[發明專利]一種火電機組模擬量滯后控制裝置及方法

在審

• 申請號: 202010582249.3
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111610718A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 李曉博;宋美艷;田爽;李亞都;常威武;趙江明;呂永濤
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種火電機組模擬量滯后控制裝置，其特征在于：包括第一模擬量輸入端子板(1)、第二模擬量輸入端子板(2)、第一模擬量輸入模件(3)、第二模擬量輸入模件(4)、第一模擬量輸出端子板(5)、第二模擬量輸出端子板(6)、第一模擬量輸出模件(7)、第二模擬量輸出模件(8)和控制器(9)；第一模擬量輸入端子板(1)和第一模擬量輸入模件(3)通過標準的DB37線連接；第二模擬量輸入端子板(2)和第二模擬量輸入模件(4)通過標準的DB37線連接；第一模擬量輸出端子板(5)和第一模擬量輸出模件(7)通過標準的DB37線連接；第二模擬量輸出端子板(6)和第二模擬量輸出模件(8)通過標準的DB37線連接；第一模擬量輸入模件(3)、第二模擬量輸入模件(4)、第一模擬量輸出模件(7)和第二模擬量輸出模件(8)與控制器(9)通過CAN總線連接，控制器(9)在CAN總線上有最低的物理地址，控制器(9)的優先級最高。

2.根據權利要求1所述的一種火電機組模擬量滯后控制裝置，其特征在于：所述第一模擬量輸入端子板(1)和第二模擬量輸入端子板(2)的模擬量輸入通道分別接入來自測量對象的模擬量測量值Q1和Q2；為模擬量滯后控制裝置運算后輸出的模擬量P1和T1分別通過第一模擬量輸出端子板(5)和第二模擬量輸出端子板(6)輸出。

3.根據權利要求1所述的一種火電機組模擬量滯后控制裝置，其特征在于：所述第一模擬量輸入端子板(1)和第二模擬量輸入端子板(2)分別包含一個端子板輸入通道；第一模擬量輸入模件(3)和第二模擬量輸入模件(4)分別包含一個模擬量輸入通道。

4.根據權利要求1所述的一種火電機組模擬量滯后控制裝置，其特征在于：所述第一模擬量輸出端子板(5)和第二模擬量輸出端子板(6)分別包含一個端子板輸出通道；第一模擬量輸出模件(7)和第二模擬量輸出模件(8)分別包含一個模擬量輸出通道。

5.權利要求1至4任一項所述的火電機組模擬量滯后控制裝置的工作方法，其特征在于：具體方法如下：

第一模擬量輸入端子板(1)通過采集測量對象的模擬量信號Q1，第二模擬量輸入端子板(2)通過采集測量對象的模擬量信號Q2，第一模擬量輸入模件(3)把從第一模擬量輸入端子板(1)采集的模擬量信號轉換成數字信號發送給控制器(9)，第二模擬量輸入模件(4)把從第二模擬量輸入端子板(2)采集的模擬量信號轉換成數字信號發送給控制器(9)；控制器(9)中進行模擬量滯后控制運算，運算結束后，控制器將兩路輸出模擬量通過CAN總線分別發送給第一模擬量輸出模件(7)和第二模擬量輸出模件(8)，第一模擬量輸出模件(7)和第二模擬量輸出模件(8)將數字信號轉換成4-20mA的模擬量信號分別發送給第一模擬量輸出端子板5)和第二模擬量輸出端子板(6)，第一模擬量輸出端子板(5)和第二模擬量輸出端子板(6)將該輸出模擬量信號送給外部系統；

上述所述模擬量滯后控制運算方法如下，

模擬量滯后控制的輸入包括：輸入工作模式ASI、第一路輸入模擬量AI1、第二路輸入模擬量AI2、第一路補償選項SE1、第二路補償選項SE2、第一路延遲時間DeT1和第二路延遲時間DeT2；輸出包括：輸出工作模式ASO、第一路輸出模擬量AO1、第二路輸出模擬量AO2、第一路實際延遲時間ADeT1、第二路實際延遲時間ADeT2、第一路補償時間DT1和第二路補償時間DT2；第一路延遲時間DeT1，單位為毫秒，表示第一路輸入模擬量AI1延遲輸出的絕對時間，第二路延遲時間DeT2，單位為毫秒，表示第二路輸入模擬量AI2延遲輸出的絕對時間；

