自运行以来，因为种种原因，协调没有投入。运行中发现，火电厂主汽温度自动调节非常困难。波动大，易受干扰。在负荷大幅度快速波动时候，主汽压力不易稳定。当燃料量波动的时候，主汽温度波动也很大。为此，我们进行了多次努力，主汽温度自动调节越来越稳定，最终满足了生产要求。现将火电厂主汽温度控制系统投自动步骤跟大家作以下介绍，也许会有一些启示。
为了行文的简洁，咱们对几个重要参数用符号做个规定：
1、主PID的比例带：δ1
2、主PID的积分时间：Ti1
3、副PID的比例带：δ2
4、副PID的积分时间：Ti2
5、主PID的输入偏差△1
6、副PID的输入偏差△2
7、微分增益：KD 8、微分时间：KT
1、第一阶段 串级调节系统
起初我们设计的时串级调节系统。其控制编程示意图如下：
图1 串级控制系统
在调试期间，调试所的人员根据以往的经验，用常规的参数。使用参数大致如下：δ1=100，Ti1=150，δ2=60，Ti2=260。
在PID整定参数的过程中，调试人员，在这个基础上，大约上下浮动50%的幅度，始终不能使得系统稳定下来。系统一直处于大幅度震荡过程。
后来我考虑到我们公司的减温系统可能有其特殊性。经过仔细观察该系统，发现超前信号始终不能发挥超前作用。是不是超前信号采样不当呢？我们的超前信号跟常规系统一样，也采用的是喷水减温后的温度。经过对超前信号和主信号的观察，发现超前信号还是能够超前地反映主信号波动的趋势的。可以断定，信号采集正确。
为了提高超前信号的作用，我大幅度加强副调的比例作用。最终确定δ2=10左右可以正常发挥超前作用。这时候又发现，虽然超前信号起到了作用，可是主信号还是太强，超前信号发挥的作用很不明显。那么就减弱主信号吧。最终整定主信号δ1=320。
为了消除静差，我们逐渐强积分作用。最终确认Ti1=800。
读者可能会发现这里的积分作用有点弱了。这个数值不是有意为之，是在反复衡量之后才得出的数值。本来拟欲增强积分作用，可是总是发现积分作用盖过了比例作用，对系统调节造成了干扰。增大积分时间之后，发现完全可以消除静差，因而确认了这个参数。究其数值过大，可能属于DCS系统的原因。
在调整副调的积分作用的过程中，发现副调的积分作用始终不利于系统的稳定。为此，我们干脆舍弃积分作用。让Ti2大于等于2000以上。
此时，主汽温度自动调节质量有了明显的好转，系统不再震荡。稳定工况下，系统可以正常运行。主汽温度一般稳定在535±4℃。烟气及燃烧稍有波动，温度波动就较大。抗干扰能力较弱。
此阶段最参数如下：δ1=320，Ti1=800，δ2=10，Ti2=2500
2、第二阶段 导前微分调节系统
总结第一阶段温度波动的原因，发现即使有超前信号作为前馈，但是系统反应还是不够快，再加上执行机构有一定的死区，所以往往等到阀门流量有反应的时候，主汽温度已经开始变化了。经过观察，从超前信号开始变化，到主信号有变化，之间的时间滞后，大约为 30 秒左右。这么短的时间，超前信号所起到的超前作用比较微弱。
为了克服这个问题，能不能使用带有导前微分的自动调节系统呢？我公司的DCS由北京和利时提供，在线修改下装比较难。只有在听炉时候修改下装比较安全。因为修改下装一次比较困难，为了稳妥起见，我设计了个带有导前微分功能的串级调节系统。在必要的时候，在导前微分模式和串级模式之间可以互相切换。
具体编程如下：
图2 带导前微分功能的串级控制系统
在上图中，微分块和PID2模块之间，增加了一个加法模块。因为超前信号经过微分之后的数值，始终围绕在0左右波动。为了观察方便，特在微分功能之后加了50%，没有其它额外的作用。当使用串级功能的时候，令微分增益KD=0即可。
经过调试，发现我公司的锅炉，更适用于导前微分调节系统。
在导前信号一有波动的苗头，微分作用马上使阀门开度变化。在波动来临的时候，微分作用可以根据变化速率使输出比串级系统更加快速调节。更重要的是微分作用的另一个特性：波动来临时，微分增益使得输出变化，波动停止的时候，即使这个波动没有向相反方向回调，而保持在静止状态，微分作用也会因为自身的原因，使得输出开始回调，因而更显得“导前”信号的超前调节作用。这个“超前调节”带来的超前作用，往往比超前信号更要超前。我们知道：超前信号在波动结束的时候，往往会有个相对静止的平稳期，然后再向相反方向波动。因而，微分时间带来的超前回调作用，显得非常重要了。
那么，我们需要注意的就是，因为微分增益的原因，可能会给系统输出带来微小而快速的抖动，造成执行机构反复动作。增加微分时间，可以消除抖动。可是增加了微分时间，有可能会使超前作用减弱。要消除抖动和超前之间的矛盾，需要对微分增益和微分时间作个比较合适的考虑。
最终，我们得到如下的调节参数：δ1=160，Ti1=255，δ2=20，Ti2=2500，KD=55，KT=55。
