DE3512061A1

DE3512061A1 - Automatisches optimalwert-steuerungssystem

Info

Publication number: DE3512061A1
Application number: DE19853512061
Authority: DE
Inventors: Masayuki Katsuta Ibaraki Kumazaki; Akira Sugano; Atsushi Mito Ibaraki Takita
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1985-10-17
Anticipated expiration: 2005-04-03
Also published as: JPS60209801A; DE3512061C2; AU4058185A; US4582026A; AU573320B2; JP2623080B2

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorwegnahme-Steuerung für ein automatisches Steuerungssystem. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorwegnahme-Steuerung für ein automatisches Steuerungssystem, in dem durch die Ausgabe einer Master-Steuerungseinheit die Summe der Werte von Operationsparametern einer Vielzahl von Operations-Endpunkten (Geräten) konstant gehalten wird, wobei die einzelnen Operations-Endpunkte mit Unterschleifen-Steuereinheiten als individuellen Steuerungseinrichtungen versehen sind, und die Steuerung der Unterschleifen-Steuereinheiten durch die Master-Ausgabe erfolgt.

Ein mit einer Master-Steuereinheit und einer Vielzahl von Unterschleifen-Steuereinheiten versehenes automatisches Steuerungssystem, durch dessen Betrieb die Wertesumme von Operationsparametern konstant gehalten wird, findet beispielsweise für folgende technische Anlagen Anwendung:

I. Verbrennungssteuerung von Heizkesseln mit Kohlefeuerung im Wärmekraftwerken

Ein Heizkessel mit Kohlefeuerung ist mit mehreren Sätzen von Brennstoffzuführern ausgerüstet, wobei jeder Satz einen Zerstäuber für die Pulverisierung der Kohle zu Kohlestaub und einen Kohlezuführer aufweist, mit dem der Kohle-Zuführwert zum Zerstäuber eingestellt werden kann. Das oben beschriebene automatische Steuerungssystem steuert die Kohle-Zuführmenge zu jedem Kohlezuführer so, daß die Summe der in den Heizkessel (oder Zerstäuber) eingebrachten Brennstoffe konstant ist.

II. Steuerung der Leistungserzeugung in einem Gasturbinen-Kraftwerk

Da die Ausgabe eines einzelnen Gasturbinen-Generators zwischen 70.000 und 80.000 kW liegt, werden zum Aufbau eines entsprechenden Kraftwerks mehrere Gasturbinen-Generatoren zu einem Satz kombiniert. Die Steuerung der Brennstoffzuführung zu jeder Gasturbine erfolgt auf Grundlage eines Anweisungssignals für die gesamte vom Kraftwerk zu erzeugende Leistung. Die Leistungserzeugung wird meist so gesteuert, daß sie auch für ein sogenanntes STAG-System (Steam Turbine And Gas Turbine / Dampf- und Gasturbine) konstant ist. Ein derartiges System weist einen zusätzlichen Hilfskessel auf, bei dem das Abgas der Gasturbinen als Kraftstoff verwendet wird, wobei ein Dampfturbinen-Generator mit dem resultierenden Dampf angetrieben wird.

III. Speisewasser-Steuerung für einen Kessel eines Heizkraftwerks

Für einen Heizkessel finden mehrere Speisewasserpumpen Anwendung, die jeweils durch einen Motor oder eine Dampfturbine angetrieben werden. In diesem Fall muß die gesamte Speisewassermenge auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden, der mit der gesamten Kraftstoffmenge oder der gesamten Luftmenge für den Heizkessel übereinstimmt, wofür beispielsweise die Drehgeschwindigkeit einer die Pumpe antreibenden Dampfturbine gesteuert wird. Bei einem Pumpen-Antriebsmotor mit variabler Drehzahl wird eine Drehzahl-Steuerung, bei einem anderen Motortyp eine EIN-AUS-Steuerung durchgeführt.

Das automatische Steuerungssystem für die oben beschriebenen Anlagen weist in seiner Master-Steuereinheit eine Proportional- Integral-Komponente auf und ist daneben meistens

auch in seinen Unterschleifen-Steuereinheiten mit dieser Proportional-Integral-Funktion ausgestattet. Dieser Aufbau führt zu dem Problem des langsamen Ansprechens bei Veränderung eines Last-Anforderungssignals für die Master-Steuereinheit. In den oben beschriebenen Anlagen werden nicht alle Sätze ständig der Operationssteuerung unterzogen, sondern es erfolgt eine Steuerung einer passenden Anzahl von Sätzen in Übereinstimmung mit der Größe des Last-Anforderungssignals. Wenn irgendwelche Operations-Endpunkte gestartet oder angehalten werden, um die Anzahl der Sätze zu steuern, wird diese Steuerung durch ein manuell betätigtes Signal durchgeführt, das am Ausgang der Master-Steuereinheit separat zur Verfügung gestellt wird. Alternativ wird die Ausgabe der Master-Steuereinheit zu einem Vorspannungssignal von einem separat angeordneten Computer addiert, und die Summenausgabe auf eine bestimmte Unterschleifen-Steuereinheit gegeben, um deren Operationspunkt zu steuern und den Betrieb an einem bestimmten Punkt in Gang zu setzen oder anzuhalten.

