關(guān)鍵詞：505控制原理及應(yīng)用
KEY WORDS：505 CONTROL THEORY AND APPLICATION
505汽輪機(jī)控制器在我廠應(yīng)用已有一段時(shí)間，在實(shí)際操作和運(yùn)行過(guò)程中，大家仍對(duì)505的功能和原理存在多多少少的疑惑和不解，包括我本人，最近花時(shí)間靜心研究了一些505的原版資料，結(jié)合我廠實(shí)際應(yīng)用，感覺(jué)頗有收獲，特撰寫(xiě)此文，與大家共享，由于專(zhuān)業(yè)水平和英文水平有限，不到之處請(qǐng)各位指正。
參考資料：
WOODWARD 505 DIGITAL GOVERNOR FOR STEAM TURBINES WITH SINGLE OR SPLIT-RANGE ACTUATORS；
VOLUME 1,MANUAL 85017V1B；
VOLUME 2,MANUAL 85017V1C。
一、 概述
505汽輪機(jī)控制器是美國(guó)WOODWARD公司研究開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)用于汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)控制的主機(jī)，其配套產(chǎn)品還有CPC（電液轉(zhuǎn)換器）、DSLC（數(shù)字同步控制器）、LVDT（調(diào)節(jié)閥開(kāi)度線性測(cè)量裝置）等。我廠#2機(jī)用了WOODWARD公司的505 和CPC，#4機(jī)用了505，但電液轉(zhuǎn)換器用的是國(guó)產(chǎn)SVA9型。數(shù)字同步控制器都沒(méi)用，目前機(jī)組并網(wǎng)都是手動(dòng)同期，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度線性測(cè)量裝置均產(chǎn)用江陰眾和電力儀器廠的8000B系列汽輪機(jī)保護(hù)測(cè)量產(chǎn)品，從實(shí)際使用的效果看，線性度還比較好。
505控制器可應(yīng)用與單調(diào)節(jié)閥或雙調(diào)節(jié)閥控制的汽輪機(jī)，就是背壓機(jī)和抽凝機(jī)，用于抽凝機(jī)的控制器為505(E)，與505的區(qū)別是多一個(gè)調(diào)節(jié)閥控制輸出通道，控制原理都是一樣的在我廠實(shí)際應(yīng)用的兩臺(tái)505控制器都是應(yīng)用與背壓機(jī)組?？刂颇Ｐ腿鐖D1。
圖1
二、 505的控制原理和我廠實(shí)際應(yīng)用方式
505有四種典型的自動(dòng)控制方式，分別為：
A、轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式；
B、負(fù)荷自動(dòng)控制方式；
C、頻率自動(dòng)控制方式；
D、串級(jí)背壓自動(dòng)控制方式。
其中轉(zhuǎn)速控制方式從505進(jìn)入啟動(dòng)運(yùn)行模式（RUN）開(kāi)始后就自動(dòng)進(jìn)入閉環(huán)控制，不受操作人員和任何其他外部邏輯信號(hào)干預(yù)，除非停機(jī)，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速控制在汽輪機(jī)運(yùn)行后永遠(yuǎn)處于閉環(huán)狀態(tài)。其它三種自動(dòng)控制方式可以接受操作人員干預(yù)或受外部邏輯信號(hào)干預(yù)。下面就四種不同的控制原理通過(guò)圖解逐一進(jìn)行分析。
1、 轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式
在505內(nèi)部只有兩個(gè)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥門(mén)的調(diào)節(jié)器，一個(gè)是轉(zhuǎn)速PID，另一個(gè)是輔助PID，還有一個(gè)不是PID調(diào)節(jié)器，是閥位限制器，如圖2。
圖2
從上圖我們可以看出，調(diào)節(jié)閥實(shí)際開(kāi)度指令受三個(gè)指令源控制，第一是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出，第二是輔助調(diào)節(jié)器的輸出，第三是閥位限制器的輸出。這三個(gè)輸出信號(hào)不是疊加，而是通過(guò)一個(gè)低選總線選擇哪一個(gè)最終作用到輸出端。低選總線的作用是哪個(gè)控制模塊給出的信號(hào)低，就用哪個(gè)信號(hào)，這就決定了汽輪機(jī)始終處于一個(gè)安全運(yùn)行的模式，正常調(diào)節(jié)時(shí)不會(huì)過(guò)負(fù)荷，不會(huì)超速。
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用不言而喻，是用來(lái)控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速值上；
