热工DCS系统逻辑中应当避免的那些问题（二）

之前我更新过一篇文章《热工DCS系统逻辑中应当避免的那些问题（一）》，在这篇文章中主要是针对DCS逻辑测点的一些设置和基本的运算展开的，提到了三个问题，点的基本信息设置错误、点的品质判断信息设置错误、延时时间、脉冲时间、上升沿、下降沿等设置错误。

这三个问题在日常的逻辑编写过程中经常会犯错，比如延时和脉冲分不清的情况，虽然看上去不是多大的技术难题，一旦出现错误就会造成很大麻烦。我一直认为真正的难题都是有各种保险措施可以预防的，我们日常所犯的错误回头盘点的时候都是小问题。

之前工作过程中我就犯过类似错误。有一次在整定某个自动的PID参数的时候，和利时的比例参数因为设置值是在分母上，且在公式中分子扩大了100倍，因此设置的比例参数往往都是大于100的数值。有一次我在整定参数过程中，少输入了一个0，造成了比例作用扩大了10倍。

幸亏当时反应够快，立刻解掉自动，在手动模式下降调节阀恢复到原位，然后重新修改参数后投入自动。PID参数整定当然是一个技术难题，但是单纯的去设定一个PID参数并没有什么难度。但是，日常工作中我们对于一些技术难题往往都会深入探索，但是对于一些小的问题，总是因为重视不够造成问题。

这里就引出了今天要说的第一个问题。

问题一：手动设定的参数务必增加限幅和速率限制。

组态DCS逻辑过程中，热控工程师必须站在一个普通人的角度去思考逻辑的前后关系。什么是普通人？就是会犯低级错误的人。所以，我们组态一个手动输入的变量，就要考虑到运行人员在输入过程中会不会出现手误，会不会输错数量级，所以我们就需要增加一些幅值的限制。

比如汽包水位设定，正常水位一般在0位线上下波动不能超过50mm，而我们的设定值一般就在0位线附近，那么对于水位设定值就要增加一个限制，这样可以有效避免运行人员输错造成的事故。

再比如汽轮机转速的目标值，我们知道在机组冲转过程中目标值会分解成给定值，然后转换成调门的开度指令，作用到调门上。如果目标值设置错误，比如设定到了临界转速范围内，那么就可能会造成不必要的麻烦。所以对于汽轮机转速目标值，除了设定幅值以外，还有避开临界转速区。

此外，速率限制在逻辑关系中也起到了非常大的作用。还是以汽轮机转速目标值为例，我们在冲转过程中，往往还需要设定升速率，一般情况下升速率的大小是由厂商提供建议，尤其是临界区的升速率对汽轮机的安全非常重要。大部分的DEH逻辑常规区间的升速率可以运行人员手动设置，临界区都是自动跳转。

我对比了一下，有一些厂商的DEH逻辑中，常规区间的升速率是保持不变的。但是也有一些厂商的DEH逻辑更加友好，当实际转速接近目标转速时，升速率会按照一定的曲线逐步减小。这样的设计其实是利用升速率的变化曲线给转速调节增加了一个微分作用，可以保证升速过程中机组运行更加稳定。

手动设定值的幅值限制和速率限制在DCS逻辑中起到了非常大的作用，虽然是一些细节上的问题，但的确可以给机组的稳定运行带来不小的帮助。

问题二：PID的正反作用要弄清。

只要讨论热控逻辑就会讨论到PID调节，PID调节是电厂控制中避不开的话题。所以在之前的文章中我反复强调PID的重要性，也通过不同的方式给大家讲解PID的知识。

我们遇到的PID调节主要有两种，一种是单冲量的，一种是串级调节的。说白了就是一种是一个PID模块的，一种是两个连接在一起，然后主调的输出作为副调的设定，这样来完成模拟量系统的调节。、

引入串级调节的原因是影响系统运行的不止一个参数，或者反应系统运行状态的不止一个参数，所以需要将两个甚至是三个参数结合起来，于是就有了串级调节。比如汽包的给水自动，被调量是水位当然没问题，但是影响水位的还有蒸汽流量和给水流量，尤其是水位的变化会有一定的延时，而蒸汽流量的变化可以直接反应机组负荷的变化。因此，我们将蒸汽流量引入到PID调节中作为前馈，以达到提前调节的目的。

在PID逻辑组态过程中，我们必须要弄清楚的一个问题是PID的正反作用。什么是PID的正反作用，就是被调量或者过程量与设定值之间的偏差变化趋势与调节器的输出量变化趋势之间的相互关系，当偏差增大时，需要调节器增大输出，那么就是正作用；当偏差减小时，需要调节器增大输出，那么就是反作用。

比如我们使用引风机进行炉膛负压的控制。

当负压数值增大的时候，此时负压实际上变小，PV与SP之间的偏差就会变大，而我们为了维持负压，需要引风机增大指令，因此，PID的OUT端输出也要增大。反之也是如此，因此炉膛的负压调节是一个正作用。

比较难判断的是串级调节，还是以给水的串级调节为例。

很多人都知道串级调节的两个PID都是反作用，但是很多人搞不清楚为何是反作用。我们对PID正反作用定义的时候说了，作用的方向与过程值和实际所需要的PID输出为基准进行判断。

先说副调的PID，给水流量是过程值，主调的输出是副调的设定。我们假设SP一定，那么当给水流量增大的时候，PV与SP的偏差增大，系统为了维持水位的稳定，势必要减小主给水调节阀的开度，因此需要副调PID的输出减小。因此，过程值和实际所需要的PID输出相反，因此副调PID是反作用。

设定好了副调PID的方向，我们再看主调PID。还是假设汽包水位设定值一定，那么当PV项汽包水位增大的时候，PV与SP的偏差增大，假如主调PID的输出是正作用，那么副调PID的SP项就会增大，副调PV与SP的偏差减小，而副调是反作用，所以会导致主给水调节阀的开度增大，此时水位会继续增大，不符合我们降低水位的目标。

因此主调PID也是反作用。当水位升高的时候，PID输出会减小，此时副调PV与SP偏差增大，主给水调节阀关小开度。

这就是PID方向判断的一个过程，如果方向弄反，那么无论怎么整定PID参数，都不会保证系统的稳定。

未完待续~~~

2023年2月26日 于上海！