Die Anlage und das automatische Steuerungssystem, wie sie oben beschrieben wurden, sind aus dem Artikel "DESIGN OVERVIEW FOR PULVERIZER CONTROL SYSTEM", 1975, ISA (Instrument Society of America), IPI 75456 (17 bis 26) bekannt. In dieser Veröffentlichung ist in Fig. 1 ein Brennstoff-Steuerungssystem für einen Kessel mit Kohlefeuerung und in Fig. 2 die zugehörige Steuerung dargestellt. Dieses System betreibt die Anlage auf die oben beschriebene Weise, weist jedoch auch die genannten Probleme auf.

Um diese Probleme bzw. die Ansprechverzögerung der Anlage zu eliminieren, ist ein Verfahren denkbar, bei dem der Proportional-Verstärkungsfaktor einer Steuereinheit und die Zeitkonstante eines Integrators eingestellt werden. Dieses Verfahren führt jedoch nicht zu hinreichend befrie-

digenden Ergebnissen. Ein bekanntes Steuerungsverfahren liegt in der Anwendung einer Vorwegnahme-Steuerung in Kombination mit einer Rückführungs-Steuerung. Die Vorwegnahme-Steuerung ist jedoch nicht einfach umzusetzen, da verschiedenartige Operationen durchgeführt werden müssen, wie die Steuerung der Veränderung einer Nummer oder Anzahl, eine manuelle Operation, eine Vorspannungs-Steuerung und ähnliche. Wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, kann ein Signal für eine Vorwegnahme-Steuerung nicht einen willkürliehen Wert annehmen. Um die Wirkung der Vorwegnahme-Steuerung vollständig auszunutzen, wäre für ein Vorwegnahme-Steuersignal ein Idealwert erforderlich, mit dem die Notwendigkeit der Korrektur durch die Rückführungs-Steuerung minimiert wird.

Die generelle Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem anzugeben, mit dem die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere soll ein automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem angegeben werden, mit dem das Einschwingverhalten und die Last-Nachführcharakteristika verbessert werden, indem ein Vorwegnahme-Steuerungssystem mit einem automatischen Steuerungssystem versehen wird, bei dem die Beziehung der Operationsanweisung für mehrere Operationspunkte (Geräte) anfänglich nicht bestimmt ist, d.h. bei dem das Ausgangssignal einer Steuereinheit in mehrere Signale aufgeteilt und als Operationsanweisung für jeden Operations-Endpunkt verwendet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach vorliegender Erfindung die Berechnung eines optimalen Vorwegnahme-Steuersignals auf Grundlage folgender Werte: der Summe der Belastungen, die aus der Vielzahl von Operationspunkten von den Operationspunkten hervorgebracht werden, die in einem

manuellen Steuermodus arbeiten, der Anzahl der Operationspunkte, die in einem automatischen Steuermodus arbeiten, der Operationsanweisung für alle Operationspunkte sowie der Rückkopplung und der Vorspannung für jeden Operationspunkt. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem ist' damit sowohl mit einer Vorwegnahme-Steuerungsfunktion als auch mit einer Rückführungs-Steuerungsfunktion versehen.

Die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung erfolgt anhand der anliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Darstellung eines Heizkessels mit Kohlefeuerung und der zugehörigen Brennstoff-Zuführung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines automatischen Vorwegnahme-Steuerungssystems nach vorliegender Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm für die Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung eines Vorwegnahme-Steuersignals unter Einbeziehung eines Kohle-Zuführers, der sich im manuellen Betriebsmodus befindet;

Fig. 4 ein Diagramm für die Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung eines Vorwegnahme-Steuersignals unter Einbeziehung eines Kohle-Zuführers, der sich im manuellen Betriebsmodus befindet, sowie eines Kohle-Zuführers, der sich im Vorspannungs-Betriebsmodus

befindet;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für das in Fig. 2 dargestellte System bei Verwendung eines Computers;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des Schritts 41 im Ablaufdiagramm nach Fig. 5, bei dem das Vorwegnahme-Steuersignal bestimmt wird; und

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung einer Kohlezuführ-Anweisung und des Ausgabeschrittes 45 im Ablaufdiagramm nach Fig. 5.

Im folgenden wird beispielhaft die Anwendung der Erfindung auf einen Heizkessel mit Kohlefeuerung für ein Heizkraftwerk beschrieben.

In Fig. 1 ist der Heizkessel mit Kohlefeuerung sowie der dazugehörige Brennstoff-Zuführer (Kohle-Zuführer und Zerstäuber) dargestellt, wie er anhand von Fig. 1 in der oben angegebenen Veröffentlichung beschrieben ist.

In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 der Kessel und mit Bezugsziffer 2 eine in diesem Kessel angeordnete Heizröhre bezeichnet. Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Speisewasserpumpe wird Wasser zugeführt. Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Kohle-Zuführer, der die in einem Kohlenbunker 4 gelagerte Kohle einem Zerstäuber 5 zuführt. Die Kohlen-Zuführmenge kann in diesem Fall eingestellt werden, beispielsweise indem die Drehzahl des Motors 6 des Kohle-Zuführers mit einer Motor-Ansteuerung 12 verändert wird. Der vom Zerstäuber 5 erhaltene Kohlenstaub wird durch die von einem entsprechenden, nicht gezeigten Gebläse abgegebene Primärluft durch eine Kohlenstaub-Röhre 7 gefördert und in Kohlebrennern 8a bis 8n verbrannt.

