热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法

【摘 要】火力发电厂机组在正常运行中有大量的热工参数需要调节与控制。从生产的安全和经济效益考虑，这些参数需要控制在合适的范围内。热工自动控制的任务就是自动地维持生产过程在规定的工况下，即自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。基于此，本文探讨了热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法。

【关键词】热工自动控制 积分饱和现象 自动调节 影响

随着分散控制系统DCS等计算机控制系统在火电厂日益广泛的应用，实现自动调节不再局限传统仪表通常采用的比例、比例-积分、比例-积分-微分3种调节规律，而是可以根据实际被调对象的具体特点由各种常用运算组合调节规律，但是这3种运算仍然是最主要最基本的调节规律。下面就相关具体情况加以探讨。

1 热工自动控制中的积分饱和现象

1.1热工自动控制中自动调节的基本原理

随着我国工业的迅速发展，自动控制的理念在热工中的应用越来越广泛。而自动调节作为热工自动控制系统的枢纽，具有不可替代的重要作用。自动控制系统通过利用控制器对内部机器和装置进行自动控制，在减少热工运营成本的同时，亦可避免因从业人员操作失误所带来的经济损失，而且可以最大限度的提高自动控制系统的资源利用效率。

热工的自动调节系统是由基本的比例调节作用和用以辅助的积分及微分作用组成，比例调节作用可以看作是热工自动调节系统的脊梁，用以贯彻整个自动调节过程，起到稳定自动调节系统运行的作用，从而避免自动调节系统在使用过程中崩坏。微分和积分作用均起到消除静态偏差的作用，区别在于，微分作用体现在自动调节过程的初期，积分作用则体现在调节过程的后期。

1.2积分饱和的产生

调节机构是接受调节器的控制信号进而调节被调量的工具，正常情况下，PID参数的调节器输出在5%-95%范围内就可以满足调节的需求，然而，在实际生产过程中，会经常出现PID参数的调节器输出达到100%的情况，此时执行机构的关向指令无法满足执行机构向关阀门或挡板方向动作的需求，进而破坏积分调节作用的稳定性，致使积分作用在短暂时间内出现静态偏差无法正常消除的现象，这段时间的调节过程被称为积分饱和

2 热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决办法

2.1积分饱和对调节的影响

调节机构未能及时回关、开启，会致使积分调节作用出现时间的延迟，这对自动调节系统可能会有致命的影响。在不同的自动调节系统中会出现不同程度的危害。如果给水自动调节系统中的阀门未能及时关闭，在值班人员未能做出及时的补救措施的情况下，可能会使汽包水位上升到比较危险的高度；如果发生在协调系统的汽机主控对调门开度控制中，机组负荷将有可能超过规定值，导致短时间内危机整个机组，造成巨大的经济损失；同样，积分饱和如果发生在引风自动调节系统中，在送风调节机构未能及时做出相应反应的情况下，可能会导致机组炉膛负面大幅度增大的现象发生。

2.2降低积分饱和对自动调节影响的几种方法

进入二十一世紀以后，在科学技术水平不断提高与国民经济发展大幅增长的带动下，我国的工业领域也进入了发展的快车道，工业企业的生产规模、工艺施工技术也都得到了明显的优化。尽管如此，由于企业职工技术能力低下而带来的一系列问题为企业的发展造成了阻碍。而DCS模糊控制技术在火电厂中的应用则有效的促进了这一问题的解决。

2.2.1常见的几种解决方法

最直接的方法是依靠运行值班员监视系统来注意积分饱和情况的发生并及时采取相应的解决措施。这种方法不仅简单有效，应用的范围也较广泛；在积分饱和情况发生后，亦可及时切除系统自动，避免危害的发生和不必要的经济损失；除此之外，还可以加大研究力度，完善调节系统的控制逻辑，从根本上避免积分饱和的现象发生。

2.2.2针对单回路调节的解决办法

单回路调节的控制相对简单，不易出现积分饱和的现象，而一旦发生积分饱和，其解决方法也比较简单，只要对PID功能模块的输出进行一定程度上的限制，就能够快速有效的解决相应的负面影响。限制PID功能模块的输出，只能进行简单的调节控制，不能起到真正解决问题的作用。因此，限制PID功能模块输出的方法，并不能解决串级调节中积分饱和所带来的影响与危害，只有对串级调节中积分饱和现象的产生有所了解，才能找到较好的解决办法。

2.2.3针对串级调节的解决方法

以过热蒸汽问题调节举例，除了减温水量扰动以外，引起过热蒸汽温度变化的扰动因素还有很多，如蒸汽流量、过剩空气系数、火焰中心位置、煤种的改变、燃烧工况、烟气温度和流速、炉膛受热面结焦和过热器积灰的变化等，都会使过热蒸汽温度发生变化而不容易控制。

在串级双冲量过热蒸汽温度控制系统中有2个闭合回路：由对象超前区、超前信号（减温器后蒸汽温度）热电偶、副调节器（比例-积分）、执行机构和调节阀门组成的内回路（或称副回路）；由对象惰性区、主信号（过热汽温度）热电偶、主调节器（比例-积分-微分）和副回路组成的外回路（或称主回路）。

采用喷水减温调节过热蒸汽温度时，汽温调节对象的滞后时间和时间常数较大。对于减温水流量的变化，超前汽温的反应要比主蒸汽温度的反应快得多，因此在减温水自发扰动后，副调节器在主蒸汽温度还没有明显变化时，及时动作则可以消除它的影响而使主蒸汽温度很少变化。

3结语

随着计算机技术的日益普及和应用，在DCS中对热工自动控制策略进行修改和完善，完成在常规仪表控制系统中很难实现的复杂控制已不再是件困难的事。本文阐述的积分饱和在热工自动调节系统的发生、影响及解决措施只是其中一种小小尝试。

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