专利名称：计算机辅助下汽轮机控制的调整的制作方法
技术领域：
本发明是关于象汽轮机这样的阀门控制设备的自动控制，尤其是汽轮机阀门系统的自动标定方法。其应用涉及转让给本发明同一受让人的美国专利4，811，565。
有许多种类设备和系统，从小的发动机直到整个工厂，它们包括一个由自动调节器控制的阀门系统。发电用汽轮机就是其中一例。一台这样的汽轮机从一台矿物燃料或核反应堆加热的锅炉那儿所接收的蒸汽量是由入口阀门来控制的，它包括节流阀和调节阀。一般，有六到八个调节阀，它们按两种方式之一来运行。在单一阀门或等开度方式中，所有阀门以同样的比率开启，而在顺序方式中，起初是一组阀门开启，然后是有1到3个阀门的较小的阀门组按要求增加的流量依次开启。
设备的正确控制，象一台发电用汽轮机，需要知道阀门的整定和设备或系统的特性之间的对应关系。这样设备的设计者能够以一定的精确度确定阀门的整定和系统特性之间的对应关系，其精确度有赖于设备或系统以及设备使用环境或用途的复杂性。自动调节器中使用反馈回路是一种修正的方法，用来修正阀门整定和系统运行间设计的对应关系与具体工况下的实际运行两者之间的差别。但是，希望安装设备时，要修正或调整到阀门整定和系统特性间原始的对应关系，以便能减少反馈回路所造成的滞后和设备能更快更有效地响应运行参数的变化。
传统上，大多数阀门控制设备的标定，包括发电用汽轮机，要求遵循一个手动程序，来检查具体的阀门整定和这些阀门整定所要求的系统特性间的对应关系。不可避免地，在执行手动程序的方法上存在变化，这取决于谁进标定，而且即使同一个人在一段时间里也有变化，另外，设备或系统越复杂。标定手续消耗的时间越多，而且存在大量变化的机会。
本发明提供一种标定阀门控制设备自动调节器的重现性更好的方法，它还有选择地减少标定阀门控制设备自动调节器时的劳动;本发明提供了一种更精确地标定阀门控制设备自动调节器的方法。
本发明概括地说属于一种标定方法，它根据阀门整定和系统运行水平间的对应关系来标定调节阀控制的系统的自动调节器。所述的方法包括以下几个步骤建立一个系统运行的标定方法;系统运行期间在阀门运行的全程内自动修正阀门整定;修正期间将阀门整定自动维持在对应于预定运行水平的预设值，该阀门整定预设值被维持一段足够长的时间，以便系统真正达到平衡;对于每一个阀门整定的预设值自动测量系统特性;而且根据测得的系统特性和每一个预定的运行水平间的差值，修正阀门整定和运行水平间的对应关系。
对于以等开度和顺序两种方式运行的阀门来说;最好先将系统置于阀门运行的顺序方式来建立标定方式，随后修正阀门整定和顺序方式运行水平间的对应关系，而然后用等开度运行方式的系统重复此方法。修正阀门整定和系统运行间的对应关系，最好按所选择的阀门运行方式就等开度阀门特性和顺序阀门特性之一进行变化来得到。
当上述方法用于蒸汽轮机时，该方法最好包括另外几个步骤建立该系统的正常运行方式;在正常运行方式期间自动记录系统特性;对在正常运行方式期间记录的系统特性进行计算机计算;以及根据计算机计算的结果，调节正负速度调整、兆瓦调整回路增益、复归时间和回路修正范围、脉冲压力回路增益和脉冲压力回路复归时间。
为使本发明容易理解和便于实施，将结合附图，仅举例说明一个较佳实施例于下
图1是表示从操作人员输入的目标需求和指示汽轮机运行工况的反馈信号计算流量需求的方法的方框图。
图2是调节阀控制的总方框图。
图3是图2中的阀门升程控制单元之一的较详细的方框图。
图4是图2中的升程对流量方框和阀门流量跟踪单元的较详细的方框图。
图5是根据本发明的一个较佳实施例，标定汽轮机自动调节器方法的流量图。
图6是交变顺序运行方式的详细方框图。
图7A-7D是图3-5所示的转换特性的曲线图。