Bezugsziffer 9 bezeichnet einen Gebläse-Luftbehälter, durch den mit einem, nicht dargestellten Fremdbelüftungs-Gebläse sekundäre Verbrennungsluft in einen Kohlestaub- · Brenner 8a zugeführt wird. Mit Bezugsziffer 100 ist ein Brennstoff-Zuführer bezeichnet, der für jede Kohlenstaub-Röhre 7 angeordnet ist. Mit einer Meßdose 101 wird die an jeden der Zerstäuber 5 gelieferte Zuführmenge erfaßt.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem dargestellt. Mit den Bezugsziffern 28, 29 und 69 sind in den Zeichnungen die Bestandteile

dargestellt, die in vorliegender Erfindung hinzugefügt wurden. Zuerst soll der Aufbau eines bislang bekannten Systems beschrieben werden. In der Zeichnung gibt Bezugsziffer 10 eine Master-Steuereinheit für die Berech- ' nung des Kohlebedarfs 19 jedes Kohle-Zuführers 3 an.

Die Bezugsziffern 11a bis 11n bezeichnen Unterschleifen-Steuereinheiten, die für jeden Kohle-Zuführer 3 auf Grundlage des von der Master-Steuereinheit 10 berechneten Kohlebedarfs 19 Operationssignale erzeugen.

Die Bezugsziffern 12a bis 12n zeigen Ansteuerungen für die Kohle-Zuführer-Motoren 6a bis 6n. Mit den Motor-Ansteuerungen wird entsprechend der durch die zugehörigen Unterschleifen-Steuereinheiten 11a bis 11n erzeugten Operationssignale 33a bis 33n die Drehzahl der Motoren 6a bis 6n der Kohle-Förderer (Förderbänder) eingestellt.

Die Master-Steuereinheit 10 hat im einzelnen folgenden Aufbau: Mit den Bezugsziffern 15a bis 15n sind Rückführungssignale für die Kohle-Zuführmenge zu jedem Kohle-Ztiführer 3 angegeben, wie z.B. die Geschwindigkeit des Kohlenzuführer-Motors oder Förderbandes, das Ausgangssignal der Meßdose (Fig. 1, Bezugsziffer 101) oder ähnliche. Diese Rückführungssignale 15a bis 15n werden von einem Addierer 16 addiert und durch einen Komparator 17 mit einem Anweisungs- oder Vorgabewert 14 verglichen.

Die Ausgabe des Komparators 17 wird auf einen PI (Proportional-Integral) -Rechner 18 gegeben, der eine entsprechende Berechnung durchführt und den Kohlebedarf 19 für jeden Kohle-Zuführer 3 ermittelt.

Im folgenden werden im einzelnen die Unterschleifen-Steuereinheiten 11a bis 11n beschrieben. Da alle Unterschleifen-Steuereinheiten den gleichen Aufbau haben und auf die gleiche Weise arbeiten, wird nur die Unterschlei-

fen-Steuereinheit 11a im einzelnen erläutert. Mit Bezugsziffer 20 ist ein Auf-Ab-Zähler angegeben, dessen analoges Ausgangssignal 31 entsprechend Auf-Ab-SW (Schalter)-Operatxonssignalen 21, 22 von einem Benutzer oder einem separaten Computer nach oben und unten gezählt wird. Die Ausgabe dieses Auf-Ab-Zählers 20 wird durch einen Addierer 23 als eine Vorspannung zum Kohlebedarf 19 addiert.
In diesem Fall wird der Operationspunkt 6a mit der Summe der Signale 19 und 31 angesteuert. Diese Operationsbedingung wird im folgenden als "Vorspannungs-Modus" oder

"Vorspannungs-Betrieb" bezeichnet. Mit Bezugsziffer 24
ist ein Auf-Ab-Zähler für manuellen Betrieb angegeben,
dessen analoge Ausgabe 32 entsprechend Auf-Ab-SW-Operationssignalen 25, 26 vom Benutzer nach oben und unten

gezählt wird. Die Ansteuerung des Operationspunktes 6a
durch das Signal 32 wird im folgenden als "manueller
Modus" oder "manueller Betrieb" bezeichnet.

Bezugsziffer 27 gibt einen Signalauswahlschalter an, der den Ausgang 32 des Analogspeichers 24 im manuellen Modus und den Ausgang des Addierers 23 im Auto-Modus auswählt. Die Ausgabe dieses Schalters 27 wird sowohl im manuellen als auch im automatischen Modus das Operationssignal für jeden Kohle-Zuführer. Der automatische Betrieb oder "Auto"-Betrieb umfaßt den Master-Betrieb mit dem Signal 19 und

den Vorspannungs-Betrieb mit der Summe der Signale 19 und 31.

Bekanntermaßen gibt es eine Grenze für die minimale Kohle-Zuführmenge an einen Zerstäuber. Aus diesem Grund muß in Übereinstimmung mit der Belastung des Kessels die Anzahl der arbeitenden Kohle-Zuführer und Zerstäuber gesteuert
werden. Die Anzahl der arbeitenden Kohle-Zuführer ändert sich in anderen Worten mit der Belastung des Kessels. Während des automatischen Betriebs ist deshalb das Vorspan-

nungssignal 31 zum Kohle-Zuführer 0 und befindet sich im Master-Modus. Wenn einer der Kohle-Zuführer in Betrieb genommen oder angehalten wird, wird der Auf-Abschalter des Auf-Ab-Zählers 20 so betätigt, daß der Vorspannungs-Betrieb erfolgt und das Vorspannungssignal 31 am Zählerausgang erhöht oder erniedrigt wird. Damit wird das Kohlebedarfs-Signal 19 für die in Betrieb zu nehmenden oder anzuhaltenden Kohle-Zuführer erhöht oder erniedrigt. In Abhängigkeit von der Betriebsbedingung der Einheit werden einige Kohle-Zuführer öfter im manuellen Modus betrieben, indem der Schalter 27 auf "manuell" gesetzt wird. In diesem Fall wirkt das Kohlebedarfs-Signal 19 der Master-Steuereinheit 10 nur auf die Kohle-Zuführer, die sich im automatischen Betriebszustand befinden.