輔助調(diào)節(jié)器的作用505設(shè)計(jì)人員是向用戶開(kāi)放的，不局限與控制哪個(gè)參數(shù)，看用戶的需要。如果你的汽輪機(jī)連的是風(fēng)機(jī)或者水泵設(shè)備，那么輔助調(diào)節(jié)器可以調(diào)節(jié)母管壓力，溫度，風(fēng)量等受控參數(shù)。505默認(rèn)為發(fā)電機(jī)應(yīng)用，因此輔助控制我們沒(méi)有使用，需要時(shí)我們也可以引入調(diào)節(jié)信號(hào)，如發(fā)電機(jī)功率，可以給定一個(gè)較小的發(fā)電機(jī)功率，讓汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)只能在給定功率的下面運(yùn)行（因?yàn)榈瓦x總線的作用）。輔助調(diào)節(jié)器在某種意義上講相當(dāng)于某一個(gè)參數(shù)的限制器。
閥位限制器的作用可以理解，是屬于保護(hù)范疇，就是硬生生的給一個(gè)限制開(kāi)度指令，不論你上面兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出多大的指令，只要高于我限制器的值，就給你剎車(chē)，拒絕你的指令通過(guò)，如#2機(jī)，由于調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)上不合理，目前開(kāi)度只需60％左右就能達(dá)到滿負(fù)荷，針對(duì)這個(gè)實(shí)際情況，為了防止汽輪機(jī)超功率運(yùn)行，我們可以給一個(gè)65%的閥位開(kāi)度限制指令，作為一道保護(hù)防止汽輪機(jī)超負(fù)荷。（可以預(yù)計(jì)到的有兩種情況會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行：第一是投入排氣壓力自動(dòng)控制時(shí)，這時(shí)發(fā)電機(jī)功率是由汽負(fù)荷決定的；第二是雖然不在排氣壓力自動(dòng)控制方式，但運(yùn)行人員給出了錯(cuò)誤的高負(fù)荷指令，而這個(gè)指令又處于調(diào)節(jié)器可接受的范圍上限）。
為了分析轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式，我們假設(shè)輔助PID沒(méi)有使用，閥位限制器沒(méi)有限制，如圖3。
圖3
這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的單回路調(diào)節(jié)器，它接受轉(zhuǎn)速給定指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算（實(shí)際是PI運(yùn)算，因?yàn)?9％的調(diào)節(jié)器不用D信號(hào)――微分信號(hào)，我們實(shí)際應(yīng)用也沒(méi)有設(shè)置D參數(shù)）。
轉(zhuǎn)速指令有三個(gè)地方可以產(chǎn)生，但同一時(shí)間最后有效的指令才是最終的給定指令。
第一來(lái)自505操作面板，就是在SPEED設(shè)定窗口人工輸入的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，包括用ADJ按鈕基于當(dāng)前轉(zhuǎn)速上升或下降的轉(zhuǎn)速指令；
第二來(lái)自DCS遠(yuǎn)程設(shè)定，就是我們配置的DCS上DEH操作面板，上面有升降轉(zhuǎn)速指令和模擬量轉(zhuǎn)速設(shè)定指令（慎用DCS模擬量給定這個(gè)指令，因?yàn)樵谇袚Q過(guò)程中程序設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，在一定條件下有概率可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，這里不詳細(xì)分析）；
第三來(lái)自505程序控制自動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速給定指令，如自動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速給定值會(huì)按照505設(shè)定的開(kāi)機(jī)曲線自動(dòng)生成，無(wú)需人為干預(yù)。前兩種定義為操作人員就地/遠(yuǎn)程手動(dòng)給定。
