分析模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的體現(xiàn)

山東省濟南熱電有限公司 楊衛(wèi)紅

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分析模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的體現(xiàn)

山東省濟南熱電有限公司 楊衛(wèi)紅

【摘要】鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中重要的發(fā)電和供熱動力設(shè)備，但鍋爐汽包水位測定常存在“虛假水位”現(xiàn)象，影響鍋爐的安全性，因此設(shè)計鍋爐汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)，有效消除蒸汽量和給水流量波動干擾，能最優(yōu)控制鍋爐汽包水位。本文采用水流量、蒸汽流量、汽包水位作為調(diào)節(jié)信號的三沖量控制方案，克服鍋爐“虛假水位”的干擾，采用自適應(yīng)模糊PID控制鍋爐控制。

【關(guān)鍵詞】模糊PID；汽包水位；三沖量；控制系統(tǒng)

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中主要動力設(shè)備，其主要是將燃料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，通過相應(yīng)的設(shè)備將熱量轉(zhuǎn)化成為人們生產(chǎn)、生活所需能量，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，鍋爐在朝著大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。其中水位調(diào)節(jié)過程中汽包水位的控制是重要內(nèi)容，也是鍋爐安全生產(chǎn)的重要因素，鍋爐水位存在一定的“虛假水位[1]”現(xiàn)象。傳統(tǒng)測量虛假水位主要是容儀表測量，但是控制效果并不是非常理想。鍋爐運行中“虛假水位”影響因素主要是給水管道和給水泵之間擾動，蒸汽負(fù)荷的擾動因素。如何克服水自動控制系統(tǒng)的擾動因素，是給水設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)。

1　三沖量水位控制系統(tǒng)

三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，汽包水位、蒸汽流量、給水流量作用與調(diào)節(jié)器接受裝置中，任何干擾因素的變化都能引起調(diào)節(jié)器的變化，其中汽包水位是最主要的干擾因素。當(dāng)水量超出安全范圍，改變給水量可使水位恢復(fù)安全值。蒸汽流量是給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中前饋信號，能防止“虛假水位”引起的調(diào)節(jié)器錯位調(diào)節(jié)，改善蒸汽流量干擾因素對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量。給水流量和蒸汽流量兩個數(shù)據(jù)信號能有效消除系統(tǒng)出現(xiàn)的靜差。水流量是測量傳感器速率最快信號，因此使用水流量信號作為反饋信號，能消除水位尚未變化時的內(nèi)擾，氣道穩(wěn)定水流量的作用。鍋爐給水控制系統(tǒng)主要是保證鍋爐給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量變化，需要將汽包水位維持在一定范圍內(nèi)，保障鍋爐的安全性、穩(wěn)定性。由于傳統(tǒng)的PID設(shè)計給水?dāng)_動存在慣性，因此符合擾動存在“虛假水位”情況。三沖量給水控制系統(tǒng)[2]是以汽包水位為主要信號，蒸汽流量為前饋信號，給水量為介質(zhì)反饋信號的控制系統(tǒng)，其對水流量信號的反應(yīng)較快，能在水位尚未出現(xiàn)變化時做出預(yù)警，其穩(wěn)定了傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保障了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2　三沖量水位控制系統(tǒng)工作原理

汽包水位是穩(wěn)定鍋爐安全運行的重要參數(shù)，穩(wěn)定狀態(tài)下的鍋爐水位是恒定值，但是實際情況下很難形成一個穩(wěn)定值，一般情況下汽包水位是在小范圍內(nèi)波動，波動越小鍋爐安全性越高。穩(wěn)定狀態(tài)下鍋爐水位設(shè)定值、蒸汽流量、給水流量值是一種動態(tài)平衡關(guān)系。當(dāng)給水流量信號與蒸汽流量信號相同時，汽包水位信號是恒定值，當(dāng)給水流量信號與蒸汽流量信號相等時，水位信號與汽包水位穩(wěn)定在恒定值內(nèi)；而當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大后，則閥門開大，水流量的值相應(yīng)增大，這時會隨之出現(xiàn)“虛假水位”，水位輸出信號增大的情況。兩個反饋回路信號能有效減小“虛假水位”影響，如果鍋爐負(fù)荷下降，則會關(guān)小閥門調(diào)整水位的流量，系統(tǒng)會自動達到新的平衡，這樣，蒸汽流量和給水流量的引入能超前響應(yīng)的擾動變化，使給水閥門朝著正確的方向動作，減少水位的波動幅度，消除了“虛假水位”對鍋爐安全的影響。

3　三沖量水位控制系統(tǒng)設(shè)計

三沖量水位控制系統(tǒng)有另個閉合回路，分別是內(nèi)回路和外回路。內(nèi)回路主要由給水流量變送器、內(nèi)回路調(diào)節(jié)器、變頻調(diào)節(jié)器、三臺水泵組成，其主要作用是降低水壓力波動對給水流量的影響，提高給水流量調(diào)節(jié)速度，提升水流量和蒸發(fā)量之間平衡，迅速控制通道中給水的擾動因素，初步調(diào)節(jié)水位變化。外回路由鍋筒水位變送器、外回路調(diào)節(jié)器、內(nèi)回路組成，其主要作用是校正水位偏差，使水位回歸設(shè)定值。其利用蒸汽流量為前饋信號[3]，克服“虛假水位”情況，減少變頻的誤動

作和水位過大波動，能克服蒸汽流量產(chǎn)生的擾動，精細(xì)調(diào)節(jié)水位變化。蒸發(fā)量和給水量變化時，水位變化容易出現(xiàn)偏差，特別是在蒸發(fā)量比較大的情況下，容易出現(xiàn)“虛假水位”情況。三沖量給水控制系統(tǒng)主要分為下位機和上位機兩部分，其利用以太網(wǎng)通訊高速交換數(shù)據(jù)。汽包水位控制主要是控制給水流量，將給水流量與蒸發(fā)量保持在動態(tài)平衡變化中，維持汽包水位的恒定值。汽包水位調(diào)節(jié)具有一定的慣性和延遲性，經(jīng)過綜合考慮設(shè)計的三沖量給水控制系統(tǒng)，能有效消外部擾動控制因素，提高給水控制系統(tǒng)的安全性。

4　結(jié)束語

鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)PID控制器調(diào)解下，難以有效區(qū)分“虛假水位”，因此結(jié)合模糊控制理論，能較好實現(xiàn)傳統(tǒng)PID控制的改造升級，使PID參數(shù)可在線自調(diào)整，得出最優(yōu)的瞬態(tài)數(shù)據(jù)。PID控制系統(tǒng)與模糊控制結(jié)合起來，能達到較滿意的控制效果。模糊PID水位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和常規(guī)PID相比，模糊PID調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量較小、控制上升時間短、控制穩(wěn)態(tài)效果較好。模糊PID水位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)適用于工業(yè)鍋爐這種水位控制復(fù)雜對象，其良好的動靜態(tài)性指標(biāo)能較好控制“虛假水位”現(xiàn)象。

參考文獻

[1]萬勝,牛昱光,閻高偉等.變論域模糊PID在汽包水位控制中的研究[J].自動化與儀表,2014,29(7):39-42.

[2]林鋒.基于模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的研究[J].科技致富向?qū)?2015,15(8):249-250.

[3]付立華,周洪.基于變論域模糊PID的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)仿真研究[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,21(3):52-56,63.