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DEH系统软件组态(上):四大控制回路如何最终变成一条阀门指令
陆游《游山西村》
DEH系统软件组态，本质上就是围绕几条固定控制回路搭起来的信号链，不管回路内部怎么运算，最终输出都是一条总阀位指令，再由阀门管理程序分配给各调门，通过控制阀门开度实现调速、调功、调频、调压。这句话是全篇的总纲，读懂了它，DEH组态图就成功读懂了一半。
一、DEH组态与DCS组态的区别
DCS系统组态，大家熟悉的划分是DAS（数据采集系统）、SCS（顺控系统）、MCS（模拟量控制系统）、FSSS（炉膛安全监视系统）等系统，回路数量众多、对象各不相同。
"汽轮机控制系统有其特殊性，概括来说就是快速性、安全及系统控制相对固定。对DEH系统来说，首先应快速响应、安全可靠，这是第一位的。根据多年的实践，我们认为，DEH的基本控制部分，即转速控制、负荷控制、阀门管理、超速保护等，当汽轮机对象固定后，其控制回路、控制逻辑、保护逻辑，是相对固定的……这就是汽机控制系统与其它控制系统，如锅炉控制系统的差别。
这段话点出了DEH组态的三个特殊之处：
- 系统相对固定
：不像MCS那样每个工程组态都不一样，DEH的基本控制回路相对固定，专业人员（主机厂+DEH厂商）配合设计后已接近最优，不希望用户随意改动； - 快速与安全优先
：控制周期、扫描周期、OPC响应时间都有硬指标，通常DEH控制周期比一般MCS回路短得多； - 强执行级
：所有上层组态最终都汇到VCC卡—伺服阀—油动机这一固定不变的执行链，这是DEH区别于一般DCS组态最鲜明的标志。
二、DEH的几大控制回路
关于"几大回路"，不同厂商资料表述口径略有差异。工程上普遍划分可归纳为下表：
读懂DEH系统组态图的方法：打开DEH组态，不要一头扎进算法块里，先按四步走；
- 找给定值
：这一回路的目标值从哪里来（操作员设定、ATC计算、CCS指令、OPC动作），是走自动回路还是手动设定； - 找反馈信号
：转速、功率、调节级压力、主汽压、阀位，就在反馈上； - 看PID
：偏差进哪个调节器，是单回路调节还是串级调节，串级分清主回路还是副回路，跟踪是否打开。 - 输出到哪
：指令最终输出的是F(X)阀门特性曲线→阀位指令→VCC卡这条路，
三、转速控制回路：并网前的主角
转速控制回路是DEH组态里最基础、也相对"单纯"的一条回路：机组没并网之前，它是主角。
权威表述：DEH接受三个转速探头测得的汽轮机转速信号，经三选二逻辑选择后，与运行人员给出的转速设定值进行比较，经PID运算后输出，通过电液伺服阀控制油动机活塞运动，从而控制阀门开度。
图1 转速控制回路指令传递框图
关键组态要点：
- 模拟量三选逻辑
：转速是关键信号，三路测速经模拟量三选逻辑计算，任一路故障不影响运行，两路故障则立刻报警； - 临界转速区逻辑
：转速进入共振区时设定值被强制钳位，升速率自动切到最大（300~400 r/min/min），保证汽轮机快速过临界； - 暖机保持
：到达暖机转速自动保持（HOLD），暖机时间到或操作员干预后继续升速； - TV/GV阀切换
：转速冲到约2900 r/min（不同机型有差异，中压缸启动约2630 r/min做IV→TV切换）时程序进入保持状态，进行TV/GV切换，切换结束后由GV升速到3000 r/min。阀切换是DEH系统启动时一个固定动作。
四、负荷控制回路：并网后的主角
机组并网，转速回路使命完成，负荷回路接管。但DEH的负荷控制不是"一个PID"那么简单，它是串级结构 + 三种可选方式。
