模型化的思維方式在實際問題中的應用

【摘 要】通過實際案例分析，講述模型化的思維方式在解決實際問題中的具體應用。

【關(guān)鍵詞】模型化，思維方式

一、前言

自動化設(shè)備和自動化控制原理在發(fā)電廠中應用越來越廣泛，自動化裝置出現(xiàn)的問題也越來越多，今天主要針對大唐黃島發(fā)電廠西門子氣動智能控制器出現(xiàn)的問題，進行深入分析，以新的視角去更好的發(fā)現(xiàn)問題，找出合理的解決方案。

二、事件經(jīng)過

（一）大唐黃島發(fā)電廠西門子氣動智能控制器出現(xiàn)的問題

大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門在停機臨修期間開關(guān)試驗發(fā)現(xiàn)閥門卡澀，控制閥門開關(guān)的壓縮空氣壓力為0.65MPa，西門子定位器控制氣源壓力為0.6MPa。汽機人員將閥門拆除發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)部有8個直徑18cm固定螺絲斷裂，滑落到閥芯邊緣，閥門開關(guān)過程中8個螺絲大大加大了摩擦力，閥門卡澀。汽機人員更換閥芯后，熱工人員通過西門子定位器自動整定行程位置，整定完成后閥門開關(guān)試驗。發(fā)現(xiàn)閥門在指令上下一直等幅震蕩，無法穩(wěn)定在指令附近。定位器死區(qū)為0.5%。

圖 一（藍色線代表反饋，紅色線代表指令）

（二）大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門組成

雙作用西門子定位器一臺，NCS模塊，開門關(guān)門放大器各一個，保位電磁閥一個。DCS指令通過西門子定位器將電信號轉(zhuǎn)換成開門或關(guān)門控制氣源壓力信號，控制氣源作用到放大器上控制開門關(guān)門的進氣量調(diào)節(jié)閥門的開度。

三、事件分析

將大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門西門子定位器切到手動模式進行試驗，發(fā)現(xiàn)閥門在中間位置很穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象。智能西門子定位器是采用的自動控制模式的原理來控制調(diào)節(jié)門的開關(guān)的。西門子定位器在手動模式因為沒有模擬信號輸入，可以認為是開環(huán)控制模式。這也就是說大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門在開環(huán)控制時沒有問題，這樣可以分析認為大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門所屬的設(shè)備沒有問題。假如大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門所屬的設(shè)備，比如放大器有問題的話，大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門西門子定位器在手動模式下也應該出現(xiàn)震蕩情況。

大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門西門子定位器在遠方控制模式時，接受DCS指令4-20mA電流信號，與調(diào)節(jié)門的反饋信號組成閉環(huán)控制回路，當偏差大于西門子定位器死區(qū)時，西門子定位器進行調(diào)整，改變開關(guān)放大器的進氣量進行閉環(huán)控制。正常調(diào)整時，如果開關(guān)門時，偏差大于死區(qū)，調(diào)整曲線應該為衰竭震蕩，最終穩(wěn)定在偏差小于死區(qū)的位置。

大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門出現(xiàn)的問題，我們可以將大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門看成一個控制模型，這樣就可以把實際問題抽象成一個控制模型的問題來分析，一個控制系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩模式懂得可能性主要是PID參數(shù)調(diào)整不當所致。這樣分析問題就有了方向，到底是哪個參數(shù)導致的控制系統(tǒng)從原來的衰竭震蕩變?yōu)榈确鹗庬憫€的呢？因為西門子定位器PID參數(shù)是二級參數(shù)，這個參數(shù)是內(nèi)部參數(shù)，不能進行手動設(shè)置，在西門子定位器自動調(diào)整中是不會發(fā)生變化的。這樣的話需要考慮大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門控制系統(tǒng)發(fā)生了什么變化。大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門未更換閥芯前開關(guān)相同量程門需要的進氣量和大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門更換閥芯后所需的進氣量肯定不一樣了，因為假如以前需要1牛頓力的話，現(xiàn)在只需要幾分之一牛頓的力就可以了。我們將大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門看成一個控制模型，更換閥芯后控制模型的輸出應該比原來的控制模型輸出要小，根據(jù)實際情況，每個實際的控制模型都有精度，這其實也是我們控制模型最小的輸出單位?，F(xiàn)在出現(xiàn)的等幅振蕩也可以說更換閥芯后的控制模型最小的輸出單位偏大，輸出等于PID模型參數(shù)控制公式乘以輸入，這樣我們發(fā)現(xiàn)西門子定位器PID參數(shù)不變的情況下可以認為是輸入量偏大，這種情況在模型化的理解中可以認為是比例作用太大，我們只需要調(diào)整輸入量，降低更換閥芯后的控制模型最小的輸出單位，就可以解決問題。

具體分析我們可以用下面的式子進行演示：

更換閥芯前閥門開關(guān)最小精度所需工作氣源進氣量為X1，更換閥芯后閥門開關(guān)最小精度所需工作氣源進氣量為X2，X1>X2，調(diào)整氣源前西門子定位器接受最小變化量經(jīng)過PID參數(shù)計算后輸出的工作氣源Y1；調(diào)整氣源后西門子定位器接受最小變化量經(jīng)過PID參數(shù)計算后輸出的工作氣源Y2；當X1>Y1時，大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門可以正常調(diào)節(jié)；當Y1>X2時，大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門無法穩(wěn)定在DCS指令附近；當X2>Y2時，大唐黃島發(fā)電廠6號機組啟動旁路減壓調(diào)節(jié)門可以正常調(diào)節(jié)。

圖二 （藍色線代表反饋，紅色線代表指令）

四、結(jié)束語

自動化設(shè)備和自動化控制原理在發(fā)電廠中應用越來越廣泛，隨著科技的進步，越來越多的電力設(shè)備會向著智能化和自動化方向發(fā)展，我們在以后的工作中要適當?shù)貞媒⒛Ｐ突乃季S方式考慮問題，也許你會有不一樣的發(fā)現(xiàn)。

作者簡介：楊長慶（1985—） 大唐黃島發(fā)電有限責任公司設(shè)備部 自動裝置與控制系統(tǒng)高級工。