，形成了熱風調節(jié)擋板指令；另一路被100減后形成反向擋板指令，經過加法器形成冷風調節(jié)擋板指令。對于壓力調節(jié)器PID2的輸出，路經加法器會輸出熱風調節(jié)擋板指令；另一路經過乘法器，將乘熱冷配比系數(shù)α加至加法器，會輸出冷風調節(jié)擋板指令。

在調節(jié)壓力的過程中，雖然2個風門擋板向相同的方向動作，但是，在動作過程中，為了保證冷熱風配比不變，2個擋板的動作幅度不應一致，要按照冷熱配比的關系動作。如果冷風動作為X，則熱風動作為αX.

在整定過程中，熱冷風配比系數(shù)α是額定工況下的熱風需求量除以額定工況下的冷風需求量。在實際應用中，當磨出口溫度、壓力穩(wěn)定在額定值時，2個擋板有一定的開度。此時，熱風擋板的開度與冷風擋板的開度比經過溫度修正可表示為α.

在整定F（x）時，冷風、熱風擋板的特性關系曲線可用實驗方法獲得。其基本工作原理是：以額定風壓為基準，當冷風擋板開到一定值時，調整熱風擋板，使風壓保持在額定風壓。這時，可記錄此時的冷風、熱風擋板開度，得到關系曲線中的一點，然后再改變冷風擋板的開度，調節(jié)熱風擋板，使風壓達到額定風壓，得到另一點。如此，就可以完成擋板全過程的對應關系。

在實際工作中，PID可以按照常規(guī)單回路調節(jié)器整定。

3 結束語

經過簡化改造后，溫度系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)徹底分離，它們之間不會相互影響，從根本上解決了耦合的問題。

〔編輯：白潔〕