分散控制系统位置调整模件与执行机构耦合模块设计及调试

摘要：通过设计一种电子接口模块，合理调试并整定系统参数，解决了分散控制系统位置调整型模件（PAT）与执行机构接口电位异同时的耦合问题，提高了相关控制系统的调节质量，解决了现场急需，保证了工程工期，降低了工程造价。

关键词：耦合模块PAT调试 调节质量

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

江苏徐塘发电有限公司4、5号机组是两台300MW燃煤机组。2012年我公司根据日益增长的环保要求，对4、5号机组脱硫系统进行技术改造工作，设计将现有的引风机、增压风机合并为一台引风机，取消引风机出口静叶调整机构，改为引风机动叶调整机构，执行机构采用EMERSON公司生产的TEC2000，但现场调试发现该执行机构控制接口与我公司MAX1000控制系统位置调整型模件控制接口共电位异同，无法实现耦合控制。

1 总体概念

1.1位置调整型模件（简称PAT卡件）的原理概念

MAX1000控制系统位置调整型模件，简称PAT卡，是针对热工自动控制系统执行机构闭环控制而特殊设计的，取代了传统的伺服放大器（或定位器），可以看成是控制精度更高、功能更完善、更先进，安全可靠且与DCS集成一体的新型伺服放大器（或定位器）。PAT卡件硬件原理：模块设计采用了四线制，模拟量反馈信号两线，开关信号两线，公共端在PAT模块内部，无公共端子，如图1所示。

图1

1.2开关量电动执行机构信号指令接口

开关量电动执行机构一般提供4个信号点：1个模拟量信号，用以反馈电动执行机构的位置信号；另外还有2个正反转线圈的驱动接口，用于联接功率器件，如固态继电器可控硅之类，伺放或PAT模块就可以通过开关量输出信号，驱动固态继电器或可控硅，从而驱动电动执行机构的正转或反转。

1.3 存在问题

由于PAT模块设计采用了四线制，当两个设备输入与输出控制回路公共电位异同时，控制系统就无法实现与执行机构耦合控制，如图2所示。

图2

2 解决方案

2.1在PAT和执行机构之间加装隔离模块，如图3所示。由于隔离模块是一个延迟环节，控制系统调节惯性滞后有所增大，因此在模块设计上采用增加正反馈电路，这样可以大大提高光电耦合器的开关速度。如图4所示电路，通过增加一个晶体管，将大幅度提高光耦的开关速率。

图3

3 系统调试

3．1 将回路切到开环方式。

3．2 确定最小脉宽

输出一个50ms的增脉冲。

如果反馈不变化，表示脉宽太小，加大脉冲宽度继续试验，直至每发一个脉冲，反馈都会产生一定的变化。

如果反馈变化大于0.1S，可能脉宽太大，减小脉宽继续试验，直至反馈为0.1左右或第2步发生.。

将这个脉宽值作为PAT输出的最小增工作脉冲。

按照2，3的步骤做减脉冲试验，将结果作为最小减工作脉冲。

取增减最小脉宽所造成的阀位变化值中的大值作为PAT输出的工作脉冲死区，也就是这个阀门的死区。当然适当放大工作脉冲死区，可以减少马达启动次数，延长使用寿命。但最大不要超过0.5S，否则会降低调节精度。

3．3 确定最大脉宽时的响应

输出一个500ms的增脉冲，记录此时的反馈变化值，将其作为增指令反馈值动态量程。

输出一个500ms的减脉冲，记录此时的反馈变化值，将其作为减指令反馈值动态量程。注意：减指令反馈值动态量程为负值。

增指令动态量程 和减指令动态量程是两个非常重要的参数，它表示在一个扫描周期内要求阀门变化大于等于该值时，PAT将输出一个100%宽度的脉冲。当要求的变化小于该值时，输出的脉宽将是一个与需求成比例的脉宽（在最小脉宽和500ms之间）。如果这个值取得太小，会造成阀门过冲或振荡；取得太大，又会造成阀门动作迟钝（因为原来用一个脉冲可以完成的工作，要用多个脉冲序列来完成）。

