余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計

李樂

【摘要】余熱鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的作用，它能夠?qū)ιa(chǎn)中的余熱煙氣進行一定程度的轉(zhuǎn)化，使其成為蒸汽，并進一步實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的動力、熱能、熱能轉(zhuǎn)化成電能的有效提供。但當前狀況下，余熱鍋爐仍然存在一些不完善的地方，主要表現(xiàn)為運行成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，需要對其系統(tǒng)進行科學合理的優(yōu)化。本文就針對余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計進行研究與分析。

【關(guān)鍵詞】余熱鍋爐 ?自動控制 ?水位控制 ?系統(tǒng)設(shè)計

一、控制方案設(shè)計

在進行控制方案的設(shè)計時，必須滿足鍋爐汽包水位控制一定的范圍之內(nèi)，同時保證鍋爐產(chǎn)氣量需要適應(yīng)用汽設(shè)備用汽量的變化要求。為了對上述要求進行有效的實現(xiàn)，對以PLC為基礎(chǔ)的余熱鍋爐控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，這一系統(tǒng)主要是由四個模塊共同組成的，分別為工業(yè)電視、PLC控制系統(tǒng)觸摸屏以及A/D轉(zhuǎn)換模塊。①工業(yè)電視：這一模塊的主要作用是運用閉路電視系統(tǒng)對汽包水位與汽包壓力進行合理有效的遠程監(jiān)控;②PLC控制系統(tǒng)：對于PLC的基本單元而言，一方面它可以對相關(guān)動力設(shè)備的運行狀態(tài)進行一定程度的監(jiān)視，另一方面也可以對動力設(shè)備進行有效的控制，這樣一來，就能夠促使整個PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮出監(jiān)視與控制鍋爐運行狀態(tài)的作用;③觸摸屏：在這一模塊，可以在觸摸屏之上輸入相關(guān)的控制參數(shù)，觸摸屏可以對鍋爐的運行狀態(tài)及其相關(guān)參數(shù)進行有效顯示;④A/D轉(zhuǎn)換模塊：這一模塊可以輸出模擬信號，對變頻器的頻率進行一定程度的控制，進而達到控制水泵的目的。

二、熱工信號檢測設(shè)計

（1）液位檢測：在鍋爐運行中，汽包液位是一項十分重要的參數(shù)，在設(shè)計中為了保證檢測的準確性，配置了兩種原理不同的液位計進行檢測，主要是以水平平衡容器配差壓變送器測量為主，在此基礎(chǔ)之上還以帶遠傳的磁浮子液位計進行輔助測量。除此之外，還對水位攝像頭進行了設(shè)置，這樣一來，便可以通過閉路電視系統(tǒng)對其進行遠程監(jiān)測。

（2）流量檢測：在對鍋爐給水流量進行檢測時，所用到的檢測設(shè)備為電磁流量計，需要注意結(jié)合實際情況，并綜合考慮給水流量、壓力、結(jié)構(gòu)形式等方面的因素，對流量計進行科學合理的選型。

（3）壓力檢測：鍋爐壓力檢測的內(nèi)容主要包含有爐膛負壓與煙道負壓，測量所用的儀器為差壓變送器，需要注意對測量儀器進行優(yōu)化選擇，務(wù)必保證測量精度能夠符合設(shè)計要求。

（4）溫度檢測：在對鍋爐運行溫度進行檢測時，將安裝于水汽系統(tǒng)管道上的測溫元件運用固定螺紋方式進行連接，而將安裝于爐體、、設(shè)備以及空煙系統(tǒng)管道上的測溫元件以法蘭方式進行連接，并在此基礎(chǔ)之上采用熱電偶進行溫度檢測。

三、汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在鍋爐運行的過程中，汽包水位是一項十分重要的指標，它能夠?qū)︻A(yù)熱鍋爐運行的安全性與穩(wěn)定性進行一定程度的反映。對汽包水位進行科學合理的控制，使其處于給定的范圍之內(nèi)，一方面可以對蒸汽的品質(zhì)進行一定程度的提升，另一方面也可以設(shè)備運行損耗的減少起到有益作用。當余熱鍋在運行的過程中，如何負荷突然增大，汽包供汽量會隨之發(fā)生一定程度的上升，促使汽包壓力下降，進而使水中的氣泡量顯著增加，最終導致鍋爐汽包水位的上升。在這種情況之下，汽包中的水量會隨著共汽量的上升而得到一定程度的下降。針對這種情況，在設(shè)計時將模糊控制算法引入到兩沖量控制系統(tǒng)之中，同時引入了汽包水位與蒸汽流量兩個測量信號。當鍋爐運行中給水壓力相對平穩(wěn)時，即使負荷狀態(tài)變化頻率較高，也可以實現(xiàn)對于汽包水位的有效控制。當蒸汽流量發(fā)生一定程度的變化時，在控制系統(tǒng)控制下，存在一個給水流量與蒸汽流量的同方向變化，這樣一來就可以對因“虛假水位”而造成的問題進行有效的解決，保證調(diào)節(jié)閥按照正確的方向動作。通過汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以對水量與水位的波動情況進行一定程度的減少，進而對過渡過程的時間進行有效的縮短。

四、PID參數(shù)自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計

相比于傳統(tǒng)的PID控制器，參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器很好地繼承了前者高精度控制的優(yōu)勢，同時它還具備高控制靈活性、適應(yīng)性等方面的優(yōu)勢，使得系統(tǒng)具備良好的動態(tài)特征與穩(wěn)態(tài)特征。將氣泡水位的誤差與誤差的變化量作為模糊控制的輸入量，在此基礎(chǔ)之上結(jié)合模糊合成體力設(shè)計PID參數(shù)的模糊矩陣表，獲取修正參數(shù)，并以此對控制參數(shù)值進行有效的計算。然后將汽包水位誤差與汽包水位誤差的變化量進行模糊化處理，并歸入到相應(yīng)的論域當中，并為之建立有效的控制規(guī)則，形成模糊控制規(guī)則表。在汽包水位的控制過程中，依據(jù)汽包水位的誤差與誤差變化率對模糊控制規(guī)則表進行查找，進而得出校正量。在此基礎(chǔ)之上對重心法進行一定程度的應(yīng)用，將其去模糊轉(zhuǎn)化為清晰量，并將得到的值乘以量化因子，獲得最終值，將最終值與PID基準值相加得到最佳的瞬態(tài)PID參數(shù)，將其按照常規(guī)的PID運算計算控制器輸出量到給水流量調(diào)節(jié)器。

五、結(jié)束語

本文主要針對余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計進行研究與分析，分別闡述與分析了控制方案設(shè)計、熱工信號檢測設(shè)計、汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及PID參數(shù)自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計。綜上所述，余熱鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的地位與作用，它對工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益發(fā)展有著十分重要的意義。余熱鍋爐在運行的過程中會受到諸多隨機性干擾因素的影響，進而促使汽包水位的動態(tài)特征十分復(fù)雜。針對這一情況，通過對余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)進行科學合理的優(yōu)化設(shè)計，保證鍋爐運行的安全性與穩(wěn)定性。

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