Während das herkömmliche automatische Optimalwert-Steuerungssystem im wesentlichen den beschriebenen Aufbau hat, werden nach vorliegender Erfindung die funktionalen Elemente 28, 29 und 69 hinzugefügt. Mit Bezugsζiffer 28 ist ein Rechner für ein Vorwegnahme-Steuersignal dargestellt, der ein optimales Vorwegnahme-Steuersignal für jeden Kohle-Zuführer berechnet. Mit Bezugsziffer 29 ist ein Addierer gezeigt, der das vom Rechner 28 berechnete optimale Vorwegnahme-Steuersignal 30 mit dem Rückführungs-Steuersignal vom Proportional-Integral-Rechner 18 addiert, wodurch ein Rückführungs- und Vorwegnahme-Steuerungssystem aufgebaut wird. Bezugsziffer 69 gibt ein Subtrahierglied an, das die Differenz zwischen dem Kohlebedarfs-Signal 19 und dem Operationssignal 33a zum Motoransteuerglied 12a berechnet.

In den jeweils im manuellen Steuermodus arbeitenden Kohle-Zuführern berechnet das Subtrahierglied 69 die Differenz zwischen dem praktischen Operationssignal 33a und dem Kohlebedarfs-Signal 19 und gibt das aus dieser Berechnung resultierende Signal auf den Auf-Ab-Zähler 20. Dadurch läßt sich ein Sprung des praktischen Operationssignals 33a vermeiden, wenn der oder die Kohle-Zuführer vom manuellen

Steuermodus auf den automatischen Steuermodus umgeschaltet werden. Dieser Vorgang wird an anderer Stelle genauer beschrieben.

Im Optimalwert-Rechner 28 nach diesem Ausführungsbeispiel wird das optimale Vorwegnahme-Steuersignal in Übereinstimmung mit dem gesamten Kohlebedarf 14, der Ausgabe des Addierers 16 (d.h. Betrag der Rückführung), der Anzahl der automatisch arbeitenden Kohle-Zuführer und der Vorspannungssignale für die einzelnen Kohle-Zuführer auf Grundlage der im folgenden beschriebenen Prinzipien bestimmt. Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Fall erläutert, in dem die Vorspannung für alle Kohle-Zuführer 0 ist (Fig. 2; 31),-d.lv. in dem.sich alle* Operationspunkte im Master-Modus oder im manuellen Modus befinden. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die gesamte Kohlezufuhr durch m Kohle-Zuführer, die im manuellen Betrieb arbeiten, folgendermaßen gegeben:

Σ CFH(i)

Hierbei bezeichnet m die Anzahl der Kohle-Zuführer, die sich im manuellen Modus befinden, und CFH(i) die Kohlezufuhr für jeden Kohle-Zuführer, der sich im manuellen Modus befindet (mit i =i bis m) .Mit η wird die Gesamtzahl der Kohle-Zuführer und mit TCFD der gesamte Kohlezufuhrbedarf bezeichnet.

Die von den (n - m) Kohle-Zuführern im Master-Modus erbrachte Kohlezufuhr Y₁ ist damit durch Gleichung (1) gegeben:

Y₁ = TCFD - Σ CFH(i) ... (1)

¹ i=1

Die von jedem der Kohle-Zuführer im Master-Modus zu erbringende Kohlezufuhrmenge Y₂ ist durch Gleichung (2) gegeben:

TCFD - Σ CFH(i)

η - m

Die Größe Y₂ in Gleichung (2) ist das Optimalwert-Signal 30 für den in Fig. 5 gezeigten Kohle-Zuführer. In Fig. ist der Fall dargestellt,' in dem gilt: (n - m) = 6.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Vorspannung für den Kohle-Zuführer beschrieben, wenn die Ausgabe)des" Zählers !20 nicht 0 istuund zumindest ein Kohr-Ie-Zuführer mit einer Vorspannung beaufschlagt wird. Wie aus Fig. 2 verständlich wird, wird durch den für jeden Kohle-Zuführer vorgesehenen Addierer 23 die Vorspannung des Kohle-Zuführers zu dem entsprechenden Kohlebedarfssignal 19 addiert. Bei Berechnung des optimalen Vorwegnahme-Signals 30 muß deshalb die Kohlezufuhr Y- nach Gleichung (1) um die Summe der jeweiligen Vorspannungswerte 31 verringert werden. In diesem Fall bezieht sich der mit dem Kohlebedarf 19 verknüpfte Vorspannungswert 31 natürlich nur auf die im Vorspannungsmodus befindlichen Kohle-Zuführer. Unter der Annahme, daß für den Kohle-Zuführer j im Vorspannungsmodus die Vorspannung BA(j) ist, und mit j = (m + 1)bis n,ist die von jedem Kohle-Zuführer im Auto-Betrieb, d.h. im Master-Modus und im Vorspannungsmodus, zu erbringende Kohlezufuhrmenge Y₃ nach Gleichung

(3) gegeben:

m η

TCFD - Σ CFH(i) - Σ BA(J)

y _ ifi j=m+1 ,,.

