專利名稱：火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火電機(jī)組的自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng) (DCS)控制對(duì)象仿真建模的方法，主要用于火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)在控制功能軟件組態(tài)過程中，通過建立仿真模型來對(duì)控制功能進(jìn)行仿真調(diào)試，即實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試和參數(shù)初設(shè)。
背景技術(shù)：
分布式控制系統(tǒng)(DCS)是發(fā)電機(jī)組的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，它能實(shí)現(xiàn)順序控制、保護(hù)跳閘、自動(dòng)調(diào)節(jié)、參數(shù)監(jiān)控等功能。這些控制功能是否正常實(shí)現(xiàn)，密切關(guān)系到機(jī)組能否安全可靠運(yùn)行，故對(duì)DCS控制系統(tǒng)在實(shí)際投用前進(jìn)行功能測(cè)試非常必要。但此時(shí)DCS系統(tǒng)尚未和實(shí)際設(shè)備建立鏈接，沒有形成控制閉環(huán)，無法對(duì)控制回路進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。而很多組態(tài)問題和控制功能缺陷只靠靜態(tài)的邏輯檢查不能暴露，往往要到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)際調(diào)試過程中才能一一發(fā)現(xiàn)和解決，從而延長(zhǎng)實(shí)際調(diào)試時(shí)間，增加設(shè)備實(shí)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。因此需要在DCS功能組態(tài)階段，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部建立一套控制對(duì)象的仿真模型，從而實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)，進(jìn)行控制功能測(cè)試和控制參數(shù)初步設(shè)置，提升功能組態(tài)的質(zhì)量，為控制系統(tǒng)實(shí)際調(diào)試和投用創(chuàng)造有利條件。目前各種DCS仿真方式所用的仿真模型都是采用機(jī)理模型和復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，采用工具軟件搭建在DCS系統(tǒng)之外，在組態(tài)測(cè)試時(shí)很難創(chuàng)造條件和這些模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。有鑒于此，尋求一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的新方法成為該領(lǐng)域技術(shù)人員的追求目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，它解決了上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部，用DCS組態(tài)工具搭建控制對(duì)象的簡(jiǎn)化仿真模型，從而使得控制回路形成閉環(huán)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，對(duì)主要模擬量控制對(duì)象的仿真建模方法包括
a、根據(jù)給水泵轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)化計(jì)算出給水壓力、給水流量、分離器壓力參數(shù)；
b、汽包/分離器水位簡(jiǎn)化為進(jìn)出工質(zhì)流量差的積分；
C、采用質(zhì)量守恒和能量守恒的方法，并通過計(jì)算工質(zhì)干度來確定蒸汽流量；
d、利用PID模塊的積分功能實(shí)現(xiàn)由壓力、焓值計(jì)算溫度，再利用質(zhì)量、能量守恒原理仿真計(jì)算出主蒸汽溫度；
e、仿真計(jì)算煙氣量和引風(fēng)機(jī)抽吸量，并對(duì)兩者之差進(jìn)行積分，再去改變積分入口偏差， 從而簡(jiǎn)化仿真出爐膛負(fù)壓；采用類似方法進(jìn)行二次風(fēng)壓、一次風(fēng)壓的仿真計(jì)算；
f、根據(jù)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速仿真計(jì)算鍋爐燃料量；
g、根據(jù)燃料量或者主蒸汽流量仿真計(jì)算機(jī)組負(fù)荷；采用DCS組態(tài)工具在DCS系統(tǒng)內(nèi)部建立控制對(duì)象簡(jiǎn)化模型的仿真方法，從而實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)，即在火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)內(nèi)建立仿真模型后，實(shí)現(xiàn)了控制閉環(huán)。對(duì)開關(guān)量設(shè)備采用類似RS觸發(fā)器的仿真方法，即設(shè)備開關(guān)/啟停指令發(fā)給RS觸發(fā)器，由觸發(fā)器將開關(guān)/啟停反饋經(jīng)過一定延時(shí)后進(jìn)行置位或復(fù)位。本發(fā)明的一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法主要特點(diǎn)如下