這三種指令是如何并行工作的呢，如果都來(lái)調(diào)節(jié)器怎么辦，舉開(kāi)機(jī)的例子，505有一個(gè)轉(zhuǎn)速給定值選擇模塊，在設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋Ｗo(hù)邏輯下選擇有效的轉(zhuǎn)速給定指令。如自動(dòng)開(kāi)機(jī)，則505進(jìn)入自動(dòng)模式，轉(zhuǎn)速指令從0自動(dòng)升速到500轉(zhuǎn)停留，即進(jìn)入低速暖機(jī)狀態(tài)（停留時(shí)間是通過(guò)程序員設(shè)定的參數(shù)和汽輪機(jī)停機(jī)的時(shí)間用內(nèi)插法由505自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的），低速暖機(jī)時(shí)間到就自動(dòng)提高給定值指令，以一定的升速速率上升到2800轉(zhuǎn)，高速暖機(jī)目標(biāo)值（可編程改變這個(gè)值）。在轉(zhuǎn)速指令自動(dòng)變化的過(guò)程中如果接受到來(lái)自505面板或DCS的干預(yù)指令，則立即切換到手動(dòng)模式，接受有效的人工操作指令，人工干預(yù)完后仍可通過(guò)面板切換到自動(dòng)模式。我們可理解為誰(shuí)最后一個(gè)來(lái)誰(shuí)有效（與前面的低總線選擇不一樣，這里不是誰(shuí)低誰(shuí)有效，因此要人工干預(yù)時(shí)要注意你給的指令會(huì)直接響應(yīng)，這樣有可能會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，如在冷機(jī)狀態(tài)下你直接給出3000轉(zhuǎn)的指令，505會(huì)不折不扣的執(zhí)行而不管汽輪機(jī)有沒(méi)有暖機(jī)，因此建議一般狀況下不要干預(yù)程序開(kāi)機(jī)，除非有特殊情況。我們有的運(yùn)行人員提出非要在800轉(zhuǎn)或者1200轉(zhuǎn)或者2000轉(zhuǎn)再來(lái)個(gè)中速暖機(jī)，我不太清楚這是否是汽輪機(jī)廠的要求還是一貫的操作習(xí)慣，難道505的設(shè)計(jì)人員就沒(méi)考慮到這一點(diǎn)，增加這個(gè)程序段也不是什么難事，也不會(huì)增加多少成本，這個(gè)我在相關(guān)的資料上也找不到答案，因此我理解為中速暖機(jī)不是必要的，人工干預(yù)弊大于利。當(dāng)然505也并非完全無(wú)條件的執(zhí)行你的指令，如果你給的轉(zhuǎn)速指令在臨界區(qū)或超過(guò)505設(shè)定的上限值，505也是拒絕接收的）。
在轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制模式下，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速保持一致，給1000轉(zhuǎn)就維持在1000轉(zhuǎn)，給3000轉(zhuǎn)就維持在3000轉(zhuǎn)，在運(yùn)行模式下任何時(shí)候你都不能把轉(zhuǎn)速PID切成手動(dòng)而直接操作調(diào)節(jié)閥，只有在停機(jī)時(shí)編程人員可通過(guò)密碼進(jìn)入拉閥模式，此時(shí)轉(zhuǎn)速PID的輸出被切斷，可以直接給閥位開(kāi)度指令把調(diào)節(jié)閥拉起來(lái)，用于靜態(tài)調(diào)試，標(biāo)定閥位開(kāi)度和測(cè)試電液轉(zhuǎn)換器是否能正常工作。在操作員的層面上，自動(dòng)/手動(dòng)并非指調(diào)節(jié)器處于手/自動(dòng)狀態(tài)，而是指調(diào)節(jié)器的給定值是處于自動(dòng)給定狀態(tài)還是手動(dòng)給定狀態(tài)，一般的調(diào)節(jié)器給定值都是操作員人為給定的，如汽包水位、主汽溫度。但505設(shè)計(jì)成全自動(dòng)的，所以就比一般的調(diào)節(jié)器多了一個(gè)自動(dòng)給定給定值的程序。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)開(kāi)機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)速晃動(dòng)的現(xiàn)象，這是調(diào)節(jié)品質(zhì)造成的，并非程序失靈，程序是永遠(yuǎn)不會(huì)失靈的，除非死機(jī)和硬件故障（死機(jī)還有開(kāi)門(mén)狗電路監(jiān)測(cè)自動(dòng)重啟CPU呢），所以不要輕易的判斷為505出了問(wèn)題。調(diào)節(jié)品質(zhì)有多方面的原因造成的：PI設(shè)定參數(shù)是否匹配、放大器是否穩(wěn)定輸出、電液轉(zhuǎn)換器是否正常工作、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度是否線性無(wú)卡澀、進(jìn)汽、排汽、油壓參數(shù)是否穩(wěn)定等等，都會(huì)影響到調(diào)節(jié)品質(zhì)。
2、 負(fù)荷自動(dòng)控制方式
