影响DCS稳定性的因素与方法研究

影响DCS稳定性的因素与方法研究

徐静彬

徐静彬

（大唐安阳发电厂河南安阳455000）

摘要：随着DCS系统应用的日益广泛，DCS在人们的工作生活中的作用也日益凸显，本文主要分析了DCS控制系统的特点，主要对DCS的影响因素进行了简单的分析。

关键词：DCS;稳定性；影响因素

引言

随着生产规模的日益扩大，功能需求的增加，信息往来的频繁，使得原来孤立的控制单元渐渐连成一体，促使采用分散控制和集中管理设计思想的分布式计算机控制系统——集散控制系统得以出现，其相应产品的应用范围已经遍及工业控制领域的各个行业。集散控制系统目前已经成为工业生产过程自动控制装置的主流。

1．集散控制系统特点

DCS是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统，与常规的集中式控制系统相比有如下特点：

1.1分散性和集中性

系统的控制分散、功能分散，负荷分散，从而危险分散。集中性则体现在：监视集中、操作集中、管理集中。

1.2自治性和协调性

系统中各工作站独立自主地完成合理分配给自己的规定任务。各工作站通过通信网络传送各种信息，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。

1.3友好性

集散控制系统采用实用而简洁的人机会话系统，丰富的画面显示，具有实时的菜单功能，密封方便的操作器。

1.4适应性、灵活性和可扩充性

硬件和软件均采用开放式、标准化和模块化设计，系统积木式结构，具有灵活的配置，可以适应不同用户的需要。可以根据生产要求，改变系统的大小配置。在工厂改变生产工艺、生产流程时，只需改变某些配置和控制方案。以上的变化均不需要修改或重新开发软件，只是使用组态软件填写一些表格即可，并容易解决系统的扩充与升级问题。

1.5实时性

采用网络通信技术，实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化。，通过人机接口和I／0接口，可对过程对象进行实时采集、分析、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的可用性。

1.6可靠性

集散控制系统中广泛采用了冗余技术和容错技术。各单元都具备自诊断、自检查、自修理功能，故障出现时还可自动报警。由于采取了各种有效措施，使得集散控制系统的可靠性和安全性得到极大提高。

2、影响DCS系统稳定性的因素

2.1控制结构对协调控制系统稳定性的的影响

锅炉主控前馈指令的运算主要有两种方式：一是利用经验数值，根据机组的负荷目标值和给定值、给定值和机组负荷之间的差值以及主汽压力给定值和测量值之间的偏差进行给煤超调量的估算，二是利用机组的对象模型进行给煤超调量的精确计算。第一种运算方式在煤种变化或者燃煤的发热量有较大的改变时，就会出现较大的超调或欠调。第二种运算方式依赖于对象模型的精确性。当对象模型辨识不准或者发生变化时，给煤量的前馈指令就会对不准确，从而对控制系统造成扰动。由于在控制系统中存在储能元件，并且每个元件都存在惯性。因此扰动的影响会持续几个周期。对于控制结构设计不合理的协调控制系统，扰动会引起被控参数振荡。

2.2参数设置不当对协调控制系统稳定性的的影响

协调控制系统控制结构复杂，需要整定的参数多达20—60个，如果参数设置不当，控制系统很难达到稳态，遇到扰动就容易产生振荡。

2.3协调控制系统输入量和输出量之间的耦合

直流炉的给水量、给煤量、汽机调门开度对于主汽压力、主汽温度、机组负荷是3输入、3输出的强耦合关系；湿法脱硫控制中的脱硫增压风机动叶开度和引风机动叶开度对脱硫增压风机压力和炉膛压力是2输入、2输出强耦合的关系。对于这种耦合系统，要选择合理的控制结构与参数，追求一个综合的调节指标。如果只片面追求一个被调量的品质往往会导致整个协调控制系统的不稳定。

2.4DCS的控制器周期的设置过大

DCS的控制周期设置过小，会增加CPU和网络的负荷率，设置过大，就会发生因为被调量的采集不及时导致参数过调的现象，从而影响控制系统的稳定性。文献[4]中规定：“控制器的工作周期，应满足汽轮机控制响应速度的要求。对于可能出现孤岛运行的机组，DEH转速控制回路的工作周期不宜大于50ms”。“控制器的处理周期，对于一般模拟量控制回路应不大于250ms，对于一般开关量控制回路应不大于100ms。DEH控制器的处理周期不应大于50ms，在条件允许的情况下应将处理周期减少到30ms，或另设特殊模块处理其中要求快速响应的转速控制回路”。

2.5.协调控制系统中一次调频参数的设置问题

一次调频动作时，一次调频因子直接叠加在机组负荷给定值上，为了快速响应汽机调门的快速变化，锅炉主控指令需要进行比汽机主控指令更快、幅度更大的响应。由于一次调频的一个动作过程往往包括为几次至几十次的周波变化，如果参数设置不当，汽机和锅炉之间能量的不平衡会在一次调频的动作过程中得到累积并扩大，从而导致控制系统的振荡。3.3.2协调控制系统和DEH的一次调频设置的匹配问题。

参考文献：

[1]陈晨;苏文鹏;皮成忠;戴红旗.造纸白水中DCS的稳定性及其表征[J].中国造纸学会第十六届学术年会论文集.2014(05)

[2]邓红霞.DCS集散控制系统设计组态及应用[J].华东师范大学.2009(11)