^J η - m

Y₃ nach Gleichung (3) ist damit das optimale Vorwegnahmesignal 30 für den Kohle-Zuführer unter Berücksichtigung

der Vorspannung für den Kohle-Zuführer. In Fig. 4 ist auf gleiche Art wie in Fig. 3 der Fall (n - m) =6 gezeigt.

Im vorhergehenden wurde das Grundprinzip beschrieben, mit dem erfindungsgemäß die Anwendung der Rückführungsund Vorwegnahme-Steuerung auf das Brennstoff-Steuersystem eines Heizkessels mit Kohlefeuerung möglich ist.

Fig. 5 zeigt ein Betriebs-Ablaufdiagramm, wenn das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Computers realisiert wird. In diesem Ablaufdiagramm entsprechen die Schritte bis zum Schritt 42 der Verarbeitung in der Master-Steuereinheit und die Schritte beginnend mit Schritt 43 der Verarbeitung in den Unterschleifen-Steuereinheiten 11. Schritt 41 ist im einzelnen im Ablaufdiagramm nach Fig. 6, Schritt 45 im Ablaufdiagramm nach Fig. 7 dargestellt. In Fig. 5 entspricht Schritt dem Addierer 16 von Fig. 2, in dem die Summe der Kohlezufuhr der betriebenen Kohle-Zuführer berechnet wird, um die gesamte tatsächliche Kohle zu erhalten. Schritt 35 entspricht dem Komparator 17 in Fig. 2, der die Abweichung zwischen der gesamten tatsächlichen Kohle und dem gesamten Kohlebedarf berechnet.

Im Schritt 36 werden die im Auto-Modus befindlichen Kohle-Zuführer identifiziert, und der Operationsmodus des Proportional-Integral-Rechners in Fig. 2 festgelegt. Die Prozedur springt zum Schritt 37, auch wenn sich nur ein einziger Kohle-Zuführer im Auto-Modus befindet, wodurch der PI-Rechner, d.h. der Proportional-Integrator 18 in Fig. 2, in den Auto-Modus gesetzt, und eine Proportional-Integral-Operation gemäß der im vorhergehenden Schritt 35 erhaltenen Abweichung durchgeführt wird. Ist die Abfrage im Schritt 36 nicht erfüllt (Antwort*. ΝΕΙΝ)_;

d.h. sind alle Kohle-Zuführer im manuellen Modus, wird im Schritt 38 eine Abfrage durchgeführt, ob das Setzen des ersten Kohle-Zuführers in den Auto-Modus vorbereitet werden soll.

In diesem Fall bestimmt die Verarbeitung in den Schritten 38, 39 und 40 den Anfangswert des PI-Rechners 18 (Fig. .5, Schritt 37), wenn der Betrieb des ersten Kohle-Zuführers von dem Zustand aus erfolgt, in dem alle Kohle-Zuführer auf Stop stehen. Das heißt, wenn der erste Kohle-Zuführer nach Fig. 2 betätigt wird, wird der Schalter 27 auf "manuell" gesetzt, und der Kohle-Zuführer anschließend durch das manuelle Operationssignal vom Auf-Ab-Zähler 24 auf die minimale Belastung gefahren, die seinen kontinuierlichen Betrieb zuläßt. Anschließend wird der Schalter 27 durch Erregen eines nicht gezeigten Relais auf "Auto" verändert. Schritt 38 in Fig. 5 bestätigt die Erregung des Relais. Wenn der erste Kohle-Zuführer für seinen Start manuell betätigt wird, stimmt der Zustand nicht mit dem Erregungszustand von Schritt 38 überein. Die PI-Ausgabe von Schritt 37 wird deshalb im Schritt 40 auf 0 gesetzt. Wenn das Relais erregt ist -der Schalter 27 wird in diesem Zustand nicht auf "Auto" verändert-, wird die Ausgabe des PI-Rechners 18 im Schritt 39 so festgelegt, daß sie mit dem Operationssignal für den ersten Kohle-Zuführer, der Ausgabe des Auf-Ab-Zählers 24,übereinstimmt. Als Folge davon nimmt dieser erste Kohle-Zuführer nach Veränderung der Position des Schalters 27 den automatischen Modus an, und in der nächsten Verarbeitungsperiode springt die Prozedur vom Schritt 36 auf den Schritt 37 und nimmt die Berechnung auf, wobei sie den Wert des vorherigen Schrittes 39 als Anfangswert verwendet.

Anschließend wird im Schritt 41 das optimale Vorwegnahme-Signal für den Kohle-Zuführer durch den Optimalwert-Rechner

28 in Fig. 2 bestimmt. Diese Berechnung wird entsprechend Gleichung (3) durchgeführt. Eine genauere Beschreibung dieses Vorgangs erfolgt an anderer Stelle unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 6. Im Schritt 42 wird der Kohlebedarf berechnet, der dem Signal 19 in Fig. 2 entspricht.Das heißt, die Ausgabe 30 des Vorwegnahme-Signalrechners 28 wird zur Ausgabe des Proportionalintegrators 18 addiert, und die sich ergebende Summe als das Kohlebedarfssignal 19 verwendet.

