分析模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統的體現

山東省濟南熱電有限公司 楊衛紅

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分析模糊PID的鍋爐汽包水位三沖量控制系統的體現

山東省濟南熱電有限公司 楊衛紅

【摘要】鍋爐是工業生產中重要的發電和供熱動力設備，但鍋爐汽包水位測定常存在“虛假水位”現象，影響鍋爐的安全性，因此設計鍋爐汽包水位三沖量給水控制系統，有效消除蒸汽量和給水流量波動干擾，能最優控制鍋爐汽包水位。本文采用水流量、蒸汽流量、汽包水位作為調節信號的三沖量控制方案，克服鍋爐“虛假水位”的干擾，采用自適應模糊PID控制鍋爐控制。

【關鍵詞】模糊PID；汽包水位；三沖量；控制系統

鍋爐是工業生產中主要動力設備，其主要是將燃料中化學能轉化成熱能，通過相應的設備將熱量轉化成為人們生產、生活所需能量，隨著工業生產規模不斷擴大，鍋爐在朝著大容量、高參數、高效率方向發展。其中水位調節過程中汽包水位的控制是重要內容，也是鍋爐安全生產的重要因素，鍋爐水位存在一定的“虛假水位[1]”現象。傳統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，蒸汽負荷的擾動因素。如何克服水自動控制系統的擾動因素，是給水設計控制系統設計的重要依據。

1　三沖量水位控制系統

三沖量給水調節系統中，汽包水位、蒸汽流量、給水流量作用與調節器接受裝置中，任何干擾因素的變化都能引起調節器的變化，其中汽包水位是最主要的干擾因素。當水量超出安全范圍，改變給水量可使水位恢復安全值。蒸汽流量是給水調節系統中前饋信號，能防止“虛假水位”引起的調節器錯位調節，改善蒸汽流量干擾因素對給水調節系統調節質量。給水流量和蒸汽流量兩個數據信號能有效消除系統出現的靜差。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擾，氣道穩定水流量的作用。鍋爐給水控制系統主要是保證鍋爐給水量適應鍋爐的蒸發量變化，需要將汽包水位維持在一定范圍內，保障鍋爐的安全性、穩定性。由于傳統的PID設計給水擾動存在慣性，因此符合擾動存在“虛假水位”情況。三沖量給水控制系統[2]是以汽包水位為主要信號，蒸汽流量為前饋信號，給水量為介質反饋信號的控制系統，其對水流量信號的反應較快，能在水位尚未出現變化時做出預警，其穩定了傳統的PID調節系統，保障了調節系統的穩定性。

2　三沖量水位控制系統工作原理

汽包水位是穩定鍋爐安全運行的重要參數，穩定狀態下的鍋爐水位是恒定值，但是實際情況下很難形成一個穩定值，一般情況下汽包水位是在小范圍內波動，波動越小鍋爐安全性越高。穩定狀態下鍋爐水位設定值、蒸汽流量、給水流量值是一種動態平衡關系。當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定在恒定值內；而當鍋爐負荷增大后，則閥門開大，水流量的值相應增大，這時會隨之出現“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，如果鍋爐負荷下降，則會關小閥門調整水位的流量，系統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設計

三沖量水位控制系統有另個閉合回路，分別是內回路和外回路。內回路主要由給水流量變送器、內回路調節器、變頻調節器、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，提高給水流量調節速度，提升水流量和蒸發量之間平衡，迅速控制通道中給水的擾動因素，初步調節水位變化。外回路由鍋筒水位變送器、外回路調節器、內回路組成，其主要作用是校正水位偏差，使水位回歸設定值。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，能克服蒸汽流量產生的擾動，精細調節水位變化。蒸發量和給水量變化時，水位變化容易出現偏差，特別是在蒸發量比較大的情況下，容易出現“虛假水位”情況。三沖量給水控制系統主要分為下位機和上位機兩部分，其利用以太網通訊高速交換數據。汽包水位控制主要是控制給水流量，將給水流量與蒸發量保持在動態平衡變化中，維持汽包水位的恒定值。汽包水位調節具有一定的慣性和延遲性，經過綜合考慮設計的三沖量給水控制系統，能有效消外部擾動控制因素，提高給水控制系統的安全性。

4　結束語

鍋爐汽包水位控制系統在傳統PID控制器調解下，難以有效區分“虛假水位”，因此結合模糊控制理論，能較好實現傳統PID控制的改造升級，使PID參數可在線自調整，得出最優的瞬態數據。PID控制系統與模糊控制結合起來，能達到較滿意的控制效果。模糊PID水位調節控制系統和常規PID相比，模糊PID調節時間短、超調量較小、控制上升時間短、控制穩態效果較好。模糊PID水位調節控制系統適用于工業鍋爐這種水位控制復雜對象，其良好的動靜態性指標能較好控制“虛假水位”現象。

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的研究[J].科技致富向導,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仿真研究[J].河南工程學院學報(自然科學版),2015,21(3):52-56,63.