权威表述：DEH可实现负荷的开环和闭环控制。开环控制时，DEH仅控制阀门的开度，机组功率由蒸汽参数决定。闭环控制时，DEH可以分别采用功率控制回路或调节级压力回路调节机组功率。由于调节级压力反映较快，适用于要求负荷响应快的场合。功率回路较慢，但是可以实现功率的精确调节。
负荷控制回路的组态结构（以典型新华DEH系统为例）：
图2 负荷控制回路指令传递框图（串级方式）
三种可选控制方式：串级PI（K1、K2都投）、单级功率PI（只投K1）、单级调节级压力PI（只投K2）。任一回路故障自动切除，剩余回路仍能工作，这是DEH负荷回路的可靠性设计。
调节级压力做内环：调节级压力与进汽流量近似成正比，且响应比电功率信号快得多（电功率受再热容积、发电机惯性影响）。串级方式下：内环PI2先快速动作把流量拉到位，外环PI1再慢慢修正功率的静差，既快又准。这是DEH负荷控制组态的精髓，也是与一般MCS串级回路相通的地方。
一次调频逻辑：机组并网后投入，电网频率偏差经F(X)调频特性函数（不等率δ的倒数）+死区处理后输出调频量X1，直接叠加到负荷给定值上，不等PID计算、直接改变流量指令，响应极快。
阀位控制是后备：阀位方式本质是开环（功率由蒸汽参数决定），但对阀门流量特性要求不高，当功率/调节级压力回路都故障时，阀位方式仍可维持机组运行，相当于"最后一道自动防线"。这是DEH负荷回路的降级设计思路：串级→单级→阀位，一层一层往后退，每一层都能独立工作。
五、主汽压控制回路——辅助但关键
主汽压控制（TPC/TPL，主汽压力低限制）在DEH中是辅助回路：当锅炉侧出问题、主汽压持续下降时，DEH主动关小调门、牺牲负荷来保汽压：
权威表述：当实际主汽压低于设定控制点时，将关小调门，使主汽压回升到设定点以上，包括固定TPC、操作员设定TPC、遥控TPC三种，可以选择使用，主汽压控制点，固定TPC为额定主汽压的90%。
图3 主汽压控制回路（TPC）指令传递框图
TPC的动作行为：主汽压低于限制值时TPC动作，设定点在刚动作的基础上以1%/秒的变化率减少；若主汽压力回升到限制值之上，则停止减设定点；若主汽压力一直不回升，设定点减到总的阀位参考量小于一定值（如24%）时停止减。TPC动作时自动切除负荷反馈、退出CCS方式，优先级高于正常负荷调节。
六、OPC超速保护：超速保护第一道墙
OPC是DEH组态中特殊的一条回路，它不经PID、不经上层运算，直接由逻辑输出到电磁阀。一旦触发，优先级压倒一切正常调节。
权威表述：机组负荷大于30%额定负荷，且与电网突然解列时，或汽机转速超过103%时，OPC功能迅速关闭高中压调门；当转速下降到103%以下时，调门重新开启，以维持3000转/分，OPC功能能有效地控制汽机在甩负荷时的超速。
图4 OPC超速保护指令传递框图
七、四大回路之间的联系：一张总图看懂
回路不是孤立、各自为政的，而是按机组运行状态切换、共享同一条输出总线、共享同一个执行级。汇总成一张总图：
图5 DEH软件组态总体指令传递结构
这张总图总结了DEH软件组态的三条金线：
- 归一化
：不管上面是哪条回路、哪种控制方式，调节输出统输出总阀位指令，只有一套阀门管理和一套执行级——这是"无论回路怎么走，最终都变成阀门能接受的指令"的工程落地； - 按工况切换
：转速回路（未并网）→负荷回路（并网后），靠跟踪切换块实现无扰切换（未投回路的输出始终跟随投入回路的输出，切换瞬间不给系统带来扰动）； - OPC旁路一切
：保护通道不与控制回路共享任何环节，任何工况下触发即快关，响应速度毫秒级。
八、读懂DEH组态图的方法小结
工程上拿到DEH组态图，按五步法读：
按这五步走，任何厂家的DEH系统组态都能理清骨架，因为底层逻辑和框架在各大DEH厂商产品中高度一致，差别只在功能实现方式和画面呈现方式上。
本文为DEH系列文章之一。资料来源于网络公开资料，文中框图根据上述权威资料原文描述绘制，转载请注明出处。