Im Schritt 43 wird die Gesamtzahl η der Kohle-Zuführer als der Setzwert N- eines Zählers (nicht gezeigt) gespeichert. Im Schritt 44 wird abgefragt, ob der Zähler auf 0 steht. Das heißt, es erfolgt eine Abfrage, ob das Operationssignal des nächsten Schrittes 45 für alle Kohle-Zuführer berechnet werden soll. Schritt 45, der der Unterschleifen-Steuereinheit 11 in Fig. 2 entspricht, berechnet das Operationssignal 33 für jede Motor-Ansteuerung und gibt das Ergebnis dieser Berechnung aus. Diese Komponente wird an anderer Stelle unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm nach Fig. 7 beschrieben. In Schritt 46 erfolgt eine Verminderung des Zählers; nach Abschluß der Berechnung des Operationssignals für jede Motor-Ansteuerung wird der Zählerstand um 1 verringert. Wenn die Berechnung der Operationssignale für η Motor-Ansteuerungen abgeschlossen ist, wird daher die Abfrage im Schritt 44 bejaht, wodurch die Verarbeitung zum Start zurückkehrt.

In Fig. 6 ist ein detailliertes Ablaufdiagramm für die Berechnung des optimalen Vorwegnahme-Steuersignals an den Kohle-Zuführer entsprechend Schritt 41 in Fig. 5 dargestellt. Im Schritt 47 wird der Gesamtwert

Σ CFH(i) der Zufuhrmengen der Kohlei=1
Zuführer im manuellen Modus berechnet.Im Schritt 48 wird

der Gesamtwert

Σ BA(j) der an die

j=m+1

Kohle-Zuführer im Auto-Modus angelegten Vorspannungswerte berechnet. Im Schritt 49 wird entsprechend der oben angegebenen Gleichung (3) das optimale Vorwegnahme-Steuersignal für jeden Kohle-Zuführer berechnet.

Im Schritt 50 wird die Anzahl (n - m) der Kohle-Zuführer im Auto-Modus registriert und der Setzwert des Zählers entsprechend auf N₂ festgesetzt. Im Schritt 51 erfolgt eine abschließende Abfrage/ ob der Zähler auf 0 steht, d.h. eine überprüfung der oberen und unteren Grenzen des Kohlebedarfs für die Kohle-Zuführer im Auto-Modus (später beschriebene Schritte 52 und 53). In diesem Fall sind die Schritte 52, 53 und 54 darauf gerichtet, das Operationssignal (Fig. 2; 33) für alle Kohle-Zuführer im automatischen Betriebszustand zu berechnen und abzufragen, ob dieses Operationssignal von den oberen und unteren Grenzwerten für einen sicheren Betrieb der Kohle-Zuführer abweicht oder nicht. In anderen Worten wird im Schritt 52 das Vorspannungssignal BA(j) der Kohle-Zuführer im automatischen Modus zu dem im Schritt 49 erhaltenen optimalen Vorwegnahme-Signal Y- addiert und das Operationssignal Y₄ (Fig. 2; 33) berechnet. In Schritt 53 erfolgt eine Abfrage, ob das Rechenergebnis Y₄ von Schritt 52 den oberen oder unteren Grenzwert der Kohle-Zuführer überschreitet. In Schritt 54 erfolgt ein Herunterzählen des Zählers. Jedes Mal, wenn die überprüfung der oberen und unteren Grenzwerte für einen Kohle-Zuführer abgeschlossen ist, wird der Wert N₂ im Zähler um eins verringert, und die Prozedur kehrt zum Abfrage-Schritt 51 zurück. Wenn im Schritt 51 festgestellt wird, daß die oberen und unteren Grenzwerte für alle im automatischen Modus befindlichen Kohle-Zuführer überprüft wurden, d.h. wenn N₂ = 0, schreitet die Verarbeitung zum Schritt 55 fort.

Im Schritt 55 erfolgt eine Abfrage, ob die überprüfung der oberen und unteren Grenzen im Schritt 53 für alle Kohle-Zuführer im automatischen Modus durchgeführt wurde. Wenn die Abfrage die Antwort JA erhält, ist eine geeignete Kohle-Zuführsteuerung unmöglich, und der Start oder Stop des Kohle-Zuführers oder der Kohle-Zuführer wird notwendig. Im Schritt 56 wird deshalb an den Benutzer ein Alarmsignal abgegeben. Im Schritt 57 wird überprüft, ob ein einzelner Kohle-Zuführer die Grenze im Schritt 53 erreicht hat oder nicht. Selbst wenn sich ergibt, daß nur ein einziger Kohle-Zuführer den Grenzwert erreicht hat, ist das im vorhergehenden Schritt 59 berechnete Vorwegnahmesignal für die Kohle-Zuführer kein optimaler Wert, so daß eine Verarbeitung entsprechend dem später beschriebenen Schritt 58 erfolgt und eine erneute Berechnung durchgeführt wird. Hat dagegen keiner der Kohle-Zuführer den Grenzwert erreicht, wird der im vorhergehenden Schritt erhaltene Wert Y- als Optimalwert bestätigt, so daß die Berechnung des optimalen Vorwegnahmewertes abgeschlossen ist. Im Schritt 58 werden die aufgrund des Erreichens des Grenzwertes detektierten Kohle-Förderer als im manuellen Modus befindlich angenommen, obwohl sie sich im automatischen Modus befinden, um erneut den Optimalwert zu berechnen, und ihr Operationssignal 33 wird durch den Grenzwert ersetzt. Danach kehrt die Prozedur zum Schritt 47 zurück. Jeder der folgenden Schritte wird anschließend noch einmal ausgeführt, und dieselben Prozeduren werden wiederholt, bis die Abfrage im Schritt 57 ein NEIN ergibt.

