一般來說，火電廠高加和低加系統都采用單回路調節(jié)，通常選用單回路PID調節(jié)器。在不考慮系統耦合的情況下，它們是火電廠最簡單的自動調節(jié)系統了。調節(jié)原理框圖如1所示。
圖1 單回路調節(jié)原理框圖
20世紀90年代以前，國內的調節(jié)系統都采用單元組合式儀表，也就是說有比例調節(jié)器，有積分調節(jié)器。如果使用無差調節(jié)的話，需要使用兩個調節(jié)器：比例和積分調節(jié)器。這種情況下，盡可能使用少的調節(jié)功能就比較重要。一方面節(jié)省了費用，另一方面節(jié)省了寶貴的空間-當時幾乎所有控制測量設備都很龐大，控制間一般都比較擁擠。所以這個時候，高低加調節(jié)系統都采用純比例調節(jié)。也有的電廠感覺高加系統更加重要，就把高加系統也加上了積分調節(jié)器。
20世紀90年代左右，國內引進了組件式控制系統，叫MZ-Ⅲ型組件控制系統。目前許多教科書在講述自動調節(jié)系統的時候，還大量用MZ-Ⅲ作為基礎來講述控制策略。
這個系統的調節(jié)器功能多了，既有單獨的比例、積分、微分調節(jié)器，又有組合了比例積分、比例微分、比例積分微分的調節(jié)器，可以不用過多考慮空間限制了?？墒窃摻M件故障率較高，即使是多功能調節(jié)器，也是把比例、積分、微分三種功能疊加到一個調節(jié)器內部，所以故障率還是有的，購買成本還是偏高的。所以當時也有純比例調節(jié)系統的存在。
后來，國內電廠掀起大規(guī)模的DCS改造和應用風潮。對于DCS來說，增加一個積分運算功能不涉及到任何費用，并且DCS內每個調節(jié)器一般都要加上比例積分作用，就看用戶愿不愿意使用了。那么在使用積分不會帶來費用和空間問題的情況下，純比例作用漸漸要絕跡了。
但是對于積分作用的應用，理論上還有必要搞清楚一個概念：自平衡能力。
2、自平衡能力
還是前面說的那個水池。上面一個進水管，下面一個出水管(見圖2)，如果進水管流量增大一些，水池水位會增高，導致出水口壓力增大，出水閥前后差壓增大，出水流量也增大，一直增大到進出水流量相等，水位在新的高度不再變化。這說明這個水池不需要經過調節(jié)，水位就可以自動穩(wěn)定在一個水平。我們說：這個水池具有自平衡調節(jié)能力。
圖2 水池液位有自平衡能力 圖3 水池液位無自平衡能力
還是這個水池。如果把排水閥換成了水泵(圖3)，當進水流量做一次改變的時候，不管入口壓力多大，泵的出水量高始終不變化，那么水池的水位會一直改變下去。很簡單，這個水池沒有自平衡能力。
那么自平衡能力有什么用處呢? 我們來看：當進水閥開大后，流量增加，水位升高。調節(jié)器調節(jié)使得出水泵開大，讓水位降低。當出水泵開到一定地步，進出口流量相等的時候，水位保持平衡。可是這個時候因為積分的存在，積分使得泵以最大的速度繼續(xù)開大，一直到水位等于設定值泵的流量才停止變化。而此時，出口流量又遠大于進口流量，故此水位不能穩(wěn)定，形成震蕩。
這個描述存在如下兩個問題：
①積分的速度與積分參數和輸入偏差有關。進出口流量相等的時候不是水位偏差最大的時候，而是水位略微有所回調。所以此時泵的改變速度不是最大。
②如果比例積分設置參數合適，這個系統是個逐漸收斂的過程。在手動狀態(tài)下，出水流量通過增加一降低的反復調節(jié)，最終水位可以穩(wěn)定在任何一個值，而不是某一個特定值。那么比例、積分作用使得出水流量的反復波動，最終應該可以穩(wěn)定，并且實現無差。
所以，實際上，不管有無自平衡能力，都可以使用積分作用。只是有自平衡能力的調節(jié)對象的參數更容易整定，調節(jié)更容易穩(wěn)定。
3、隨動調節(jié)系統
有人曾經提過：電廠有一種隨動調節(jié)系統，也就是自動投入時候只要在正常水位范圍內，可以穩(wěn)定在任何一個定值。要實現這個功能很簡單，就是去掉積分作用，用純比例調節(jié)。因為純比例調節(jié)沒有消除靜態(tài)偏差的功能，當然可以穩(wěn)定在任何一個值了。
對于與隨動調節(jié)系統，應該還有一種方式：設定值是經常變動的。這樣的系統很多：火電廠的滑壓運行方式，這個滑壓就是壓力需要平滑的波動，其設定值就應該是個波動的函數。還有在中調控制下的機爐協調(專業(yè)術語叫做AGC)、的機組負荷設定值，應該也算是經常變動的。
電力行業(yè)之外，這種系統也很多。比如管道焊接中，為了消除熱應力，需要對焊接點進行控制下降溫度法，這個控制下降的溫度設定值，就應該是經常變化的，甚至是用時間函數來確定的。