3．4 确定执行机构响应线性化

输出一个250ms的增脉冲（即50%宽度），记录此时的反馈变化值。

输出一个250ms的减脉冲，记录此时的反馈变化值。

将这次试验的变化值与3.2.2（即100%宽度）的变化值进行比较，如果两者的比例正好是1：2（即0.5），那么将PAT输出的线性值置为0.0。

如果两者的比例不是0.5，则需调整线性值设为X使输入/输出的函数关系为：

Out = In * （（1-X）+ In * X）

可以通过查表得到线性值。

3．5确定PAT连续输出时的执行机构的响应速率

输出一个5500ms的增脉冲，记录此时的反馈变化值。

输出一个5500ms的减脉冲，记录此时的反馈变化值。

取1，2中较小的值为X，取相应的增指令动态量程或减指令动态量程Y，按下列公式计算PAT输出的行程时间：

行程时间 = 100 /（（X-Y）/ 5）

3．6 闭环运行

将QPAT恢复闭环运行。

将PAT输出的比例增益置为0.0（这表示输出值只对最初的变化要求作出响应，对以后的位置偏差不要进行修正）。手动修改PAT的控制指令输出，在0~100%的范围内观察位置反馈的变化情况，应该没有过冲或振荡，偏差应该在阀位定位死区允许的范围内，必要时可增加增指令动态量程和减指令动态量程的值，以减小位置反馈的响应速度。

将PAT输出的比例增益置为1.0，重复2的试验，如果发生振荡，加大阀位定位复位周期值。如果振荡仍然存在，减小阀位定位复位周期值。

PAT输出的阀位定位周期表示从上一次位置调整到下一次位置调整中间要间隔多少时间，0.0表示连续不断地进行位置调整。但是往往并不需要连续进行位置调整，一般阀位定位周期要大于阀位定位复位周期值。对于带中间耦合模块的输出回路，适当增加阀位定位周期可以减少振荡。

3．7 PAT输出中若干参数的设置

反馈信号设计为智能保护型，这样当位置反馈正常时，执行完全的阀位控制，一旦位置反馈信号故障，自动切换到开环运行，靠PID的调节作用维持阀门在适当位置。

当实际阀门未动，而位置反馈有因干扰造成的“毛刺”时，可适当增加反馈滤波宽度，但必须小于阀位定位死区。

当发生迫升、迫降时，阀门将按照最快的速率开关，如果要求慢一点动作，可将超驰速率设在0~1之间某个比率系数，0最慢；1最快。

执行机构换向死区一般设置成最小脉宽时的阀门变化值。

执行机构工作脉冲极限设成5s，这表示当PAT输出工作脉冲信号发出5秒，执行机构位置反馈仍没有动作（此时可能是电机“堵转”），立即停止PAT输出。

将执行机构反馈速率极限设为10%，当阀位实际变化率超过该值时，就认为反馈故障。

阀位超量程极限设为5%，这表示当位置反馈超过-5%~105%时，意味着位置反馈故障。

确定执行机构马达正反转间隙补偿范围。可用以下方法测量这个间隙：用开环方式向一个方向发出500ms变化脉冲，以最小工作脉冲向另外一个方向发出变化脉冲，看发出多少个脉冲后实际阀位才开始变化，由此推算出间隙补偿范围。

4结束语

各种控制系统之间，以及系统与现场设备之间，常会遇到软硬件接口不匹配的问题，通常的做法是变更订货设备，这种方法通常会增加工程造价，延长工程工期，本文提供了一种中间耦合模块，并进行适当的系统参数整定，在不影响设备运行质量的前提下，解决了工程现场系统与设备的接口问题。

作者简介：杜良伟，（1969-），男，江苏邳州人，助理工程师，主要从事电厂热控维护工作。