Fig. 7 ist ein detailliertes Flußdiagramm des in Fig. 5 mit Bezugsziffer 45 bezeichneten Schrittes, in dem eine Berechnung des Kohlebedarfs für die Motor-Ansteuerung und eine entsprechende Ausgabe erfolgt. Diese Verarbeitung wird für die einzelnen Kohle-Zuführer ausgeführt. Im Schritt in Fig. 7 erfolgt eine Modus-Abfrage für die Kohle-Zuführer.

Befinden sich die Kohle-Zuführer im automatischen Modus, schreitet die Prozedur zum Schritt 60 fort, in dem der Auf-Ab-Zähler 20 in Fig. 2 auf den manuellen Setzmodus gesetzt wird. In diesem Modus kann die Ausgabe des Auf-Ab-Zählers 20 durch das manuelle Auf-Ab-Signal 21 oder 22 erhöht oder erniedrigt werden. Werden diese Signale 21 und 22 nicht wirksam, hält der Zähler 20 die bestehende Ausgabe. Schritt 61 entspricht dem Addierer 23 in Fig. 2. Bei diesem Schritt wird der manuell setzende Auf-Ab-Zähler 24 in Fig. 2 auf den Folge-Setzmodus gesetzt. Das heißt, die Ausgabe 32 des Auf-Ab-Zählers 24 wird so eingestellt, daß sie mit dem Operationssignal 33 übereinstimmt, so daß sich die Steueroperation nicht abrupt ändert, wenn der Schalter 27 von "manuell" auf "automatisch" geschaltetwird. Im Schritt 63 wird der Schalter 27 nach Fig. 2 so verändert, daß eine Auswahl der Ausgabe des Addierers 23 erfolgt.

Wenn die Abfrage im Schritt 59 zum Ergebnis "manueller Modus" führt, springt die Prozedur zum Schritt 64, in dem der Zähler 20 nach Fig. 2 auf den Folge-Setzmodus gesetzt und seine Ausgabe so eingestellt wird, daß sie mit der Ausgabe des Subtrahiergliedes 69 übereinstimmt. Nach dieser Anordnung ändert sich der Betrieb nicht abrupt, wenn der Schalter 27 während der Modus-Umschaltung umgelegt wird. Im Schritt 65 werden der Kohlebedarf 19 und die Vorspannung 31 addiert. Das entspricht dem Addierer 23 in Fig. 2. Im Schritt 66 wird der Auf-Ab-Zähler 24 nach Fig. 2 auf den manuellen Modus gesetzt, so daß seine Ausgabe durch die manuellen Operationssignale 25 und 26 erhöht oder verringert werden kann. Im Schritt 67 wird mit dem Schalter 27 nach Fig. 2 die Ausgabe des Zählers 24 gewählt. Im Schritt 68 wird das Operationssignal 33 für die Motor-Ansteuerung im automatischen oder manuellen Modus, das in den Schritten 63 oder 67 erhalten wird, an die entsprechende Motor-

Ansteuerung 12 angelegt.

Die vorliegende Erfindung kann auf folgende Weise modifiziert und in die Praxis umgesetzt werden:

(1) Nach obigen Gleichungen (2) und (3) ist die Belastung zwischen den im automatischen Modus betriebenen Kohle-Zuführern gleichmäßig verteilt. Das Aufteilungsverhältnis der Belastung kann jedoch verändert werden, indem für jeden Kohle-Zuführer im vorhinein ein Korrekturfaktor festgelegt wird.

(2) Der Kohlebedarf 19 läßt sich unter Verzicht auf den Komparator 17 und den PI-Rechner 18 auch allein aus dem Optimalwertsignal bestimmen, das aus Gleichung (2) oder (3) errechnet wird.

Wie oben beschrieben, läßt sich die vorliegende Erfindung neben der im vorhergehenden beschriebenen Steuerung von Kohle-Zuführern auch auf ein Pumpen-Steuerungssystem für die Einstellung der gesamten Speisewassermenge von einer Vielzahl von Pumpen oder auf ein Master-System für die Einstellung der Lastaufteilung anwenden, wenn von einer Vielzahl von Gasturbinen eine vorgegebene Belastung hervorgebracht wird.

Entsprechend der bislang beschriebenen Erfindung kann ein (Rückführungs + Vorwegnahme)-Steuerungssystem als ein Brennstoff-Steuerungssystem für Kessel mit Kohlefeuerung Anwendung finden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so daß es möglich ist, die im automatischen Modus arbeitenden Kohle-Zuführer ständig mit optimaler Lastverteilung zu betreiben und eine derartige Lastverteilung schnell zu erzielen.

Als Ergebnis kann mit vorliegender Erfindung die Betriebsverzögerung von Brennstoff-Steuerungssystemen eliminiert werden,

womit sich eine Verbesserung der Last-Nachführleistung der entsprechenden Einheit ergibt.

