干熄焦鍋爐給水控制系統PID參數的整定和應用

王丹(唐山中潤煤化工有限公司，河北 唐山 063611)

1 概述

汽包鍋爐的給水系統的主要任務就是自動控制汽包水位的變化程度，讓它穩定在一定范圍之內。對于鍋爐的運行來說，汽包水位是一項重要的監控參數，它可以把給水的平衡關系以及鍋爐的負荷間接的表示出來。保持好鍋爐以及汽機的安全運行的重要條件就是維持好汽包的水位在允許的范圍內，這同時也是鍋爐正常運行的一項指標。

我公司的140t/h干熄焦裝置于2009年5月開始投入試生產，各設備單元基本投入正常運行，但是，也還有部分問題存在，其中就包括鍋爐系統自動控制一直沒有投入運行(包括鍋爐汽包給水自動控制、主蒸汽溫度自動控制、除氧器液位自動控制等)。

2 控制系統的應用

鍋爐自動控制系統采用PID調節，PID調節是工業控制中應用最廣泛的一種調節方式，PID是英文單詞比例(Proportion)，積分(Integral)，微分(Differential coefficient)的縮寫。PID 指令用于過程變量的控制，它能維持被控過程變量在一個希望值，在Control Logix系統中，PID指令有兩種PID方程，即絕對增益PID方程和相對增益PID方程。

微分、積分、比例這三種調解方式是組成PID的調節方式。

比例調節的作用:這種調節方式利用比例的反映來應對系統的偏差，如果系統出現了偏差，比例調節作用就會及時發揮調節作用從而減少偏差。如果比例作用過大，雖然能夠加快調節的速度，但是會造成系統的不穩定因素上升。

積分調節的作用:這種調解方式可以讓系統的穩態誤差減少，提高系統整體的無誤差度。如果存在誤差的話，積分調節就會一直進行，最終達到無誤差，然后積分調節就會停止，然后輸出一個常值。

微分調節的作用:這種調節方式能夠把系統的偏差信號的變化率反映出來，特點是有預見性，可以對系統可能出現的偏差變化趨勢預先分析出來，所以說能夠產生一定的控制能力，在偏差產生之前就通過微分調節消除掉。

3 三沖量調試在積水控制系統中的作用

整個調試過程中起到重要作用的就是PID控制器參數的設定。這組數值能夠讓回路有比較快的跟蹤效果，并且能降低閥位的波動幅度。進行PID控制器參數設定的方法有很多種，一般比較常用的方法有以下兩類:首先是理論計算整定法。這種方法通過系統的數學模型來進行操作，然后利用理論的計算對控制器的參數進行確定。但是這樣得出的數據不一定能用于使用，所以還需要相關的修改和調整過程。其次是工程整定這一方法，這種方式進行時需要操作者有一定的工作經驗，需要在控制系統內的實驗過程里進行。衰減法、反應曲線法以及臨界比例法是進行PID控制器參數設定的官方方法，但是不論你采用哪一種方式，得出的數據都需要在進行具體操作中進行完善和調整。

這次實驗用的調試方法需要通過運行經驗進行，需要確定一組可用的調節器參數。以下為PID控制器參數的工程整定經驗數據:

溫度T:P=20-60%,T=180-600s,D=3-180s

壓力P:P=30-70%,T=24-180s,

液位L:P=20-80%,T=60-300s,

流量L:P=40-100%,T=6-60s。

我們讓整個系統處于閉環的運作之中，然后進行人工的階躍擾動，把調節器的相關數值進行變化，之后對調節器和調節量的輸出階躍響應曲線進行觀察。

⑴把調節設備的相關參數也就是積分系數Ti設定為零，之后讓整個系統都處于閉環的運行當中，然后通過一定的比例系數，從大到小對其進行變化，讓整個系統的擾動信號發生階躍性變化，然后對整個過程進行記錄觀察，讓控制效果達到最佳。

⑵用0.83去乘比例系數Gain的當前取值，之后把積分系數Ti進行從小到大的增加，最后確保擾動信號能夠出現階躍變化，讓控制效果達到最佳。

(3)保持積分系數Ti的值不變，然后對比例系數Gain的進行變化，仔細觀察整個變化過程中有沒有改善情況，如果成功改善，就繼續進行調整，直到控制效果達到最佳，。如果不能改善，就把原來的比例系數Gain稍微增大，調整積分系數Ti的值，爭取改善控制過程。

我們運用起得到的各項參數，來對整個控制過程中出現的影響來修改相關的參數。這樣反復試驗,直到得出了以下數據:

單沖量時:Gain=+0.11 Ti(ms)=610,

三沖量時:串級Gain=+2.612 Ti(ms)=441.2,

4 結語

在進行完投運過程之后，通過液位的擾動(排污量變化)實驗，和負荷的擾動(產氣量變化)實驗等，證明其抗擾動的性能較好，而且，在負荷穩定的情況下，三沖量自動投入運行的最小負荷為15t/h，其水位波動范圍是±40mm。同樣方法，將除氧器液位自動控制投入了運行，投運以來運行平穩，達到了工藝要求，并且將系統的連鎖保護投入運行。

[1]潘立慧、魏松波.干熄焦技術.冶金工業出版社;第1版(2005年)107-120.