阀门控制系统的自动调节器由于与它们所控制的设备密切相关，故在许多方面不同。然而本发明可以用于许多不同型式的自动调节器，为将本发明用于发电用汽轮机，将叙述一个实施例。
汽轮发电机较高等级控制的方框图示于图1。发电机的操作人员在10处输入一个要发的电量(通常以兆瓦计)，作为目标需求，而且还输入一个最初的基准整定值12。在减法器14中目标需求减去基准整定值，然后根据负荷变化率确定18，由限制器16加以限制，保证系统的运行水平不致变化太快。被限制的需求结果加回到加法器20中的基准需求，以产生一个新的基准需求REFDMD＊，它将用于下一个循环。新的基准需求REFDMD＊然后根据测量系统特性所产生的反馈信号要加以修正。第一个反馈信号是汽轮机的转速22。该转速决定了发电机所生产的电能的频率，如所周知，这在每一个国家内是要严格控制的。由于转速从一个国家或地区到另一个国家或地区可以改变，为了满足与发电机相连的电网的需要，转速22要与速度调整24相比较。最后得到的修正系数在加法器26中与REFDMD＊相加。
第二个反馈信号是发电机生产的电功率28的量值指示。如下所述，发电机的最初控制是根据蒸汽流量和压力。于是，由于发电机运行的目的是要发电，目标需求是用电功率来表示的。由于机械能转换成电能时的非线性损失，在加法器32中将兆瓦调整回路修正30与中间基准需求REF1相加，以产生电力需求REF2。
如上所述，最初的控制是根据蒸汽流量和压力。因此，电力需求REF2在34处被转换成脉冲压力整定值PISP。脉冲压力修正38用脉冲压力反馈信号36来产生阀门整定值VSP，该值本身又在40处从KIPS或磅/英寸2(PSI)转换成系统运行的百分数，如图1所示的GVSP。该值在42处根据阀位限制43被限定。限制器42的输出被送至响应于反馈信号PO46的节流压力补偿44。节流压力补偿44的输出，作为流量需求FDEM用于阀门管理控制48。
阀门管理控制48在图2中较详细地示出。在图3，4和5中画出了图2所示方框图的分部详图。图2-4和6的方框(虽然没有参考文献数码)实际上相当于1988年2月5日提交的美国专利4，811，565的图1和3-5中的方框，附于此作为参考。有关系统标定的图2-4和6中所示的阀门调节器部分将在下面描述。关于阀门调节器运行的更详细的资料在上述美国专利中提供。
流量需求FDEM被送到三个整定值调整单元50-52。用阀门试验流量调整单元50根据试验信号54-56，进行各个阀门的试验。阀门试验流量调整单元50不是用来标定的，而是在汽轮机运行时用来试验一个或更多的阀门。在标定方式中，目标需求10根据图5中所示的程序自动改变，如下所述。于是，在标定时使用单一阀门流量调整单元51和顺序阀门流量调整单元52。在任何给定时间(除了正好从一个切换至另一个时)，单元51和52中只有一个起作用，以便分别产生单一流量整定值信号58和顺序流量整定值信号60。这些整定值信号被送至各个阀门升程控制单元62-65。在图2所示的实施例中，有8个汽轮机调节阀。因此也就有8个阀门升程控制单元，其中4个示于图2。阀门升程控制单元62-65提供位置控制信号68-71给伺服单元74-77，而它同样又输出传感位置信号80-83。传感位置信号80-83被送至阀门流量确定单元86-89，以便产生输出而送给阀门流量跟踪计算92，来确定跟踪流量需求94。
调节阀GV1的阀门升程控制单元62的方框图示于图3。在顺序运行方式中，顺序流量整定值信号60在增益/偏压计算单元96中，被乘以增益GI再减去偏压B1，然后被送至顺序阀门特性曲线98。顺序阀门特性曲线98将修正过的顺序阀门流量信号转换成顺序调节的流量信号100。变化率限制选择装置102在顺序阀门方式中选择顺序调节的流量信号100，而在单一阀门方式中选择单一流量整定值号58。变化率限制选择装置102的输出104经过另一个变化率限制选择装置108，被送到流量与升程转换特性曲线106。流量与升程特性曲线106将变化率限制选择装置102的输出104，转换成GVI阀位整定值信号68。根据本发明，可以响应系统特性的测量，按照信号109和110的指示来修正顺序阀门特性曲线98和流量与升程转换特性曲线106。