Da erfindungsgemäß eine Berechnung des optimalen Vorwegnahme-Signals für die Kohle-Zuführer entsprechend Fig. 6 erfolgt/ lassen sich damit folgende Effekte erzielen:

(1) Die Lastanweisung kann für jeden Kohle-Zuführer durch das optimale Vorwegnahme-Steuerungssignal unter Bezugnahme auf die Veränderung des Kohle-Gesamtwertes ohne Berücksichtigung der Abweichung der gesamten Kohle-Zufuhrmenge angegeben werden.

(2) Während der Vorspannungsoperation für den Start der wartenden Kohle-Zuführer oder den Stop der Kohle-Zuführer, die übermäßig beliefert wurden, läßt sich für die restlichen Kohle-Zuführer eine optimale Lastverteilung erzielen, so daß eine relativ stabile Gesamt-Kohlezufuhr aufrechterhalten werden kann.

Wie in Fig. 6 gezeigt, werden die .oberen und unteren Grenzen des Kohlebedarfs für die Kohle-Zuführer überprüft, und^falls irgendein Kohle-Zuführer den Grenzwert erreicht hat, wird die Kohlezufuhranweisung erneut berechnet, um schnell und genau den Optimalwert zu erhalten.

Falls alle Kohle-Zuführer den Grenzwert erreicht haben, wird an den Benutzer ein Alarmsignal abgegeben, so daß der Start- und Stop-Betrieb der Kohle-Zuführer eingestellt werden kann.

wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist, läßt sich exakt das gleiche Ergebnis erzielen, wenn vorliegende Erfindung auf die Steuerung der Lastverteilung für eine Vielzahl von Gasturbinen und auf die Speisewasser-Steuerung eines Kessels in einem Heizkraftwerk angewandt wird.

Ah/bi

Claims

PATENTANWÄLTE

STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ 3512061

WIDENMAYERSTRASSE 17. D-8000 MÜNCHEN 22

HITACHI, LTD. +

HITACHI ENGINEERING CO., LTD,

DEA-27111 2. April 1985

Automatisches Optimalwert-Steuerungssystem

i. ) Automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem zur Steuerung einer Vielzahl von Operationspunkten (6a - 6n) mittels einer gemeinsamen Steuergröße (14) , wobei die Operationspunkte einzeln und beliebig zwischen Start- und Stop-Operationen sowie zwischen einem automatischen und einem manuellen Operationsmodus umschaltbar sind,
gekennzeichnet durch

(a) eine erste Einrichtung (16) für die Ermittlung der Summe von durch die im manuellen Operationsmodus arbeitenden

Operationspunkte hervorgebrachten Lastgrößen;

(b) eine zweite Einrichtung (17) für die Ermittlung der Summe von durch die im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte hervorzubringenden Lastgrößen,

auf Grundlage der von der ersten Einrichtung (16) ermittelten Summe der Lastgrößen und der gemeinsamen Steuergröße (14);

(c) eine dritte Einrichtung (28, 29) für die Ermittlung von Steuersignalen (19) für die im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte auf Grundlage der von der zweiten Einrichtung ermittelten Summe der Lastgrößen sowie auf Grundlage der Anzahl der im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte;

(d) eine Vielzahl von Unterschleifen-Steuereinheiten (11a 11n), die für jeden der Operationspunkte vorgesehen sind und auf Grundlage des Steuersignals (19) eine Ansteuerungs-Steueranweisung (33a - 33n) für jeden der Operationspunkte erzeugen; und

(e) eine Vielzahl von Ansteuerungseinrichtungen (12a - 12n) für die tatsächliche Ansteuerung der entsprechenden Operationspunkte auf Grundlage der Ansteuerungs-Steueranweisung von jeder der Unterschleifen-Steuereinheiten (11a - 11n).
2. Automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Vorspannungsgrößen-Berechnungseinrichtung (20, 24, 69) für die Ermittlung einer Summe von Vorspannungen der im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte (6a 6n),

wobei die zweite Einrichtung (17; 28) die Summe der von den im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkten hervorzubringenden Lastgrößen auf Grundlage der von der ersten Einrichtung (16) ermittelten Summe der Lastgrößen, der Ausgabe (31), der Ausgabe der Vorspannungs-Berechnungseinrichtung und der gemeinsamen Steuergröße (14) ermittelt, und

wobei die dritte Einrichtung (28, 29) das Steuersignal (19) auf Grundlage der von der zweiten Einrichtung ermittelten Summe, der Ausgabe der Vorspannungs-Berechnungseinrichtung und der Anzahl der im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte ermittelt.
3. Automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch

einen Addierer (16) für die Ermittlung der Summe der Lastgrößen aller Operationspunkte (6a - 6n),

eine Einrichtung (17) für die Ermittlung der Abweichung der Summe der Lastgrößen aller Operationspunkte bezüglich der gemeinsamen Steuergröße (14) , und

eine Einrichtung (18, 29) für die Erzeugung eines Steuersignals für jeden der Operationspunkte auf Grundlage der ermittelten Abweichung und des von der dritten Einrichtung (28) ausgegebenen Steuersignals.
4. Automatisches Vorwegnahme-Steuerungssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte Einrichtung (28) ein Steuersignal für jeden der im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte (6a bis 6n) auf Grundlage der Anzahl der im automatischen Operationsmodus arbeitenden Operationspunkte und
deren jeweiligen Korrektur-Verstärkungsfaktoren ermittelt.