505進(jìn)入負(fù)荷自動(dòng)控制方式是受外部條件控制的，這個(gè)外部條件就是發(fā)電機(jī)油開(kāi)關(guān)和線路出線開(kāi)關(guān)，當(dāng)這兩個(gè)開(kāi)關(guān)都處于閉合狀態(tài)時(shí)，也就是我們所說(shuō)的“并網(wǎng)”后，505則自動(dòng)進(jìn)入負(fù)荷自動(dòng)控制方式。在這種方式下，我們?cè)?jīng)有過(guò)這樣的疑惑，負(fù)荷自動(dòng)控制方式和轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式究竟是什么關(guān)系，既然轉(zhuǎn)速PID永遠(yuǎn)是閉環(huán)的，而加負(fù)荷給的也是轉(zhuǎn)速指令，為什么調(diào)節(jié)器不會(huì)上升到操作員給定的轉(zhuǎn)速而也能穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)平衡狀態(tài)呢？
從調(diào)節(jié)原理講，當(dāng)給定值與反饋值有偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)一直增大或減小輸出直至偏差為“0”，如果直接用上面的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)PID回路來(lái)控制負(fù)荷，顯然是行不通的，即使給定值只給了3005轉(zhuǎn)，由于發(fā)電機(jī)掛在網(wǎng)上，實(shí)際轉(zhuǎn)速只有3000轉(zhuǎn)，開(kāi)大調(diào)門(mén)轉(zhuǎn)速也不得提高，那么調(diào)門(mén)就會(huì)一直開(kāi)下去，一直開(kāi)到閥位限制器的上限，功率就到滿負(fù)荷了，這樣負(fù)荷顯然是不受控的，也不是我們能接收的方式。前面講過(guò)505內(nèi)部只有兩個(gè)PID調(diào)節(jié)直接作用在調(diào)節(jié)閥上，而輔助PID又不在使用，調(diào)節(jié)器是如何控制負(fù)荷的呢？通過(guò)圖4我們來(lái)逐一分析。
圖4
我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機(jī)油開(kāi)關(guān)和出線開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合時(shí)，505內(nèi)部的SW1開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)閉合，此時(shí)505就進(jìn)入了負(fù)荷自動(dòng)控制方式，SW2是雙通道切換開(kāi)關(guān)，假設(shè)在外接功率信號(hào)位置上（這個(gè)開(kāi)關(guān)是編程事先定義好的），此時(shí)在轉(zhuǎn)速PID的給定值輸入端引入了另外一路信號(hào)――DROOP信號(hào)（直譯為偏差校正信號(hào)，大部分翻譯資料稱(chēng)作為不等率）。通過(guò)這個(gè)回路我們來(lái)分析一下轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作過(guò)程：當(dāng)并網(wǎng)后運(yùn)行人員給出3030的轉(zhuǎn)速指令時(shí)，調(diào)節(jié)閥會(huì)開(kāi)大，但由于發(fā)電機(jī)掛在網(wǎng)上，轉(zhuǎn)速不再升高，但隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)大，發(fā)電機(jī)功率會(huì)逐步增大，通過(guò)功率不等率的比例設(shè)定，505內(nèi)部計(jì)算出一個(gè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速偏差值（30）與給定轉(zhuǎn)速3030綜合，而作用到PID輸入端的轉(zhuǎn)速給定指令仍逐漸給定在3000轉(zhuǎn)，此時(shí)PID無(wú)偏差，調(diào)節(jié)閥不再動(dòng)作，汽輪機(jī)在一個(gè)新平衡狀態(tài)下運(yùn)行。如果功率有擾動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定功率。這就是雖然我們看到的給定值與實(shí)際轉(zhuǎn)速有偏差，調(diào)節(jié)器也能穩(wěn)定的原因，并不是發(fā)電機(jī)掛在網(wǎng)上就能自動(dòng)穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器沒(méi)有這個(gè)偏差校正，功率是不得穩(wěn)定的。
轉(zhuǎn)速不等率的計(jì)算公式：
汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000×不等率（可程序設(shè)定5%）×功率量程比例