模擬量滯后控制包括如下參數：運算周期T、計算次數N、第一數組A1、第二數組A2、輸出高限值AOmax、輸出低限值AOmin、上一個運算周期輸出值AO1Last和AO2Last、第一輸出變化率R1和第二輸出變化率R2、滯后目標周期數TN以及第一輸出偏置B1和第二輸出偏置B2；

運算周期T表示模擬量滯后控制從本次計算開始時刻到下次計算開始時刻間隔的時間；計算次數N表示模擬量滯后控制累計的運算周期數；第一數組A1和第二數組A2有相同的長度，長度值為1001，容納1001個元素，記作A1[1001]和A2[1001]，定義四個全局索引變量r1，f1，r2,f2，其取值范圍均為0,1，…,i,…,1000，表示訪問第一數組A1和第二數組A2的下標索引；輸出高限值AOmax，表示第一路輸出模擬量AO1和第二路輸出模擬量AO2輸出的最大值；輸出低限值AOmin,表示第一路輸出模擬量AO1和第二路輸出模擬量AO2輸出的最小值；AO1Last表示上一個運算周期第一路輸出模擬量AO1的輸出值，AO2Last表示上一個運算周期第二路輸出模擬量AO2的輸出值；第一輸出變化率R1，表示第一路輸出模擬量AO1相對于上一個運算周期的輸出值AO1Last的變化率；第二輸出變化率R2，表示第二路輸出模擬量AO2相對于上一個運算周期的輸出值AO2Last的變化率，輸出變化率的計算公式如下：

R1＝∣AO1-AO1Last∣/AO1Last；

R2＝∣AO2-AO2Last∣/AO2Last；

其中∣∣表示絕對值運算，/表示除法運算；

AI1[1],AI1[2],…,AI1[i],…,AI1[1000]表示第一路輸入模擬量AI1的每一個數據項的值，AI2[1],AI2[2],…,AI2[i],…,AI2[1000]分別表示第二路輸入模擬量AI2的每一個數據項的值，其中i的取值范圍為1到1000；

模擬量滯后控制依據第一路輸入模擬量AI1和第二路輸入模擬量AI2的關系分為兩種工作模式：同步模式和異步模式同步模式采用0表示，異步模式采用1表示；模擬量滯后控制的工作模式取決于輸入工作模式ASI，當ASI＝0時，表示模擬量滯后控制工作在同步模式，當ASI＝1時，表示模擬量滯后控制工作在異步模式；模擬量滯后控制的輸出工作模式ASO跟蹤輸入工作模式ASI，即ASO＝ASI；

輸入工作模式ASI和輸出工作模式ASO用于模擬量滯后控制的級聯，當一個或者多個模擬量滯后控制級聯工作時，所有后續的模擬量滯后控制的工作模式跟蹤其前一個模擬量滯后控制的工作模式；全局索引變量f1＝r1＝1；

每個運算周期依據如下方法進行運算:

判斷第一路補償選項SE1和第二路補償選項SE2，當SE1＝1時，表示補償計算打開，在設置的延遲時間沒有到的時刻，第一路輸出模擬量AO1立即輸出第一路輸入模擬量AI1的值；當第一路補償選項SE1輸入為0時，表示補償計算關閉，在設置的延遲時間沒有到的時刻，第一路輸出模擬量AO1輸出為0，第一路補償選項SE1默認為0；當SE2＝1時，表示補償計算打開，在設置的延遲時間沒有到的時刻，第二路輸出模擬量AO2立即輸出第二路輸入模擬量AI2的值；當第二路補償選項SE2輸入為0時，表示補償計算關閉，在設置的延遲時間沒有到的時刻，第二路輸出模擬量AO2輸出為0，第二路補償選項SE2默認為0；

判斷模擬量滯后控制的工作模式，根據工作模式按照對應的方法計算輸出：

1、同步模式

當ASI＝0時，模擬量滯后控制工作在同步模式；同步模式下第二路延遲時間DeT2無效，不參與運算，第一路輸入模擬量AI1和第二路輸入模擬量AI2的滯后時間相同；

首先按照如下公式計算出模擬量滯后控制的需要延遲輸出的目標周期數TN：TN＝DeT1/T；

當TN≤1000，且(r1+1)％TN≠f1時，A1[r1]＝AI1,A2[r1]＝AI2,r1＝(r1+1)％TN,AO1＝AI1[f1],AO2＝A2[f1],ADeT2＝0,DT2＝0,f1＝(f1+1)％TN，ADeT1＝T×∣r1-f1∣；DT1＝T×(TN-∣r1-f1∣)；