根据系统的不同，上面这个参数也会有改变。我们同一台锅炉，两套主汽温之间的参数就很不一样。另一套参数如下：δ1=255，Ti1=255，δ2=4，Ti2=2500，KD=15，KT=75。
因而，提醒读者注意：本文所提到的参数仅作参考。本文得出的主要经验就是：不能拘泥于以往的经验对待所有的自动调节系统，而应该根据具体情况，设定合适的参数。不管这个参数跟以往的经验区别再大，只要系统稳定，参数就算合理。
最终得到的调节效果是：稳定工况下，主汽温度维持在535±3℃之内。系统抗干扰能力有了大幅度提高。
主蒸汽温度制动调节效果图，见附图1、附图2。
附图1：导前微分调节系统正常工况调节效果图。时间跨度1小时
附图2：导前微分扰动工况主汽温度自动调节效果图。时间跨度1小时
3、第三阶段 带有导前微分和减温水负反馈功能的串级调节系统
第二阶段的调节效果虽然有很大效果，但是我还发现了许多不足。总结起来有如下几个方面：
①执行机构动作频繁。执行机构反复开关，虽然动作幅度不大，但是时间久了，可能会对阀门特性曲线不利；
②由于阀门存在一定的空行程，执行机构的动作很多都属于无效调节。一方面造成执行机构徒劳无益的动作。另一方面，空行程也抵消了一部分的超前作用。
空行程几乎是所有自动调节系统都存在的问题，也几乎是不可避免的问题。对于一些不大敏感的系统，这个问题大都可以忽略。但是因为我公司锅炉的抗干扰能力较差，经过仔细研究，在解决了其它问题之后，这个问题就凸显了起来了。
以前我在别的地方曾经尝试用了一些手段来弥补空行程，可是程序较复杂。和利时软件运行后修改程序较为困难。这个方法不能使用。
那么，我考虑到，加入流量反馈，加强积分作用，PID1 的输出去控制减温水流量，只要PID1的输出与减温水流量有偏差，PID2就不停的运算，直到减温水流量变化，达到了PID1的输出的要求为止。经过反复考虑，理论上行得通。关键在于PID2 的积分作用要足够的强，使得PID2的输入端只要有偏差，输出端能够在几秒钟内，不断地依靠积分运算，命令阀门动作，去弥补这个偏差。
具体编程如图3：
图3 带超前微分和前馈量的串级控制系统
考虑到可能因减温水流量信号过强，造成系统震荡，特给该信号加了一个系数。
编程设计下装后，经过多次PID整定，确认参数如下：δ1=330，Ti1=555，δ2=20，Ti2=5，KD=40，KT=88；流量系数=0.58，PID2的死区=0.07。考虑到超前信号不断的变化，微分作用运算使得PID2的测量值不断地处于波动中，可能会造成执行机构不停动作，电机可能会因过热烧坏。因而给 PID2加了个死区。
经过实践检验，确认这个方案是可行的。主汽温度自动调节系统抗干扰能力也大大加强，即使在负荷有大幅度波动的情况下温度波动范围也不超过±5℃。最终主汽温度的偏差在548±3℃之内。执行机构要么不动作，要么较大幅度动作，彻底克服了执行机构的空行程。在标准工况和一定的干扰工况情况下，一般人工干预往往还不如自动调节效果好。在大扰动情况下，适当修改设定值，可以使得温度仍然波动达到要求。
调节效果图，见附图3和附图4。
附图3：带反馈调节系统正常工况效果图。可以看出，执行器要么不动，要么动作直到流量有变化才停止。时间跨度1小时。图中，似乎执行器动作很频繁，但是统计1小时内动作次数在25次，不会造成执行器过热的。
附图4：带反馈调节系统扰动工况效果图
4、今后还可能可以改进的地方
为什么负荷大幅度快速波动的时候，主汽温度会波动较大呢？假如负荷快速升高，我公司的操作人员往往要修改主汽压力定值，欲使主汽压力快速增加，这时候燃料量急剧加大，烟气流速加快。主汽管道吸热面此时会因对流加强，使得主汽温度快速升高。同时，当负荷增加的时候，蒸汽量增加，单位蒸汽吸热量降低，都会导致超前气温会急剧增加，减温水即使急速增加，往往还是有点慢。造成温度过高。如果我们使得主汽温度自动调节系统运算加强，又可能造成稳定工况下系统震荡。
怎样才可以弥补因为烟气流动和蒸汽量波动带来的温度波动呢？我初步考虑，需要再增加一个总燃料量信号。经观察，从总燃料量开始波动，到主汽温度有反应，大约有1分钟左右的间隔。这样燃料量波动带来的减温水调节可能过于“超前”，因而可能调节质量反而下降。为了消除这个问题，需要在总燃料量后加一个纯滞后功能。然后在调试过程中，多次调节纯滞后时间，应该可以达到要求。这个思路没有经过验证，不知道能不能行得通。也许真正实用的时候，要经过许多修改和探索吧。
5、需要说明的问题
各个电厂的环境工况设备不同，PID参数设置各有不同。不可拘泥某个经验参数。在上述主汽温度自动调节系统调试过程中，所列举的参数，仅可以作为参考。附图中，调节效果完全有可能会再进一步提高。同时，如果协调投入自动，温度控制会可能再上一个台阶。本文目的在于阐述作者自己的整定参数的思路。我的思路也有盲区，欢迎各位批评指正。
作者：白志刚(河南焦作华润热电有限公司技术部)
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