按上面的計(jì)算公式可以得到汽輪機(jī)在3030時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷在20%，我們505功率量程設(shè)定為0—15000KW，20%也即3000KW。這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系是可以通過(guò)編程改變的。由于不等率DROOP設(shè)置成5%，所以最大的給定反饋指令是150轉(zhuǎn)，也就是在加負(fù)荷時(shí)最大的負(fù)荷轉(zhuǎn)速指令是3150轉(zhuǎn)。（505用于發(fā)電機(jī)應(yīng)用時(shí)默認(rèn)的功率不等率是6%）。
這是505調(diào)節(jié)器內(nèi)部SW2開(kāi)關(guān)接收功率反饋信號(hào)的調(diào)節(jié)過(guò)程，而另外一個(gè)信號(hào)是來(lái)自閥位輸出反饋，這里我們不得不提到閥位輸出反饋，因?yàn)闊o(wú)論是#4機(jī)還是#2機(jī)，我們都是編程為閥位反饋方式，而沒(méi)有接入實(shí)際的功率信號(hào)。先給出兩個(gè)術(shù)語(yǔ)也是大家最先接觸到而不是怎么太理解的。
當(dāng)SW2接收發(fā)電機(jī)輸出功率反饋信號(hào)時(shí)，我們稱(chēng)這種負(fù)荷自動(dòng)控制方式為“功控”方式；
當(dāng)SW2接收閥位輸出反饋信號(hào)時(shí)，我們稱(chēng)這種負(fù)荷自動(dòng)控制方式為“閥控”方式；
這就是“功控”與“閥控”的定義，可見(jiàn)“功控”與“閥控”并不是指自動(dòng)與手動(dòng)，而是在同一負(fù)荷自動(dòng)控制方式下接收兩種不同反饋信號(hào)的控制方式，不論是“功控”還是“閥控”，負(fù)荷控制都是自動(dòng)的，把“閥控”理解為就是運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整負(fù)荷是錯(cuò)誤的，你所做的是手動(dòng)給定一個(gè)負(fù)荷指令，調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)整到對(duì)應(yīng)的負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷并不需要你去調(diào)整，就如同你手動(dòng)給定一個(gè)汽包水位定值一樣，實(shí)際的閥門(mén)開(kāi)度仍由調(diào)節(jié)器控制，并不會(huì)受你直接控制，前面說(shuō)過(guò)505在任何時(shí)候都不會(huì)把閥門(mén)的操作權(quán)直接交給你，除非在停機(jī)拉閥試驗(yàn)狀態(tài)。
那么這兩種控制方式有什么區(qū)別，為什么我們現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用都設(shè)成“閥控”方式呢？
當(dāng)采用“功控”方式時(shí)，由于發(fā)電機(jī)功率受電網(wǎng)波動(dòng)影響，會(huì)有一定程度的擾動(dòng)，最后作用到505轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器上相當(dāng)于是轉(zhuǎn)速給定值發(fā)生了變化，這樣會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥不斷的自我調(diào)整，功率是相對(duì)穩(wěn)定了，但是對(duì)于以供汽壓力為主的背壓機(jī)來(lái)講這不利于用戶壓力的穩(wěn)定，犧牲一點(diǎn)功率的擾動(dòng)來(lái)穩(wěn)定排氣壓力是值得我們選擇的。
而當(dāng)采用“閥控”方式時(shí)，反饋信號(hào)直接取自505閥位輸出信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是505自己運(yùn)算出來(lái)的，不受任何干擾，它自己把它的輸出當(dāng)反饋，這個(gè)過(guò)程是迅速而穩(wěn)定的，當(dāng)然受PID調(diào)節(jié)品質(zhì)影響調(diào)節(jié)過(guò)程期間也會(huì)有一定程度的晃動(dòng)，505用設(shè)定的比例來(lái)決定閥門(mén)的開(kāi)度（基于并網(wǎng)前閥位開(kāi)度上的疊加），如你給出了3030的轉(zhuǎn)速指令，505就在原先閥門(mén)指令的基礎(chǔ)上再增加20%的輸出指令，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率就是我們所需要的功率，顯然“閥控”的弊端是轉(zhuǎn)速指令對(duì)應(yīng)的負(fù)荷要受閥門(mén)實(shí)際開(kāi)度與負(fù)荷關(guān)系的限制，這就是在同樣的參數(shù)設(shè)置下，為什么#4機(jī)和#2機(jī)同樣的轉(zhuǎn)速指令不能得到同樣的發(fā)電機(jī)功率的原因，因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的開(kāi)度特性不一致，#2機(jī)已經(jīng)與設(shè)計(jì)值差的太遠(yuǎn)，滿負(fù)荷只要60％的開(kāi)度不到（和實(shí)際低背壓運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)參數(shù)也有一定的關(guān)系）。當(dāng)然這樣的偏差也可以通過(guò)編程來(lái)修正，但我們理解這并非是505的一個(gè)缺陷，修正與不修正意義就不那么大了。
