干熄焦锅炉给水控制系统PID参数的整定和应用

王丹(唐山中润煤化工有限公司，河北 唐山 063611)

1 概述

汽包锅炉的给水系统的主要任务就是自动控制汽包水位的变化程度，让它稳定在一定范围之内。对于锅炉的运行来说，汽包水位是一项重要的监控参数，它可以把给水的平衡关系以及锅炉的负荷间接的表示出来。保持好锅炉以及汽机的安全运行的重要条件就是维持好汽包的水位在允许的范围内，这同时也是锅炉正常运行的一项指标。

我公司的140t/h干熄焦装置于2009年5月开始投入试生产，各设备单元基本投入正常运行，但是，也还有部分问题存在，其中就包括锅炉系统自动控制一直没有投入运行(包括锅炉汽包给水自动控制、主蒸汽温度自动控制、除氧器液位自动控制等)。

2 控制系统的应用

锅炉自动控制系统采用PID调节，PID调节是工业控制中应用最广泛的一种调节方式，PID是英文单词比例(Proportion)，积分(Integral)，微分(Differential coefficient)的缩写。PID 指令用于过程变量的控制，它能维持被控过程变量在一个希望值，在Control Logix系统中，PID指令有两种PID方程，即绝对增益PID方程和相对增益PID方程。

微分、积分、比例这三种调解方式是组成PID的调节方式。

比例调节的作用:这种调节方式利用比例的反映来应对系统的偏差，如果系统出现了偏差，比例调节作用就会及时发挥调节作用从而减少偏差。如果比例作用过大，虽然能够加快调节的速度，但是会造成系统的不稳定因素上升。

积分调节的作用:这种调解方式可以让系统的稳态误差减少，提高系统整体的无误差度。如果存在误差的话，积分调节就会一直进行，最终达到无误差，然后积分调节就会停止，然后输出一个常值。

微分调节的作用:这种调节方式能够把系统的偏差信号的变化率反映出来，特点是有预见性，可以对系统可能出现的偏差变化趋势预先分析出来，所以说能够产生一定的控制能力，在偏差产生之前就通过微分调节消除掉。

3 三冲量调试在积水控制系统中的作用

整个调试过程中起到重要作用的就是PID控制器参数的设定。这组数值能够让回路有比较快的跟踪效果，并且能降低阀位的波动幅度。进行PID控制器参数设定的方法有很多种，一般比较常用的方法有以下两类:首先是理论计算整定法。这种方法通过系统的数学模型来进行操作，然后利用理论的计算对控制器的参数进行确定。但是这样得出的数据不一定能用于使用，所以还需要相关的修改和调整过程。其次是工程整定这一方法，这种方式进行时需要操作者有一定的工作经验，需要在控制系统内的实验过程里进行。衰减法、反应曲线法以及临界比例法是进行PID控制器参数设定的官方方法，但是不论你采用哪一种方式，得出的数据都需要在进行具体操作中进行完善和调整。

这次实验用的调试方法需要通过运行经验进行，需要确定一组可用的调节器参数。以下为PID控制器参数的工程整定经验数据:

温度T:P=20-60%,T=180-600s,D=3-180s

压力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。

我们让整个系统处于闭环的运作之中，然后进行人工的阶跃扰动，把调节器的相关数值进行变化，之后对调节器和调节量的输出阶跃响应曲线进行观察。

⑴把调节设备的相关参数也就是积分系数Ti设定为零，之后让整个系统都处于闭环的运行当中，然后通过一定的比例系数，从大到小对其进行变化，让整个系统的扰动信号发生阶跃性变化，然后对整个过程进行记录观察，让控制效果达到最佳。

⑵用0.83去乘比例系数Gain的当前取值，之后把积分系数Ti进行从小到大的增加，最后确保扰动信号能够出现阶跃变化，让控制效果达到最佳。

(3)保持积分系数Ti的值不变，然后对比例系数Gain的进行变化，仔细观察整个变化过程中有没有改善情况，如果成功改善，就继续进行调整，直到控制效果达到最佳，。如果不能改善，就把原来的比例系数Gain稍微增大，调整积分系数Ti的值，争取改善控制过程。

我们运用起得到的各项参数，来对整个控制过程中出现的影响来修改相关的参数。这样反复试验,直到得出了以下数据:

单冲量时:Gain=+0.11 Ti(ms)=610,

三冲量时:串级Gain=+2.612 Ti(ms)=441.2,

4 结语

在进行完投运过程之后，通过液位的扰动(排污量变化)实验，和负荷的扰动(产气量变化)实验等，证明其抗扰动的性能较好，而且，在负荷稳定的情况下，三冲量自动投入运行的最小负荷为15t/h，其水位波动范围是±40mm。同样方法，将除氧器液位自动控制投入了运行，投运以来运行平稳，达到了工艺要求，并且将系统的连锁保护投入运行。

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