分析模糊PID的锅炉汽包水位三冲量控制系统的体现

山东省济南热电有限公司 杨卫红



分析模糊PID的锅炉汽包水位三冲量控制系统的体现

山东省济南热电有限公司 杨卫红

【摘要】锅炉是工业生产中重要的发电和供热动力设备，但锅炉汽包水位测定常存在“虚假水位”现象，影响锅炉的安全性，因此设计锅炉汽包水位三冲量给水控制系统，有效消除蒸汽量和给水流量波动干扰，能最优控制锅炉汽包水位。本文采用水流量、蒸汽流量、汽包水位作为调节信号的三冲量控制方案，克服锅炉“虚假水位”的干扰，采用自适应模糊PID控制锅炉控制。

【关键词】模糊PID；汽包水位；三冲量；控制系统

锅炉是工业生产中主要动力设备，其主要是将燃料中化学能转化成热能，通过相应的设备将热量转化成为人们生产、生活所需能量，随着工业生产规模不断扩大，锅炉在朝着大容量、高参数、高效率方向发展。其中水位调节过程中汽包水位的控制是重要内容，也是锅炉安全生产的重要因素，锅炉水位存在一定的“虚假水位[1]”现象。传统测量虚假水位主要是容仪表测量，但是控制效果并不是非常理想。锅炉运行中“虚假水位”影响因素主要是给水管道和给水泵之间扰动，蒸汽负荷的扰动因素。如何克服水自动控制系统的扰动因素，是给水设计控制系统设计的重要依据。

1　三冲量水位控制系统

三冲量给水调节系统中，汽包水位、蒸汽流量、给水流量作用与调节器接受装置中，任何干扰因素的变化都能引起调节器的变化，其中汽包水位是最主要的干扰因素。当水量超出安全范围，改变给水量可使水位恢复安全值。蒸汽流量是给水调节系统中前馈信号，能防止“虚假水位”引起的调节器错位调节，改善蒸汽流量干扰因素对给水调节系统调节质量。给水流量和蒸汽流量两个数据信号能有效消除系统出现的静差。水流量是测量传感器速率最快信号，因此使用水流量信号作为反馈信号，能消除水位尚未变化时的内扰，气道稳定水流量的作用。锅炉给水控制系统主要是保证锅炉给水量适应锅炉的蒸发量变化，需要将汽包水位维持在一定范围内，保障锅炉的安全性、稳定性。由于传统的PID设计给水扰动存在惯性，因此符合扰动存在“虚假水位”情况。三冲量给水控制系统[2]是以汽包水位为主要信号，蒸汽流量为前馈信号，给水量为介质反馈信号的控制系统，其对水流量信号的反应较快，能在水位尚未出现变化时做出预警，其稳定了传统的PID调节系统，保障了调节系统的稳定性。

2　三冲量水位控制系统工作原理

汽包水位是稳定锅炉安全运行的重要参数，稳定状态下的锅炉水位是恒定值，但是实际情况下很难形成一个稳定值，一般情况下汽包水位是在小范围内波动，波动越小锅炉安全性越高。稳定状态下锅炉水位设定值、蒸汽流量、给水流量值是一种动态平衡关系。当给水流量信号与蒸汽流量信号相同时，汽包水位信号是恒定值，当给水流量信号与蒸汽流量信号相等时，水位信号与汽包水位稳定在恒定值内；而当锅炉负荷增大后，则阀门开大，水流量的值相应增大，这时会随之出现“虚假水位”，水位输出信号增大的情况。两个反馈回路信号能有效减小“虚假水位”影响，如果锅炉负荷下降，则会关小阀门调整水位的流量，系统会自动达到新的平衡，这样，蒸汽流量和给水流量的引入能超前响应的扰动变化，使给水阀门朝着正确的方向动作，减少水位的波动幅度，消除了“虚假水位”对锅炉安全的影响。

3　三冲量水位控制系统设计

三冲量水位控制系统有另个闭合回路，分别是内回路和外回路。内回路主要由给水流量变送器、内回路调节器、变频调节器、三台水泵组成，其主要作用是降低水压力波动对给水流量的影响，提高给水流量调节速度，提升水流量和蒸发量之间平衡，迅速控制通道中给水的扰动因素，初步调节水位变化。外回路由锅筒水位变送器、外回路调节器、内回路组成，其主要作用是校正水位偏差，使水位回归设定值。其利用蒸汽流量为前馈信号[3]，克服“虚假水位”情况，减少变频的误动

作和水位过大波动，能克服蒸汽流量产生的扰动，精细调节水位变化。蒸发量和给水量变化时，水位变化容易出现偏差，特别是在蒸发量比较大的情况下，容易出现“虚假水位”情况。三冲量给水控制系统主要分为下位机和上位机两部分，其利用以太网通讯高速交换数据。汽包水位控制主要是控制给水流量，将给水流量与蒸发量保持在动态平衡变化中，维持汽包水位的恒定值。汽包水位调节具有一定的惯性和延迟性，经过综合考虑设计的三冲量给水控制系统，能有效消外部扰动控制因素，提高给水控制系统的安全性。

4　结束语

锅炉汽包水位控制系统在传统PID控制器调解下，难以有效区分“虚假水位”，因此结合模糊控制理论，能较好实现传统PID控制的改造升级，使PID参数可在线自调整，得出最优的瞬态数据。PID控制系统与模糊控制结合起来，能达到较满意的控制效果。模糊PID水位调节控制系统和常规PID相比，模糊PID调节时间短、超调量较小、控制上升时间短、控制稳态效果较好。模糊PID水位调节控制系统适用于工业锅炉这种水位控制复杂对象，其良好的动静态性指标能较好控制“虚假水位”现象。

参考文献

[1]万胜,牛昱光,阎高伟等.变论域模糊PID在汽包水位控制中的研究[J].自动化与仪表,2014,29(7):39-42.

[2]林锋.基于模糊PID的锅炉汽包水位三冲量控制系统的研究[J].科技致富向导,2015,15(8):249-250.

[3]付立华,周洪.基于变论域模糊PID的锅炉汽包水位控制系统仿真研究[J].河南工程学院学报(自然科学版),2015,21(3):52-56,63.