在图4中给出了方框86-89，92和94的更详细的方框图。在阀门流量确定单元86-89中利用升程与流量特性曲线112和114，将传感位置信号80-83从阀门升程转换成阀门流量。阀门流量确定单元86-89的输出在加法器116中迭加，以产生未节流流量信号118。未节流/节流流量特性曲线120确定的节流系数对未节流流量信号118进行修正，产生跟踪到的流量需求信号94。根据本发明，可以按照曲线修正信号122的指示修改未节流/节流流量特性曲线120。
如图5和6所示，按照本发明，自动阀门控制系统的标定是在123处通过输入标定方式124而开始的。起初，通过产生顺序标定方式信号128，控制变化率限制选择装置130(图6)以在顺序阀门特性曲线98和顺序标定方式特性曲线132间选择，从而使系统置于顺序标定方式126。这就在顺序方式标定期间造成阀门的无重叠度运行。
把系统置于顺序标定方式还包括防止来自信号22，28和36的反馈控制，同时提供响应信号PO46的节流压力补偿44。还有，在顺序标定方式和单一或等开度阀门标定方式期间，锅炉采用跟踪控制，以便在标定过程中与汽轮机的运行配合得更紧密。
一旦完成以上所有的控制整定，就在134处将目标需求10以一定的变化率(例如每分钟5%)从最小负荷渐渐增大至100%或满负载。随着流量增加，流量需求FDEM就在136处与预定的运行水平相比较，例如1/10，1，50，80，90，95，97，98和100%容量。当流量需求与其中一点相等时，就停止朝目标需求增加而且阀门整定就维持(138)在由顺序阀门特性曲线98确定的对应于预定运行水平的预设值，直到系统实际上达到平衡。此时，在140处测量系统特性，包括所发的功率并且目标需求再次增加，直到达到下一个预定运行水平。
在图5所示的流量图中，系统特性在连续测量的情况下被指示，除了正好保持系统以达到平衡。这只是测量系统特性的一个方法。如果需要的数据较少，可以只在平衡点测量系统特性，紧跟步骤138并且当流量不等于测量点时，可以增加流量而无需作任何测量。同样可以在系统达到平衡所用的时间内进行测量，以便可以校验平衡已经达到。
在已经测量过100%容量下的系统特性之后，可以修正顺序阀门特性曲线98，以便更贴切地与到目标需求实际已达到的运行水平相匹配。虽然对于顺序标定方式只示出一个单程通过步骤134，136，138和140。但是可以重复这些步骤，直到几乎不需或不需调整顺序阀门特性曲线。在这种情况下，希望在偶次通过回路期间颠倒目标需求变化的方向。换句话说，在达到100%容量之后，最好以每分钟5%的变化率减少目标需求并维持在每一个预定的测量点。最好，在修正特性曲线132之前将二次通过取平均值。然后就可以把对顺序标定特性曲线132所作的修正画到顺序阀门特性曲线98上。
在确定顺序阀门特性曲线要被适当标定之后，系统在144处置于单一阀门标定方式。为了简化图5所示的测量图，画出判定方框146，表示实质上在单一阀门标定方式中要进行同样的步骤134，136，138，140和142。另外，步骤134和140之间的回路在单一阀门标定方式中最好至少重复二次，就象上面关于顺序阀门标定方式所讨论的。在步骤142中，修正单一阀门特性曲线106(图3)。
