遠程設定點調整器

在工業生產過程中，迴路的設定值一般是由操作人員根據經驗給出的，這就使得迴路的設定情況帶有很大的隨意性。而生產過程的質量、效益與迴路設定值的適當與否有著密切的關係。因此迴路設定值的設定及設定點的最佳化具有十分重要的意義。遠程設定點調整器是指由遠程源按輸人信號的函式改變設定點的裝置。

基本介紹

• 中文名：遠程設定點調整器
• 外文名：remote set point adjuster
• 學科：自動化
• 定義：遠程源的函式改變設定點的裝置
• 領域：遠程控制、工業生產
• 作用：最佳化、取得好的經濟效益

簡介

設定值（setpoint，簡稱SP）或參考值（reference），是模控學及控制理論中的名詞，是指系統想要達到的狀態，常用來描述系統標準的組態。變數相對其目標值的偏離量是以誤差為準的控制系統的基礎，會利用回授的方式使系統回到其穩態。它對應於生產過程中被控變數需要保持的值，當它由工業控制器內部給出時，稱為內給定值（設定值）；當它產生一外界某一裝置，並輸入到控制器時。例如一個鍋爐有其溫度設定值，也就是鍋爐控制系統希望鍋爐維持的溫度。

在工業生產和一些實際套用中，有些設定點要採取遠程控制，而這些設定點的設定值一般會隨時間和環境不斷發生變化。例如在複雜工業過程中，迴路很多，這些迴路中的被控參數的選取與原料的消耗、能量的損耗有著直接的關係 。不同的被控參數在生產過程中就意味著不同的生產成本和不同的生產效率。因此設定點的調整或最佳化是十分有必要的。遠程設定點調整器是指由遠程源按輸人信號的函式改變設定點的裝置。遠程設定點調整器主要作用對設定點進行最佳化和對控制系統進行局部調整和最佳化。

有關術語

遠程控制

遠程控制是利用無線或電信號對遠端的設備進行操作的一種能力，遠程控制通常通過網路才能進行。位於本地的計算機是操縱指令的發出端，稱為主控端或客戶端，非本地的被控計算機叫做被控端或伺服器端。遠“程”不等同於遠“距離”，主控端和被控端可以是位於同一區域網路的同一房間中，也可以是連入Internet的處在任何位置的兩台或多台計算機。

調整器

也可以稱之為調節器，將生產過程參數的測量值與給定值進行比較，得出偏差後根據一定的調節規律產生輸出信號推動執行器消除偏差量，使該參數保持在給定值附近或按預定規律變化的控制器。例如線性電壓調節器（Linear regulator），又稱線性穩壓器、線性調節器，是一種元件，作用是保持電壓穩定。穩壓器的電阻會因應負載及輸入電壓的變化，以達至輸出電壓穩定不變。其動作尤如一不停自動調節阻值的可變電阻，使之與負載得出的分壓保持固定，而過程中因輸出與輸入電壓差而多出的能量則以發熱的形式消散掉。而開關式穩壓器是不停高速地在導通/斷開之間切換，使得輸出的平均值保持在所需電壓值。輸入線性穩壓器的電壓必須高於輸出電壓，好讓穩壓器內能作出降壓作用以達至輸出穩定，因此效率受限制。

線性穩壓器可以是置於電源和負載之間（串聯穩壓器），或與負載並聯（並聯穩壓器）。簡單的線性穩壓器可以只包含齊納二極體和一枚串聯電阻器；更複雜的線性穩壓器包含多個組成部分：參考電壓、誤差放大器和功率傳輸元件。由於線性穩壓器被廣泛套用，因此多被製成積體電路，但也可以固態電子器件或真空管等分立元件構成。

局部最佳化

局部最佳化，一般是指針對企業的某一部分，如一台機器、一個部門、一個車間所實現的自動化，即局部最佳化。工業中往往需要實時控制，有時並不需要全局的最佳化控制。需要當前局部的控制決策。

它的特點在於：採用各種模型建模（參數和非參數模型），從而適應工業現場的複雜模型；並且採用局部最佳化策略，對最佳化視窗不斷滾動，對實際輸出和模型輸出不斷比較並反饋校正，以實現跟蹤參考值。其意義在於：由於採用了有限最佳化視窗，使得最佳化計算量大大減小；同時採用滾動策略，在局部最佳化的基礎上實現了全局的最佳化；同時利用反饋校正，解決了系統干擾等不確定問題。

餘熱鍋爐汽包與除氧器控制系統

前言

冶煉過程是冶金行業中重要的工藝部分，通常在冶煉過程中產生煙氣被直接排入大氣，大量的熱量被白白浪費掉，同時煙氣中的固體顆粒又導致環境污染。目前，越來越多的冶煉廠開始採用餘熱鍋爐實現能源回收。某冶煉廠利用冶煉銅精礦中產生煙氣對餘熱鍋爐加熱，產生的蒸汽一部分用於廠內其它車間熱量的供應，另一部分用於發電。三博公司承擔了餘熱鍋爐控制系統設計安裝和調試，採用西門子公司的S7-400 PLC,採用現場分散式I/O,即主站和從站之間利用Profibus匯流排結構。投運效果很好，有推廣套用價值。