#4機(jī)南汽廠在出廠時(shí)就沒(méi)有設(shè)計(jì)成功率控制，功率信號(hào)沒(méi)有進(jìn)505；#2機(jī)青汽廠出廠時(shí)設(shè)計(jì)了功率控制，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于電氣來(lái)的功率信號(hào)亂跳，導(dǎo)致汽輪機(jī)根本不能穩(wěn)定工作，所以在調(diào)試期間就直接改成“閥控”方式了。如果有必要，兩臺(tái)機(jī)我們都可以采用“功控”方式。對(duì)于運(yùn)行人員來(lái)講，“閥控”和“功控”是完全一致的，你所做的都是在DCS上給一個(gè)轉(zhuǎn)速給定值負(fù)荷指令，所以我很難理解為什么最初大家對(duì)采用“功控”和“閥控”的方式討論的這么激烈，對(duì)于505而言，這并不是一個(gè)值得多加討論的話題?？赡艽蠹野选伴y控”理解為像汽包水位一樣，不投自動(dòng)就得運(yùn)行人員死死盯著不斷的手動(dòng)調(diào)節(jié)給水閥。
當(dāng)處于功率控制方式時(shí)，505如果接收到錯(cuò)誤的功率反饋信號(hào)（如變送器故障、斷線等）則會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入“閥控”方式，記得有一次#2機(jī)調(diào)試期間調(diào)門(mén)亂晃的時(shí)候我把功率變送器的線一拆就正常了，當(dāng)時(shí)只是抱著試試看的態(tài)度，現(xiàn)在從理論上證實(shí)了這樣的解決方法。
3、 頻率自動(dòng)控制方式
最初和大家一樣，認(rèn)為頻率控制不就是轉(zhuǎn)速控制嗎，為什么要區(qū)別成轉(zhuǎn)速控制和頻率控制呢，通過(guò)深入學(xué)習(xí)終于了解，頻率控制的實(shí)質(zhì)還就是轉(zhuǎn)速控制，控制的參數(shù)和對(duì)象完全一致，唯一的區(qū)別就是并網(wǎng)前叫轉(zhuǎn)速控制，帶負(fù)荷后（這里不叫并網(wǎng)后，是我們常說(shuō)的孤島運(yùn)行，其特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)油開(kāi)關(guān)閉合、線路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)）就叫頻率控制。見(jiàn)圖2
汽輪機(jī)有兩種情況可以進(jìn)入頻率自動(dòng)控制方式，第一是線路開(kāi)關(guān)未合前先合發(fā)電機(jī)油開(kāi)關(guān)，此時(shí)可帶廠用電運(yùn)行，汽輪機(jī)穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)（程序預(yù)選設(shè)定好的）而不管實(shí)際的負(fù)荷有多大，帶到帶不動(dòng)為止（帶不動(dòng)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，發(fā)電機(jī)低周保護(hù)動(dòng)作）；第二是在正常負(fù)荷控制下，線路開(kāi)關(guān)突然跳閘而發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)未跳，這時(shí)調(diào)節(jié)器也可以轉(zhuǎn)入頻率自動(dòng)控制方式（這里注意是可以轉(zhuǎn)入頻率自動(dòng)控制方式，并非自動(dòng)轉(zhuǎn)入，需要編程設(shè)定）。
第一種方式進(jìn)入頻率自動(dòng)控制時(shí)，轉(zhuǎn)速指令一直是3000轉(zhuǎn)，也可以人為給定（如歐美國(guó)家是3600轉(zhuǎn)）發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化先是影響到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，然后轉(zhuǎn)速PID再根據(jù)偏差穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷不是由505控制的，而是由實(shí)際需要決定的，運(yùn)行人員也不能給出任何的負(fù)荷轉(zhuǎn)速指令，如果你給了3030轉(zhuǎn)速，那么汽輪機(jī)就會(huì)直接升到3030轉(zhuǎn)速，而不是升的負(fù)荷，因?yàn)闆](méi)有對(duì)應(yīng)的負(fù)荷可以匹配。此時(shí)PID調(diào)節(jié)器的SW1開(kāi)關(guān)已經(jīng)切斷，到了純轉(zhuǎn)速PID控制回路，沒(méi)有DROOP偏差校正信號(hào)。505只管穩(wěn)定汽輪機(jī)在實(shí)際給定轉(zhuǎn)速，即保持頻率的穩(wěn)定。當(dāng)需要并上大電網(wǎng)時(shí)，即合線路開(kāi)關(guān)時(shí)，可以通過(guò)升降轉(zhuǎn)速指令使頻率與電網(wǎng)同步，再并入網(wǎng)內(nèi)。
