火電機組有一項重要的考核就是自動投入率，為保證機組自動化程度，減少人為原因造成的操作失準，同時也為了減少運行人員的勞動強度。我們這里說的自動，主要是PID自動，包括水位調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、負荷調(diào)節(jié)等等。只有各項自動投入，才能保證CCS等大的控制系統(tǒng)正常。

對于大型燃煤機組來講，PID自動只要沒有大的故障，基本都可以實現(xiàn)滿投，除了極個別的自動存在問題以外，大多數(shù)的PID調(diào)節(jié)還是相對正常的。由于這是一種常態(tài)，所以我在與部分同行交流過程中，他們不理解自動為何投入不了。

影響PID自動投入率的原因有很多，如果從自動的三要素被調(diào)量、執(zhí)行機構(gòu)和PID參數(shù)三個方面來看，影響最大往往是被調(diào)量，影響最頻繁的是PID參數(shù)，造成事故最多的是執(zhí)行機構(gòu)。以亞臨界機組的汽包水位調(diào)節(jié)來講，被調(diào)量是汽包水位，機組負荷穩(wěn)定的情況下，水位波動不會很大，即便此時PID 參數(shù)整定的有點滯后或者超調(diào)，都不會造成太大影響。

可一旦負荷不穩(wěn)，出現(xiàn)異常情況，水位波動也會很大。盡管此時PID參數(shù)合理，自動能夠迅速拉回穩(wěn)態(tài)，過程也會驚心動魄。造成這個問題的主要原因是PID自動其實也是一種受限制的調(diào)節(jié)，甚至可以理解為是一種合理范圍內(nèi)的微調(diào)。在相對穩(wěn)定的工況下，PID自動確實可以發(fā)揮出一些優(yōu)勢，但當工況變化超過了一定的閾值，PID自動有時有會力不從心。

因此，在很多時候PID自動都會設(shè)置一些自動解除的條件，就是為了避免特殊情況下PID調(diào)節(jié)器不合理的動作。有人會說，我把自動的調(diào)節(jié)能力增強，那么就可以應(yīng)付這種極端情況。當然可以，但是一旦調(diào)節(jié)能力增強，比如增強比例作用，就會出現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)時超調(diào)的現(xiàn)象。對于一套工藝系統(tǒng)，工況超出閾值只是特例，PID要做的是大多數(shù)時間的調(diào)節(jié)及時和穩(wěn)定。

對于PID調(diào)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)，如汽包水位調(diào)節(jié)閥，一旦出現(xiàn)故障，那么PID自動就會出現(xiàn)失控。我們遇到的汽包水位保護動作，很多是因為水位調(diào)節(jié)閥或者變頻器故障。PID參數(shù)整定不合理以及負荷工況的異常極少會造成保護動作，但是執(zhí)行機構(gòu)故障卻極大概率會。目前一些機組水位調(diào)節(jié)用調(diào)節(jié)閥，有一些用變頻給水泵，一些大機組用汽泵，無論是哪一種執(zhí)行機構(gòu)，故障后出問題的概率是極大的。

之前寫過很多關(guān)于PID 調(diào)節(jié)的文章，也錄制過很多的視頻。

這些文章大多是我在工作中的一些總結(jié)，算是經(jīng)驗之談，因此難免會有個人偏見和認知不足在里面。一個控制工程師，理解并掌握PID調(diào)節(jié)是基本的生存手段。模擬量控制是控制學(xué)的高端，而PID調(diào)節(jié)是置身高端的明珠。很多的同行，對于PID調(diào)節(jié)的定義、原理滾瓜爛熟，一旦實操就會漏洞百出，根本原因是沒有真正理解PID調(diào)節(jié)，也缺乏實操經(jīng)驗。

要理解PID調(diào)節(jié)的本質(zhì)，就要知道自動調(diào)節(jié)的目的是什么？之前在一個項目做技術(shù)服務(wù)的時候，一位廠領(lǐng)導(dǎo)跑到工程師站大吼一句，所有的自動必須全部投入。我去現(xiàn)場看了一下，想必是做控制系統(tǒng)的工程師也不是很懂專業(yè)，因此所有的模擬量調(diào)節(jié)閥都增加了PID控制，比如汽包水位就同時做了給水泵變頻PID和調(diào)節(jié)閥PID。

這就出現(xiàn)了一個問題，如果兩個自動都投入，那么汽包水位將接受兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，好比一名士兵既要聽自己班長的指揮還要聽組長的指揮。如果班組長的政令一致，時間同步，那么這個士兵執(zhí)行或許也不會出錯。但是對于汽包水位這種模擬量調(diào)節(jié)，兩套執(zhí)行機構(gòu)輸出指令難免會出現(xiàn)偏差，為了彌補這種偏差，兩套執(zhí)行機構(gòu)就會陷入到不斷的調(diào)整當中。

以前我們說過，一套合格的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅要保證被調(diào)量的穩(wěn)定，還要保證執(zhí)行機構(gòu)不會出現(xiàn)頻繁動作。執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作，或許會保證被調(diào)量穩(wěn)定，但是很大程度上也會對執(zhí)行機構(gòu)造成損害。我們要追求的是，用最小的代價，換取一個系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。這種穩(wěn)態(tài)不僅指被調(diào)量，當然還包括執(zhí)行機構(gòu)。