在图7A和7C中，示出了在步骤142中修正的各点的例子。顺序阀门标定方式中的流量需求对阀门升程的曲线示于图7A。起初，一组阀门，例如三个阀门，以同等开度提升，并且通过把相应的流量需求与测得的系统特性相比较来检查所示的点QⅠ1-QⅠ7之间的对应关系。然后，以一个或二个成组提升其余阀门，而且如所示的那样测量同样的几个点，从点QⅡ1，QⅢ1和QⅣ1开始测。按照本发明，也给操作人员机会来修正阀门组之间的重叠度，如图7B中的曲线所示。对于单一阀门方式，要进行同样的测量而且要为单一阀门特性曲线102确定点G1-G7，如图7G所示。另外，系统特性的测量在点E1-E4处提供了修正未节流/节流流量特性曲线120(图4)所需的数据，如图7D所示。
回到图5，在完成对特性曲线所有的修正之后，在148处将系统置于正常运行方式。此时或任何别的时候在系统运行期间，例如每六个月，可以测量系统特性以确定图1所示的较高水平的控制是否被正确整定。首先，在150处测量系统特性，然后在152处计算之。最好，将计算处理机(如IBMPC)连到自动调节器上接收系统特性的测量结果，来执行步骤150和152。常规的软件，如可以从伊利诺斯州Lockport的Gerry工程软件公司获得的PROCESSPLUS，可以在IBMPC上实施来优化调节器的特性。别的过程优化软件也是可用的。然而，所有这些，包括PROCESSPLUS，显然最初是用来计算化学过程的控制。
152计算的结果显示给汽轮机的操作人员看，以便使调节154可以进行调整24，兆瓦调整回路修正30，包括增益、复归时间和修正范围，以及脉冲压力修正，包括增益和复归时间。
需要手动步骤的其它标定，使用本发明也就比较容易进行。例如使用软件来控制阀门也可提供从控制盘来修正阀门伺服回路增益和复归时间的能力。同样，阀位传感器的标定，定零位和全程标定，通过提供能与实际位置比较的传感位置的图形显示，就能较容易进行。
本发明的许多特点和优点从具体的说明中可以明显看出，因此其所属的权项就意味着覆盖该方法所有这样的特点和优点，即属于本发明的实际精神和范围。再有，由于许多修改和变化对于擅长这种技术的那些人会容易办到，因此就无需将本发明限于图示的和所述的准确的结构和操作。所以，一切相应的修改和等同物都属于本发明的范围。
附图中所用标码的识别图例标码图号目标需求101基准整定值121负荷变化率确定181每分钟转速221速度调整241兆瓦281兆瓦调整器回修正301将兆瓦转换成磅/英寸234 1脉冲压力修正(PI控制)381将磅/英寸2转换成% 40 1阀位限制431节流压力补偿441PO461阀门控制481阀门试验流量调整501单一阀门流量调整512顺序阀门流量调整522TSTRMP542VLVTST552VLVNOT562单一调节阀流量整定值583
图例标码图号顺序调节阀流量整定值603＃1调节阀阀门升程控制 62 1＃2调节阀阀门升程控制 63 2＃7″ 64 2＃8″ 65 2GV1SP(＃1调节阀整定值) 68 1GV1SP(″)682GV1SP(″)683GV2SP(＃2″) 69 1GV2SP(＃2″) 69 2GV7SP(＃7″) 70 1GV7SP(＃7″) 70 2GV8SP(＃8″) 71 1GV8SP(＃8″) 71 2GV1SERVO(＃1调节阀伺服)742GV2SERVO(＃2″) 75 2GV7SERVO(＃7″) 76 2GV8SERVO(＃8调节阀伺服)772GV1PZ(＃1调节阀传感位置) 80 2GV1PZ(＃1″) 80 2