1、用DCS組態(tài)工具將仿真模型搭建在DCS系統(tǒng)內(nèi)部，便于和控制邏輯形成閉環(huán)。而其他各種DCS仿真方式的仿真模型都是搭建在DCS系統(tǒng)外，需要專用軟件才能和DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊。2、結(jié)合組態(tài)工具所能提供的有限計(jì)算模塊，建立控制對(duì)象的簡(jiǎn)化模型，力求模型方便搭建，且簡(jiǎn)潔適用，滿足功能測(cè)試和仿真調(diào)試的要求。而其他各種DCS仿真方式都按照控制對(duì)象的機(jī)理模型，采用一些專用軟件進(jìn)行建模，追求模型的高仿真度。3、對(duì)開關(guān)量設(shè)備和主要的模擬量控制對(duì)象建立仿真模型，進(jìn)行仿真調(diào)試，在仿真環(huán)境下主要回路能投入自動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制及RB等高端控制功能，完成主要回路及其控制功能的測(cè)試。采用本發(fā)明的火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部，用DCS組態(tài)工具搭建控制對(duì)象的簡(jiǎn)化仿真模型，從而使得控制回路形成閉環(huán)。在DCS系統(tǒng)實(shí)際投用前，能實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)境下的機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制和RB等功能，對(duì)主要控制回路進(jìn)行功能測(cè)試和參數(shù)初設(shè)，為DCS系統(tǒng)實(shí)際投用和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試創(chuàng)造有利條件。


圖1是實(shí)際對(duì)象參與時(shí)的DCS控制工作原理圖。圖2是本發(fā)明采用仿真模型時(shí)DCS控制閉環(huán)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。按照本發(fā)明的一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，對(duì)主要模擬量控制對(duì)象的仿真建模方法包括
a、根據(jù)給水泵轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)化計(jì)算出給水壓力、給水流量、分離器壓力參數(shù)；
b、汽包/分離器水位簡(jiǎn)化為進(jìn)出工質(zhì)流量差的積分；
C、采用質(zhì)量守恒和能量守恒的方法，并通過計(jì)算工質(zhì)干度來確定蒸汽流量；
d、利用PID模塊的積分功能實(shí)現(xiàn)由壓力、焓值計(jì)算溫度，再利用質(zhì)量、能量守恒原理仿真計(jì)算出主蒸汽溫度；
e、仿真計(jì)算煙氣量和引風(fēng)機(jī)抽吸量，并對(duì)兩者之差進(jìn)行積分，再去改變積分入口偏差， 從而簡(jiǎn)化仿真出爐膛負(fù)壓；采用類似方法進(jìn)行二次風(fēng)壓、一次風(fēng)壓的仿真計(jì)算；
f、根據(jù)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速仿真計(jì)算鍋爐燃料量；
g、根據(jù)燃料量或者主蒸汽流量仿真計(jì)算機(jī)組負(fù)荷。對(duì)開關(guān)量設(shè)備，如輔機(jī)設(shè)備、電動(dòng)閥門等，主要采用類似RS觸發(fā)器的仿真方法設(shè)備開關(guān)/啟停指令發(fā)給RS觸發(fā)器，由觸發(fā)器將開關(guān)/啟停反饋經(jīng)過一定延時(shí)后進(jìn)行置位或復(fù)位。在火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)內(nèi)建立仿真模型后，實(shí)現(xiàn)了控制閉環(huán)。參看圖1，DCS控制系統(tǒng)的工作原理為控制器執(zhí)行邏輯運(yùn)算后通過I/O卡件輸出控制指令，去改變控制對(duì)象的狀態(tài)，使得運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化，再由I/O卡件輸入到控制器， 由其進(jìn)行計(jì)算判斷后再發(fā)出新的控制指令，從而形成控制閉環(huán)。但在DCS系統(tǒng)末投入實(shí)際應(yīng)用前，沒有和實(shí)際控制對(duì)象建立鏈接，故不能形成控制閉環(huán)，無法對(duì)控制回路進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真調(diào)試。參看圖2，圖2表示了通過仿真模型來實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)，故采用 DCS組態(tài)工具，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部建立控制對(duì)象的仿真模型，這樣就可以對(duì)控制回路進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，盡早發(fā)現(xiàn)并解決軟件組態(tài)中存在的問題和缺陷。由于DCS組態(tài)工具只能提供有限的控制計(jì)算模塊，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的仿真計(jì)算功能，另一方面，用于功能測(cè)試的仿真模型也并不要求很高的仿真度，可利用有限的計(jì)算模塊來建立能有效表示控制對(duì)象特性的簡(jiǎn)化仿真模型。在DCS系統(tǒng)內(nèi)建立仿真模型后，實(shí)現(xiàn)了控制閉環(huán)，具體操作步驟如下
