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1、UMC800 控制器在煤气混压站中的应用 陈兴莉 陈兴莉女士，新钢钒股份有限公司攀钢动力厂燃气车间助理工程师。 关键词：UMC 控制器 解耦 串级调节 前馈补偿 滞后 Smith 预估补偿器 攀钢烂枣马煤气加压站将高炉煤气(BFG)与焦炉煤气(CFG)按一定比例混和后，经加压机加压送至攀钢东部片区用户。由于生产线工况不稳而造成用量大幅度频繁波动， 同时由于气源管网方面状况较差， 高炉煤气压力波动范围 310kPa，焦炉煤气压力波动范围 1.56.5kPa， 仅靠仪表调节产生震荡， 无法通过人工调节。经常出现长时间低压，造成混压困难，甚至造成高炉煤气蝶阀关闭、机前负压的险兆。 本文介绍一种小型
2、DCS 控制器在混合煤气热值控制系统中的应用， 解决了混合煤气热值控制的难题，在使用过程中取得了较好效果。 控制系统工艺流程(如图 1)： 高炉煤气经头道翻板阀调节高煤支管压力， 高煤二道翻板阀调节混和煤气压力(机前压力)，焦炉煤气头道翻板阀调节焦煤支管压力，焦煤二道翻板阀调节焦煤支管流量，进行高/焦煤气的配比及热值串级控制。 一一 控制系统组成控制系统组成 控制系统如图 2，采用 Honeywell UMC800 控制器作为下位机，上位机为研华工控机， 两者通过 RS-232(UMC800 组态程序 Download/Upload)和 RS-485(数据通信)串口相连接。 UMC800 是小
3、型模块化 DCS 控制器， 具有丰富模拟和数字控制算法， 可完成数据采集和 PID 控制等功能，控制组态软件是 LeaderLine Control Builder。上位机对工艺过程进行监视和控制，监控软件为美国 TA 公司 AIMAX V4.2 软件。打印机用于打印参数报表、报警清单等。 由于控制系统是一个连续工作系统，为保证系统运行可靠性，在 UMC800 控制器输出端增加后备手动操作单元(KMM 调节器)，当 UMC800 控制器故障时，可自动切换到后备手动操作单元进行调节。 二二 热值检测滞后问题热值检测滞后问题 混合煤气热值是用气体热值指数仪进行检测，它将一定量混合煤气，先经过洗涤净
4、化，冷却除去杂质，在燃烧室中与一定量空气混合后燃烧，通过测量燃烧室进出口温差，用微机进行数据运算和处理，最后测量出混合煤气热值。 从热值指数仪工作原理可看出，混合煤气热值测量存在严重滞后，应对此进行补偿，否则调节系统将出现很大超调，热值波动很大，控制系统动态品质极差。对于纯滞后系统，一般采用 Smith 预估补偿法进行补偿，其原理如图 3。 虚框内为 Smith 预估补偿器 Gk(s)，Gc(s)为调节器的传递函数，Go(s)为广义对象的传递函数，近似为一阶惯性环节1TKoS+。 补偿前系统闭环传递函数为： s-ococr(s)e(s)GG1(s)(s)GG) s (HH(s)+= 采用Smi
5、th预估补偿器补偿后系统闭环传递函数为： s-ockcocr(s)e(s)GG(s)(s)GG1(s)(s)GG) s (HH(s)+= 令GK(s)=(1-e-ts)GO(s) =(1-e-ts) 1TKoS+ 则系统闭环传递函数为： (s)(s)GG1(s)(s)GG) s (HH(s)ococr+= 可见，经补偿后，系统闭环特征方程中已不含e-ts项，可完全消除滞后对系统动态性能影响。补偿器Gk(s)的算法在UMC800控制器中调用相应标准控制算法即可实现。参数K、T0、为经验值，在调试过程中反复试凑，最后得到K=2，T0=1.5s，=20s。 从理论上说，采用Smith补偿器补偿后系统
6、动态品质能得到显著提高。但该方法对广义对象动态特性(传递函数)精确度要求较高，即须保证广义对象传递函 数1TKoS+的准确，而广义对象数学模型又难以准确获得，因此直接应用效果并不 佳。 本控制系统核心是使混合煤气热值稳定，减小波动。为此采用热值串级调节和BFG/CFG流量配比调节相结合的调节方式， 如图4。 热值调节器输出作为焦炉煤气流量调节器设定值，副环(流量调节)起“粗调”作用，克服副环内扰动，主环(热值调节)起“细调”作用，最终使混合煤气热值稳定。由于热值检测的滞后，如直接将主环(热值调节)输出作为副环(流量调节)的设定，系统超调将会很大，造成调节阀频繁动作，混合煤气热值波动很大，系统调
7、节品质不佳。 因BFG流量可检测，所以在热值调节器与流量调节器间增加一个加法器A，将BFG流量乘配比系数(Ratio)，即CFG流量配比给定值乘系数(80%)后的值F1，与热值调节器输出值乘系数(20%)后的值H0相加，得到Fr，作为CFG流量调节器的设定值(即Fr=F1+H0)，这样可减少调节阀的频繁动作，系统控制品质提高了，混合煤气热值更加稳定。 三三 结语结语 混合煤气热值控制系统采用小型DCS控制器进行自动控制， 比采用常规仪表进行控制，操作更方便、直观，减小操作工人劳动强度，当DCS控制器出现故障时，系统能自动切换到后备手动操作状态进行调节。同时，运用UMC800控制器内的标准控制算法，对系统存在的耦合现象进行静态解耦，对热值检测滞后进行动态补偿，消除它们对控制的不利影响，使整个控制系统的静态性能和动态品质都得到改善，高炉煤气和焦炉煤气本管压力、流量波动减小。通过热值串级/配比调节，混合煤气热值稳定，波动较小(50kcal)。系统自2000年8月投运以来，运行可靠，达到预期控制效果。 （全文完） 来源： 世界仪表与自动化 出版日期：2004年9月