图例标码图号GV2PZ(＃2调节阀传感位置) 81 2GV7PZ(＃7″) 82 2GV8PZ(＃8″) 83 2GV8PZ(＃8″) 83 4＃1调节阀阀门流量确定 86 2＃2″ 87 2＃7″ 88 2＃8″ 89 2阀门流量跟踪922跟踪到的流量需求942FDMTRAK(跟踪到的流量需求)944G1/B1(增益/偏压)963曲线修正1093曲线修正1103曲线修正1224开始1235输入标定方式1245把系统置于顺序标定方式1265顺序标定方式1286流量＝测量点1365维持流量在预设值直到平衡1385测量系统特性1405修正阀门特性曲线1425
图例标码图号把系统置于单一阀门标定方式1445系统在单一阀门方式1465把系统置于正常运行方式1485测量系统特性1505计算系统特性1525调节速度调整;兆瓦调整回路增益，复归时间和修正范围;和脉冲压力回路增益和复归时间154权利要求
1.一种标定那种用调整调节阀来控制的自动阀门控制系统的方法，取决于阀门整定和系统运行水平之间的关系，所述的方法包括以下几个步骤(a)建立系统运行的标定方式；(b)在系统运行期间，在阀门运行的全范围内自动修正阀门整定；(c)在步骤(b)中所说的修正期间，将阀门整定自动维持在对应预定运行水平的预设值，该阀门整定预设值要维持一段足够长的时间，以便系统实际上达到平衡；(d)对于每一个步骤(c)中所维持的阀门整定预设值，自动测量系统特性；而且获得标定要通过(e)根据步骤(d)中测得的系统特性和每一个预定运行水平之间的差值，修正阀门整定和运行水平之间的关系。
2.如权利要求1中所述的方法，这里，阀门可以等开度方式和顺序方式运行，这里，步骤(a)中所谓的建立，包括起初把系统置于阀门运行的顺序方式，并且进而包括以下步骤(f)为了在阀门运行的顺序方式中调整阀门整定和运行水平之间的对应关系，在完成步骤(b)-(e)之后把系统置于阀门运行的等开度方式;并且(g)在步骤(f)之后，重复步骤(b)-(e)，以便在等开度运行方式中调整阀门整定和运行水平之间的对应关系。
3.如权利要求2中所述的方法，这里步骤(e)中所述的修正包括，根据所选择的阀门运行方式修正等开度阀门特性曲线和顺序阀门特性曲线中的一条。
4.如权利要求2中所述的方法，进而包括步骤(h)，即至少对阀门中的一个修正顺序阀门特性曲线，以便在顺序阀门运行方式中调整阀门的重叠度。
5.如权利要求4中所述的方法，这里该系统包括一台与锅炉相连的汽轮机，而且这里步骤(a)中所谓的建立包括(ai)自动防止反馈控制;(aii)在顺序方式期间自动选择阀门的无重叠度运行;以及(aiii)自动提供节流压力补偿和锅炉跟踪控制。
6.如权利要求2中所述的方法，这里该系统包括一台与锅炉相连的汽轮机，而且这里步骤(a)中所谓的建立包括(ai)自动防止反馈控制;(aii)在顺序方式期间自动选择阀门的无重叠度运行;以及(aiii)自动提供节流压力补偿和锅炉跟踪控制。
7.如权利要求1中所述的方法，进而包括步骤(f)，即对应于阀门整定范围，允许调整至少一个伺服回路增益和复归时间。
8.如权利要求1中所述的方法，这里步骤(b)中所述的修正包括从最小负荷到满负荷再回到最小负荷来改变阀门整定，而且这里进行步骤(e)中所述的修正，要根据步骤(d)中所述从最小负荷变至满负荷期间测得的第一个值和相应的在步骤(d)中所述从满负荷回到最小负荷期间测得的第二个值的平均值。
全文摘要
在自动标定调节阀控制系统的调节器的方法中，调节器置于标定方式，然后在运行的全程内修正阀门整定。在预定的运行水平，阀门整定被维持在预设值，同时测量系统特性。在覆盖阀门运行的全程之后，针对不同的运行方式进行调整，例如单一阀门和顺序阀门方式，以便对阀门特性曲线作些改变。其它控制参数可以在正常运行期间，通过计算系统特性来作调整。
文档编号F01K7/16GK1039910SQ8910609
公开日1990年2月21日 申请日期1989年7月24日 优先权日1988年7月25日
发明者爱德华·Y·黄, 堤莫斯·D·托马斯 申请人:西屋电气公司