從這個意義上講，設定值常變，有三種情況：
①隨便讓它變，不加控制；
②加以控制，根據時間或者其他情況，對設定值做有規(guī)律的修改；
③設定值是受其他因素控制的函數計算值。
4、高低加水位調節(jié)系統耦合的解決辦法
昌暉儀表之所以專門介紹高低加水位調節(jié)系統，就是因為系統之間存在著耦合，而且這種狀況在電廠中非常普遍。圖3是一個電廠的低加系統耦合情況示意圖。
圖3 低加系統耦合情況示意圖
4#低加的凝結水流入5#低加，5#低加的凝結水流入6#低加。對于4#低加來說，自動投入很簡單，沒有耦合，用一個簡單的單回路調節(jié)系統足可以了?？墒菍τ?#低加來說就不太好，因為它要接受4#低加來的凝結水。在有的系統中，上一級低加來的凝結水流量波動不太大，對本系統干擾不大。而如果上一級來的流量波動大，足以大幅度影響本系統的水位的時候，就必須要關注系統耦合了。
解決的辦法前面已經說過，加一個前饋?？梢詫?#低加的輸出增加一個流量測點。然后把此流量信號作為本系統的前饋?？墒窃黾恿髁繙y點涉及到安裝問題。如果用流量孔板測量，需要尋找一個數米長的直管段，擁擠的汽機空間不一定能夠找到這么一個直管段；還需要投入一定的費用購買流量孔板和變送器。所以許多廠礦沒有流量測量裝置。那么，我們可以讓4#低加輸水的執(zhí)行器反饋作為5#低加水位的前饋信號，控制策略原理框圖如圖4所示。
也有人會說：前饋信號到底帶來多大干擾時，需要對干擾情況進行調節(jié)呢?這個問題在副調的PID調節(jié)器內就可以解決，也就是修改比例帶的大小。不過也有很多人傾向于給副調的測量值加上一個系數，也可以?？刂撇呗栽砜驁D如圖4所示。
圖4 高低加水位自動串級調節(jié)系統
5、幾個問題
①為什么要用串級調節(jié)，而不能用單PID，在單PID的輸出疊加前饋信號?
因為跟蹤不好實現。具體道理，在本站比例、積分、微分綜合整定里面已經說過。
②如何設定死區(qū)?
前面講過，死區(qū)的設置可以有效避免執(zhí)行器的動作次數，提高執(zhí)行器的壽命。但是死區(qū)設置過大，不但會影響調節(jié)系統的調節(jié)精度，而且會造成調節(jié)滯后，影響系統穩(wěn)定性。圖6就是死區(qū)過大影響系統穩(wěn)定性的例子。
那么，死區(qū)設置多少合適呢?一般來說，對于高低加系統，其總量程都在1000-2000mm之間，可以在設定值±(10～20)mm之內不運算。那么死區(qū)可以設置為：(10～20)/(1000～2000)=0.5%-2%。在一般的PID調節(jié)器內，死區(qū)往往是百分量。所以就可以省略地寫為0.5-2。如果實際整定過程中，還發(fā)現死區(qū)過大，可以設置更小。
③那么怎么判斷調節(jié)系統是因為死區(qū)過大造成的不穩(wěn)定?
很容易。我們可以觀察被調量和輸出的曲線。當死區(qū)存在的時候，輸入偏差在死區(qū)以內，調節(jié)器的輸出曲線是一條水平的直線。如果系統不穩(wěn)定，并且水平直線過長，就可以判定為死區(qū)過大。
當被調量開始回調的時候，輸出也跟著回調?？墒腔卣{到一定的地步，輸出不變了，為什么?死區(qū)的存在所致。如果系統不能穩(wěn)定，死區(qū)過大，死區(qū)的存在導致回調滯后，下一個回調的波峰推遲出現。如果系統能夠穩(wěn)定且波動較小，說明死區(qū)設置合理。合理的死區(qū)幾乎不會造成回調滯后。
引起調節(jié)滯后的原因有很多種，最主要的是積分時間過小和死區(qū)過大。要注意二者之間的區(qū)別。
6、偏差報警與偏差切除
我們設計自動調節(jié)系統，目的就是為了讓系統能夠安全穩(wěn)定運行。為防止出現意外，必須要有一個偏差報警和保護功能。
現在的調節(jié)系統已經比較完善，在調節(jié)器內往往都有偏差保護功能。所謂的偏差保護，就是當調節(jié)器的輸入偏差達到一定值的時候，要把自動切換到手動狀態(tài)的功能。
如果調節(jié)器內沒有這個功能，就需要在控制策略中添加該功能。除了被調量與設定值的偏差保護外，還有一個輸出與反饋的偏差保護功能：當調節(jié)器的輸出與執(zhí)行機構的反饋達到一定值的時候，說明執(zhí)行機構出現了故障，要么執(zhí)行機構誤動，要么拒動，或者反饋故障。發(fā)生這樣的異常，也必須要把系統切除到手動狀態(tài)。
切除到手動狀態(tài)，一方面是保護系統不致出更大的問題；另一方面是提醒運行操作員，系統出現故障，需要手動干預；同時需要檢查系統，消除缺陷。