第二種情況進(jìn)入頻率自動(dòng)控制方式時(shí)，由于轉(zhuǎn)速指令不在3000轉(zhuǎn)上，如當(dāng)時(shí)在3030上，那么當(dāng)505接收到線路開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)瞬間會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)速指令以一定的速率降到3000轉(zhuǎn)并保持（可以編程設(shè)定），由于甩負(fù)荷的慣性汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)瞬間升速，但同時(shí)調(diào)節(jié)閥也會(huì)逐漸關(guān)小，最終穩(wěn)定在孤島運(yùn)行方式。甩負(fù)荷能否成功，即孤島運(yùn)行方式能否成功取決于以下幾個(gè)因數(shù)：
A、 引入正確的線路開(kāi)關(guān)作為甩負(fù)荷信號(hào)；
B、 505并網(wǎng)后PID參數(shù)的整定；
C、 電液轉(zhuǎn)換器的執(zhí)行性能；
D、 調(diào)節(jié)閥包括油動(dòng)機(jī)的響應(yīng)特性；
E、 電氣各項(xiàng)保護(hù)參數(shù)的協(xié)調(diào)；
F、 甩負(fù)荷的比例。
由于孤島運(yùn)行需進(jìn)行實(shí)際的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)失敗所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)也比較大，會(huì)直接影響供熱和發(fā)電，因此雖然我們兩臺(tái)機(jī)組使用了電液調(diào)節(jié)，但包括調(diào)試期間也一直沒(méi)有進(jìn)行這方面的試驗(yàn)，如果試驗(yàn)我有信心能取得成功。
還有一種情況順便提一下，當(dāng)線路開(kāi)關(guān)和發(fā)電機(jī)油開(kāi)關(guān)都跳閘時(shí)，即全甩負(fù)荷，通過(guò)編程可以使505選擇自動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速PID控制狀態(tài)或者直接停機(jī)，進(jìn)入轉(zhuǎn)速PID自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速給定指令會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到2950上，這時(shí)沒(méi)有任何負(fù)載，無(wú)需穩(wěn)定頻率，只需要空轉(zhuǎn)防止汽輪機(jī)超速，因此轉(zhuǎn)速指令也顧不了那么多了，直接來(lái)一個(gè)階躍跳變使汽輪機(jī)能穩(wěn)定空轉(zhuǎn)運(yùn)行，等待下次并網(wǎng)。
4、串級(jí)背壓自動(dòng)控制方式
串級(jí)背壓自動(dòng)控制方式顧名思義，就是在轉(zhuǎn)速PID控制器前面串聯(lián)排氣壓力調(diào)節(jié)器，排氣壓力PID調(diào)節(jié)器的輸出指令最終也變?yōu)檗D(zhuǎn)速給定指令從而控制閥門(mén)的開(kāi)大和關(guān)小，如圖5。
圖5
背壓自動(dòng)投入的條件是必須在負(fù)荷自動(dòng)控制方式下才能投背壓自動(dòng)，也就是說(shuō)必須在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后才能投入串級(jí)背壓自動(dòng)。注意背壓自動(dòng)是受操作人員決定的，505不會(huì)自動(dòng)投入背壓自動(dòng)，其它除轉(zhuǎn)速自動(dòng)外505都可以通過(guò)編程取外部邏輯信號(hào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)決定是否自動(dòng)投入，如負(fù)荷控制、頻率控制，而串級(jí)背壓自動(dòng)控制必須得到運(yùn)行人員的手動(dòng)干預(yù)才能投入自動(dòng)，但投入后如果出現(xiàn)不滿足串級(jí)自動(dòng)運(yùn)行的條件，505會(huì)自動(dòng)切除串級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)到其它三種自動(dòng)方式中的一種。