因此，前面的例子，廠領(lǐng)導(dǎo)要求所有自動投入，顯然是一種為了投自動而投自動的行為，忽略了自動投入的根本目的。當然他的出發(fā)點可能是好的，認為自動投入了，機組會更穩(wěn)定。如果一個PID自動投入后系統(tǒng)變的異常紊亂，那么這種自動不投也罷。但是為了提高調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，這種情況要認真分析原因，解決根本問題。

回到前面說的話題，對于燃煤機組來講，PID自動投入率問題不大，出現(xiàn)問題往往也是個別情況。因為燃煤機組的負荷是相對穩(wěn)定的，很少出現(xiàn)負荷參數(shù)的大范圍波動。燃煤熱值往往也不會出現(xiàn)大范圍的波動，因此燃燒工況也相對穩(wěn)定。這也就不難理解個別大機組的同行不理解怎么可能出現(xiàn)自動不能投入的情況。

由于機組本身的特性維持了系統(tǒng)的穩(wěn)定，有時甚至?xí)谏wPID參數(shù)整定的不合理。因為PID調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，機組負荷穩(wěn)定的情況下，大的偏差出現(xiàn)的幾率就減少，以至于PID參數(shù)無論如何整定，只要正反作用不搞反，看上去總是歲月靜好。

我遇到過因為PID參數(shù)設(shè)置不合理造成自動無法投入的情況，甚至自動的正反作用也會弄錯，屬于工作人員個人技術(shù)問題。但是對于一些特殊機組，比如生物質(zhì)發(fā)電機組，包括垃圾發(fā)電和農(nóng)林廢棄物發(fā)電，PID自動投入率就很難保證。主要原因不在于PID調(diào)節(jié)器本身，也不在于執(zhí)行機構(gòu)，而是這種類型的機組由于燃料熱值不穩(wěn)定，造成機組燃燒工況變化較大，在燃煤機組中的特殊或者極端情況，在這種類型機組中屬于平常情況。

有同行說我們家生物質(zhì)機組水位調(diào)節(jié)和減溫水調(diào)節(jié)自動投入很正常，我也看了他們的實際情況，自動的確在投入狀態(tài)，但正常就談不上了。雖然自動投入了，但是執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)很頻繁而且調(diào)整幅度很大，水位維持的也不是很好。他是把調(diào)節(jié)器的作用放到了最大，因此就出現(xiàn)了減溫水調(diào)節(jié)閥總是全開全關(guān)的情況。雖然自動是投入狀態(tài)，但是從自動調(diào)節(jié)“站的穩(wěn)、鎮(zhèn)得住”的角度，就是失敗的。這種情況，無論是在鏈條爐、循環(huán)流化床還是水冷振動爐排，都是存在的。

PID自動調(diào)節(jié)對于一個系統(tǒng)來講，是一種理想調(diào)節(jié)。比如我們火電機組的水位調(diào)節(jié)，除了PID調(diào)節(jié)器、水位、蒸汽流量、執(zhí)行機構(gòu)等參與以外，還存在很多其它的外擾，比如燃燒工況的突變、儀表測量的誤差、執(zhí)行機構(gòu)的線性變化等，這些外擾不斷疊加，最終都會影響調(diào)節(jié)的精度，并決定調(diào)節(jié)的成敗。

對于水位調(diào)節(jié)這種相對單一的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或許外擾的問題可以降到最低甚至避免。但對于大的系統(tǒng)來講，比如鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)，會牽涉到風(fēng)、水、煤等很多因素，是很多個PID自動的組合，牽涉其中的外擾更多更復(fù)雜。這樣的系統(tǒng)想要提高調(diào)節(jié)的精度，就需要考慮一些新的技術(shù)和手段。

我在做一個生物質(zhì)爐排調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時候，嘗試引入了“大數(shù)據(jù)”的概念，希望能夠分類出不同燃燒工況下爐排振動的頻率和周期，從而建立起一個調(diào)節(jié)模型。但由于PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的運算能力有限，而數(shù)據(jù)的采集也不是人工調(diào)幾條曲線就可以得出的，最后模型雖然搭起了框架，最終也沒能實現(xiàn)。

但我想這給大型工業(yè)控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)提供了一個方向，可以很大程度上實現(xiàn)跟高程度的自動化調(diào)節(jié)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進步，工業(yè)控制+互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)處理模式已經(jīng)上線，對于火力發(fā)電機組這種復(fù)雜的離散型控制系統(tǒng)來講，雖然尚未有很好的案例，大家目前的認知里可能也沒有必要。但是，在節(jié)能降耗的大前提下，工業(yè)控制系統(tǒng)需要一種更加優(yōu)秀的處理手段。

雖然目前大數(shù)據(jù)的手段看上去還是天方夜譚，看上去沒那么必要，看上去有些雞肋。但就像DCS系統(tǒng)發(fā)展的早期階段，看上去也不是那么不可或缺，但到了現(xiàn)在，或許你還說不上哪里好，但就是不能少！

2023年2月18日 于上海！