工藝要求

餘熱鍋爐利用冶煉爐在冶煉中產生的煙氣給鍋爐加熱，煙氣的溫度範圍一般在1000℃～1300℃之間波動，對汽包液位的控制較困難，控制系統可以分成以下部分：

1）汽包的水位以差壓變送氣器1HAD10CL101和1HAD10CL102兩個儀表來測量，測量的結果由汽包壓力變送氣1HAD10CP101來補償，如果壓力變送器出故障，液位控制器1HAD10DL101測量信號可以由操作人員手動選擇，也可由控制系統自動篩選。如果輸入信號低於3mA或高於25mA的時候，則有一個變送器出故障，測量信號可以是兩個變送器的平均值，但是變送器壞了，則此時的檢測值結果必須禁止掉。如果在有液位控制的情況下，控制器1HAD10DL101輸出信號直接傳送到給水控制閥1LAB10AA001。如果在串級三衝量控制情況下，液位控制器的輸出端作為給水流量控制器的遠程設定點，根據給水流量1LAB10CF101控制給水閥 1LAB10AA001,在流量控制器前，液位控制器輸出信號是由主蒸汽流量1LBA10CF101和兩台渦輪泵（循環泵和給水泵）的蒸汽消耗情況進行校正。有一個旁通電動閥可以代替氣動控制閥來控制汽包中的水位。電動控制閥1LAB15AA001是由控制器1LAB10DF102以三衝量控制模式或水位控制器1HAD10DL101以液位控制模式或水位控制器來控制。閥門1LAB10AA001和1LAB15AA001在流量控制器1LAB10DF101和1LAB10DF102中有手/自動交叉聯鎖，這兩個閥門不能同時處於自動模式中。控制器1HAD10DL101遠程設定點來源於鍋爐汽化率相關的曲線。汽包中的水位設定點根據鍋爐汽化率在NWLL(正常低水位)和NWHL(正常高水位)之間變動。

2）蒸汽包壓力控制是，鍋爐正常運行時，鍋爐壓力控制器1HAD10DP101根據理想的設定點來控制汽包壓力。如果壓力變送器1HAD10CP101測量的壓力信號增大，控制器1HAD10DP101輸出信號增加，控制閥1LBA10AA001開啟。如果壓力下降，控制器會驅動控制閥向關閉方向運行，因此，如蒸汽流量增加，汽壓下降，控制器將通過關閉控制閥來保持汽包壓力。

3）給水箱水位控制，給水箱水壓是由控制閥1GHC10AA001控制補充水流量來實現控制的，控制閥的運動是根據變送器1LAA10CL101的測量信號進行控制。給水箱低水位用來作給水泵的聯鎖信號，以保護水泵。水箱高水位開關控制開啟水箱排水閥。排水閥是氣動非開既關的閥門，FW水箱水位測量儀表會給出高或低的報警信號。

4）給水箱壓力是由控制閥控制的低壓蒸汽來控制的，控制閥1LBS10AA001的運動是根據變送器1LAA10CP101的FW水箱壓力測量信號來進行的。

控制系統的硬體組成

控制系統由上位機OS操作員站監控系統和下位機PLC可程式邏輯控制系統組成。上位機和下位機通過西門子Profibus FMS協定網路，構成兩級不同的層次，分別完成整個系統的監視和控制功能。

下位機配置

從工藝要求、I/O點數、掃描速度、自診斷功能等方面考慮，下位機選用性能及可靠性都很高的SIEMENS公司的S7-400，並采I/O分布從站控制方式，這樣主站採用高性能的控制系統，提高系統的運行速度，從站可以採用S7-300系列的信號模組，降低系統的整體造價，從而提高系統的性能價格比，以減少用戶對工程的資金投入。

上位機配置

按集中管理、集中顯示、分散控制的思想，系統設有1個操作員終端監控站，選用Dell Pentium-Ⅳ 2.4GHz/512M工控機，硬碟60G,加PHILIPS 21"彩色顯示器，並配以印表機。工控機內安裝西門子公司的CP 5611 Profibus FMS通訊接口卡，通訊速率從9.6KB/s～12MKB/s,實時監視現場數據，同時通過OS站修改各個PID參數的設定點、比例、積分、微分和報警的設定值。

控制方案的設計

下位機程式控制設計

將控制系統分為四個大的功能塊: 汽包液位控制、主蒸汽壓力控制、除氧氣液位和壓力控制。

（1） 汽包液位控制採用串級三衝量給水控制的工作原理，主調節器為1HAD10DL101,副調節器為1LAB10DF101,主調節器接受水位信號去控制副調節器，副調節器接受主調節器信號外，還接受主蒸汽流量溫壓補償信號和給水流量的溫度補償信號，組成一個三衝量的串級控制系統。以達到汽包水位在動態範圍內自動調節。

（2） 蒸汽包的壓力控制在6Mpa範圍內，採用單迴路PI調節器，如果汽包壓力突然超過一定範圍時，可用調節器1HAD10DP102打開啟動蒸汽控制閥，通過消音裝置將一部分蒸汽排放，以保證蒸汽包的蒸汽壓力穩定。

上位機監控程式設計

上位機對所有採集到的模擬量實時顯示並存儲, 開關量進行狀態追憶。對重要參數指標如給水導電率、飽和蒸汽的電導率、鍋爐水的電導率等進行線上分析、監測和報警。監控畫面上設有“自動”、“半自動”及“軟手操”三個按鈕並可進行相互切換。“自動”狀態時，只能監測不能對設備進行操作；“手動”時，可任意調節閥門的開度。在由自動到手動時，閥門之間的轉換是無擾動進行切換的。在操作員站上可根據工藝的改動，修改各個PID迴路的設定點，但是某些參數只有具有不同操作許可權的級別才可相應進行修改。“軟手操”時，可獨立對閥門進行操作。同時PID調節迴路可以選擇自動手動以及汽包液位的單迴路和串級三衝量控制。設密碼保護（如設定和修改某一調節迴路的比例、積微分時時間等）。為便於生產維護和安全，用不同的顏色區分設備不同的開關狀態，重要設備的集中監視畫面。