當TN≤1000,且(r1+1)％TN＝＝f1時,A1[r1]＝AI1,A2[r1]＝AI2，r1＝(r1+1)％TN,AO1＝A1[f1],AO2＝A2[f1],f1＝(f1+1)％TN，ADeT1＝T×TN,DT1＝0,ADeT2＝0,DT2＝0；

當TN1000,且(r1+1)％1000≠f1時,A1[r1]＝AI1,A2[r1]＝AI2,r1＝(r1+1)％1000,AO1＝AI1[f1],AO2＝A2[f1]，f1＝(f1+1)％1000，ADeT1＝T×∣r1-f1∣；DT1＝T×(TN-∣r1-f1∣),ADeT2＝0,DT2＝0；

當TN1000，且(r1+1)％1000＝＝f1時，A1[r1]＝AI1，A2[r1]＝AI2，r1＝(r1+1)％1000，AO1＝A1[f1]，AO2＝A2[f1]，f1＝(f1+1)％1000，ADeT1＝T×1000,ADeT2＝0；DT1＝T×(TN-1000),DT2＝0；

％表示取余操作；

2、異步模式

當ASI＝1時，模擬量滯后控制工作在異步模式，第一路輸入模擬量AI1和第二路輸入模擬量AI2的獨立進行滯后輸出計算，計算方法如下：

當TN≤1000，且(r1+1)％TN≠f1時，A1[r1]＝AI1,r1＝(r1+1)％TN，AO1＝AI1[f1],f1＝(f1+1)％TN,ADeT1＝T×∣r1-f1∣；DT1＝T×(TN-∣r1-f1∣)；

當TN≤1000，且(r2+1)％TN≠f2時，A2[r2]＝AI2,r2＝(r2+1)％TN，AO2＝A2[f2]，f2＝(f2+1)％TN,ADeT2＝T×∣r2-f2∣；DT2＝T×(TN-∣r2-f2∣)；

當TN≤1000，且(r1+1)％TN＝＝f1時，A1[r1]＝AI1，r1＝(r1+1)％TN，AO1＝A1[f1]，f1＝(f1+1)％TN，ADeT1＝T×TN,DT1＝0；

當TN≤1000，且(r2+1)％TN＝＝f2時，A2[r2]＝AI2，r2＝(r2+1)％TN，AO2＝A2[f2]，f2＝(f2+1)％TN，ADet2＝T×TN；DT2＝0；

當TN1000,且(r1+1)％1000≠f1時,A1[r1]＝AI1,A2[r2]＝AI2,r1＝(r1+1)％1000,r2＝(r2+1)％1000,AO1＝AI1[f1],AO2＝A2[f2],f2＝(f2+1)％1000,ADeT1＝T×∣r1-f1∣,DT1＝T×(TN-∣r1-f1∣),ADeT2＝T×∣r2-f2∣,DT2＝T×(TN-∣r2-f2∣)；

當TN1000，且(r1+1)％1000＝＝f1時，A1[r1]＝AI1，A2[r1]＝AI2，r1＝(r1+1)％1000，AO1＝A1[f1]，AO2＝A2[f2]，f1＝(f1+1)％1000，ADeT1＝T×1000,ADet2＝T×1000；DT1＝T×(TN-1000),DT2＝T×(TN-1000)；

第一路輸出模擬量AO1和第二路輸出模擬量AO2計算完成后，需按照如下約束條件判斷并計算第一路輸出模擬量AO1和第二路輸出模擬量AO2的輸出值：

若∣AO1-AO1Last∣/AO1LastR1,則AO1＝AO1Last+AO1Last*R；

若∣AO2-AO2Last∣/AO2LastR2,則AO2＝AO2Last+AO2Last*R；

第一路輸出模擬量AO1和第二路輸出模擬量AO2同時受到輸出高限值AOmax和輸出低限值AOmin的約束:若AO1AOmax時，AO1＝AOmax，若AO1AOmin,AO1＝AOmin；

若AO2AOmax時，AO2＝AOmax，若AO2AOmin,AO2＝AOmin。