從調(diào)節(jié)原理圖看，背壓串級(jí)自動(dòng)改變的也是轉(zhuǎn)速給定值信號(hào)，只不過(guò)原先的轉(zhuǎn)速給定負(fù)荷指令是由運(yùn)行人員人為給定的，如3030轉(zhuǎn)，在串級(jí)背壓自動(dòng)下，轉(zhuǎn)速給定值是由背壓PID自動(dòng)運(yùn)算出來(lái)的，此時(shí)由于轉(zhuǎn)速給定值是受背壓控制的，因此發(fā)電機(jī)電負(fù)荷是跟隨變化的，就如同你在操作面板上增減負(fù)荷一樣。串級(jí)背壓自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的以熱定電。在背壓PID調(diào)節(jié)器閉環(huán)回路里面我們發(fā)現(xiàn)也采用了DROOP不等率反饋，用于消除設(shè)定壓力和實(shí)際排汽壓力的偏差，所以當(dāng)設(shè)定壓力與實(shí)際運(yùn)行壓力有偏差時(shí)我們不要擔(dān)心汽輪機(jī)調(diào)門(mén)會(huì)一直開(kāi)到最大或關(guān)到最小，因?yàn)闊o(wú)需等到壓力達(dá)到我們的設(shè)定值，背壓PID就能取得新的平衡，同汽輪機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制一樣，串級(jí)背壓自動(dòng)調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)。DROOP設(shè)定越小，靜態(tài)偏差就越小，但汽輪機(jī)受排氣壓力的擾動(dòng)就越大，不利于汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，#4機(jī)設(shè)定為10%，#2機(jī)還為未編程設(shè)定。下面我們舉例來(lái)說(shuō)明串級(jí)背壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程：
機(jī)組并網(wǎng)后當(dāng)功率和用戶流量及排氣壓力相對(duì)穩(wěn)定時(shí)投入背壓串級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥處于穩(wěn)定狀態(tài)，操作人員給出了1.47的背壓給定值。
當(dāng)用戶流量增加，排氣壓力逐漸降低，背壓PID調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)偏差，輸出逐漸增加，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)速給定值指令，調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，進(jìn)氣量增多，排氣壓力回升，發(fā)電機(jī)功率也跟隨增加（用汽流量與功率成正比）。背壓調(diào)節(jié)器由于有偏差校正，增加的幅度通過(guò)DROOP對(duì)應(yīng)的偏差比例和逐漸升高的排氣壓力相消除，背壓PID調(diào)節(jié)器輸入端的偏差逐步減小，背壓調(diào)節(jié)器PID在相應(yīng)的范圍內(nèi)取得平衡，輸出指令不再增加。轉(zhuǎn)速PID由于有負(fù)荷偏差校正，無(wú)論在“功控”還是“閥控”狀態(tài)，閥門(mén)開(kāi)度增加或功率增加后自動(dòng)取得平衡，閥門(mén)開(kāi)度不再變化，系統(tǒng)處于一個(gè)新的平衡狀態(tài)下。實(shí)際應(yīng)用時(shí)閥門(mén)開(kāi)度增加的比例同背壓DROOP的設(shè)定比例及負(fù)荷DROOP設(shè)定的比例成對(duì)應(yīng)關(guān)系，穩(wěn)定時(shí)由于偏差校正的存在，排氣壓力將回到擾動(dòng)前的值，但不會(huì)完全等于設(shè)定值，差值就是偏差校正的值。
三、結(jié)束語(yǔ)：
505控制器在我公司兩臺(tái)背壓機(jī)上服役良好，但仍沒(méi)有達(dá)到最佳運(yùn)行狀況，如并網(wǎng)前后的參數(shù)匹配，是否自動(dòng)進(jìn)入頻率控制方式以實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行，線路開(kāi)關(guān)的選擇是否合理，采用“閥控”方式的利弊，與DCS的接口控制方式仍需進(jìn)一步討論完善，并通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，相信通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，505在我公司能應(yīng)用到最佳狀態(tài)。
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