模型化的思维方式在实际问题中的应用

【摘 要】通过实际案例分析，讲述模型化的思维方式在解决实际问题中的具体应用。

【关键词】模型化，思维方式

一、前言

自動化设备和自动化控制原理在发电厂中应用越来越广泛，自动化装置出现的问题也越来越多，今天主要针对大唐黄岛发电厂西门子气动智能控制器出现的问题，进行深入分析，以新的视角去更好的发现问题，找出合理的解决方案。

二、事件经过

（一）大唐黄岛发电厂西门子气动智能控制器出现的问题

大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门在停机临修期间开关试验发现阀门卡涩，控制阀门开关的压缩空气压力为0.65MPa，西门子定位器控制气源压力为0.6MPa。汽机人员将阀门拆除发现阀门内部有8个直径18cm固定螺丝断裂，滑落到阀芯边缘，阀门开关过程中8个螺丝大大加大了摩擦力，阀门卡涩。汽机人员更换阀芯后，热工人员通过西门子定位器自动整定行程位置，整定完成后阀门开关试验。发现阀门在指令上下一直等幅震荡，无法稳定在指令附近。定位器死区为0.5%。

图 一（蓝色线代表反馈，红色线代表指令）

（二）大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门组成

双作用西门子定位器一台，NCS模块，开门关门放大器各一个，保位电磁阀一个。DCS指令通过西门子定位器将电信号转换成开门或关门控制气源压力信号，控制气源作用到放大器上控制开门关门的进气量调节阀门的开度。

三、事件分析

将大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门西门子定位器切到手动模式进行试验，发现阀门在中间位置很稳定，没有震荡现象。智能西门子定位器是采用的自动控制模式的原理来控制调节门的开关的。西门子定位器在手动模式因为没有模拟信号输入，可以认为是开环控制模式。这也就是说大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门在开环控制时没有问题，这样可以分析认为大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门所属的设备没有问题。假如大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门所属的设备，比如放大器有问题的话，大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门西门子定位器在手动模式下也应该出现震荡情况。

大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门西门子定位器在远方控制模式时，接受DCS指令4-20mA电流信号，与调节门的反馈信号组成闭环控制回路，当偏差大于西门子定位器死区时，西门子定位器进行调整，改变开关放大器的进气量进行闭环控制。正常调整时，如果开关门时，偏差大于死区，调整曲线应该为衰竭震荡，最终稳定在偏差小于死区的位置。

大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门出现的问题，我们可以将大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门看成一个控制模型，这样就可以把实际问题抽象成一个控制模型的问题来分析，一个控制系统出现震荡模式懂得可能性主要是PID参数调整不当所致。这样分析问题就有了方向，到底是哪个参数导致的控制系统从原来的衰竭震荡变为等幅震荡响应曲线的呢？因为西门子定位器PID参数是二级参数，这个参数是内部参数，不能进行手动设置，在西门子定位器自动调整中是不会发生变化的。这样的话需要考虑大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门控制系统发生了什么变化。大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门未更换阀芯前开关相同量程门需要的进气量和大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门更换阀芯后所需的进气量肯定不一样了，因为假如以前需要1牛顿力的话，现在只需要几分之一牛顿的力就可以了。我们将大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门看成一个控制模型，更换阀芯后控制模型的输出应该比原来的控制模型输出要小，根据实际情况，每个实际的控制模型都有精度，这其实也是我们控制模型最小的输出单位。现在出现的等幅振荡也可以说更换阀芯后的控制模型最小的输出单位偏大，输出等于PID模型参数控制公式乘以输入，这样我们发现西门子定位器PID参数不变的情况下可以认为是输入量偏大，这种情况在模型化的理解中可以认为是比例作用太大，我们只需要调整输入量，降低更换阀芯后的控制模型最小的输出单位，就可以解决问题。

具体分析我们可以用下面的式子进行演示：

更换阀芯前阀门开关最小精度所需工作气源进气量为X1，更换阀芯后阀门开关最小精度所需工作气源进气量为X2，X1>X2，调整气源前西门子定位器接受最小变化量经过PID参数计算后输出的工作气源Y1；调整气源后西门子定位器接受最小变化量经过PID参数计算后输出的工作气源Y2；当X1>Y1时，大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门可以正常调节；当Y1>X2时，大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门无法稳定在DCS指令附近；当X2>Y2时，大唐黄岛发电厂6号机组启动旁路减压调节门可以正常调节。

图二 （蓝色线代表反馈，红色线代表指令）

四、结束语

自动化设备和自动化控制原理在发电厂中应用越来越广泛，随着科技的进步，越来越多的电力设备会向着智能化和自动化方向发展，我们在以后的工作中要适当地应用建立模型化的思维方式考虑问题，也许你会有不一样的发现。

作者简介：杨长庆（1985—） 大唐黄岛发电有限责任公司设备部 自动装置与控制系统高级工。