(1)分析控制對(duì)象的特點(diǎn)，采用DCS組態(tài)工具在DCS系統(tǒng)內(nèi)建立控制對(duì)象的簡(jiǎn)化仿真模型。(2) DCS控制系統(tǒng)中的控制器執(zhí)行邏輯運(yùn)算后發(fā)出控制指令至簡(jiǎn)化仿真模型。(3)仿真模型接受控制指令后，通過仿真運(yùn)算改變控制對(duì)象的狀態(tài)(如開關(guān)量設(shè)備的啟停狀態(tài))和運(yùn)行參數(shù)(如蒸汽流量、爐膛負(fù)壓等)。(4)運(yùn)行參數(shù)送至控制器，并由其進(jìn)行邏輯運(yùn)算后再發(fā)出新的控制指令，從而形成控制閉環(huán)。本方法是采用OVATION組態(tài)工具建立的簡(jiǎn)化仿真模型，當(dāng)用其他DCS組態(tài)工具時(shí)， 模型建立方法會(huì)略有區(qū)別。但各DCS工具所能提供的計(jì)算模塊均大同小異，故本方法也能適用。綜上可知，本發(fā)明在DCS系統(tǒng)內(nèi)部，用DCS組態(tài)工具搭建控制對(duì)象的簡(jiǎn)化仿真模型，從而使得控制回路形成閉環(huán)。在DCS系統(tǒng)實(shí)際投用前，能實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)境下的機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制和RB等功能，對(duì)主要控制回路進(jìn)行功能測(cè)試和參數(shù)初設(shè)，為DCS系統(tǒng)實(shí)際投用和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試創(chuàng)造有利條件。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上述實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)上述實(shí)施例的變化、 變型等都將落在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，其特征在于，對(duì)主要模擬量控制對(duì)象的仿真建模方法包括a、根據(jù)給水泵轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)化計(jì)算出給水壓力、給水流量、分離器壓力參數(shù)；b、汽包/分離器水位簡(jiǎn)化為進(jìn)出工質(zhì)流量差的積分；C、采用質(zhì)量守恒和能量守恒的方法，并通過計(jì)算工質(zhì)干度來確定蒸汽流量；d、利用PID模塊的積分功能實(shí)現(xiàn)由壓力、焓值計(jì)算溫度，再利用質(zhì)量、能量守恒原理仿真計(jì)算出主蒸汽溫度；e、仿真計(jì)算煙氣量和引風(fēng)機(jī)抽吸量，并對(duì)兩者之差進(jìn)行積分，再去改變積分入口偏差， 從而簡(jiǎn)化仿真出爐膛負(fù)壓；采用類似方法進(jìn)行二次風(fēng)壓、一次風(fēng)壓的仿真計(jì)算；f、根據(jù)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速仿真計(jì)算鍋爐燃料量；g、根據(jù)燃料量或者主蒸汽流量仿真計(jì)算機(jī)組負(fù)荷；采用DCS組態(tài)工具在DCS系統(tǒng)內(nèi)部建立控制對(duì)象簡(jiǎn)化模型的仿真方法，從而實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)，即在火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)內(nèi)建立仿真模型后，實(shí)現(xiàn)了控制閉環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，其特征在于，對(duì)開關(guān)量設(shè)備采用類似RS觸發(fā)器的仿真方法，即設(shè)備開關(guān)/啟停指令發(fā)給RS觸發(fā)器，由觸發(fā)器將開關(guān)/啟停反饋經(jīng)過一定延時(shí)后進(jìn)行置位或復(fù)位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種火電機(jī)組分布式控制系統(tǒng)控制對(duì)象仿真建模的方法，對(duì)主要模擬量控制對(duì)象的仿真建模方法包括a、根據(jù)給水泵轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)化計(jì)算出給水壓力、給水流量、分離器壓力參數(shù)；b、汽包/分離器水位簡(jiǎn)化為進(jìn)出工質(zhì)流量差的積分；c、通過計(jì)算工質(zhì)干度來確定蒸汽流量；d、利用PID模塊的積分功能實(shí)現(xiàn)由壓力、焓值計(jì)算溫度，再仿真計(jì)算出主蒸汽溫度；e、仿真計(jì)算煙氣量和引風(fēng)機(jī)抽吸量，進(jìn)而簡(jiǎn)化仿真出爐膛負(fù)壓；f、根據(jù)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速仿真計(jì)算鍋爐燃料量；g、根據(jù)燃料量或者主蒸汽流量仿真計(jì)算機(jī)組負(fù)荷。本發(fā)明采用DCS組態(tài)工具在DCS系統(tǒng)內(nèi)部建立控制對(duì)象簡(jiǎn)化模型的仿真方法，從而實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102446233SQ20101050710
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者姚峻, 沈叢奇, 祝建飛 申請(qǐng)人:上海明華電力技術(shù)工程有限公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司