plc在蒸汽鍋爐汽包液位pid控制系統的應用分析

　　先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應的比例系數，通過比例系數可以調節蒸汽流量或給水流量對調節系統的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調節信號h。如果水位設定值為g，那么在平衡條件下應有d×dk-w×wk+h-g=0的關系式存在。其中dk為蒸汽流量系數 wk為給水流量系數。如果再設定時，保證在穩態下d×dk=w×wk那么就可以得到h=g。此時調節器的輸出就與符合對應，給水閥停在某一位置上。若有一個或多個信號發生變化，平衡狀態被破壞，pi調節模塊的輸出必將發生變化。當水位升高了，則調節模塊的輸出信號就減小，使得給水調節閥關小。反之，當水位降低時，調節模塊的輸出值增大，使給水閥開大。實踐證明三沖量給水單極自動調節系統能保持水位穩定，且給水調節閥動作平穩。鍋爐給水系統中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉，用回流閥降低水壓防止爆管，現在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓。鍋爐給水量通過汽包液位調節。汽包液位測量選用浮筒液位計。為有效利用轉換廢熱，降低消耗，減低勞動強度，有利于整體工藝穩定，要求汽包液位自動控制，正常生產時波動應小于±5％。pid調節蒸汽出口閥可以很好的控制汽包壓力。開車正常后波動范圍不大，可以不考慮。轉化負荷波動、出預熱器鍋爐給水溫度變化、鍋爐負荷波動、排污量變化這幾個因素對汽包液位的影響必須考慮。以汽包液位為主調參數、以給水流量為副調參數、以蒸汽流量為前饋，但調節效果很差。引起汽包液位的大起大落。考慮到該廢熱鍋爐控制參數耦合小，流程簡單，產汽量也較穩定，我們從操作人員的操作中得到啟發，認為減少給水量的波動從而穩定給水溫度成為該廢熱鍋爐液位控制的要點。因此我們選用“以汽定水＋液位前饋”比值控制方案，方案框圖如圖3所示。

　　圖3 汽定水＋液位前饋比值控制方案框圖

　　其中系數k為汽水損失率（給水流量與蒸汽流量的比值），范圍為1.1～1.2。pid參數為p＝300％、i＝0.4、d＝0。這組pid參數可以使閥位波動幅度不大而回路有較快的跟蹤效果。液位前饋系數與鍋爐額定負荷密切相關，一般是額定負荷越大前饋系數也越大。本項目廢熱鍋爐的額定負荷為35t／h。前饋系數按表一給定，見附表：

　　附表 前饋系數表

　　投運時首先投運給水流量單回路，調節平穩后，再切換為蒸汽流量比值控制，液位前饋同時起作用。以汽定水＋液位前饋比值控制方案調試投運簡單方便，投運后經負荷擾動（產汽量變化）、液位擾動（排污量變化）實驗，抗擾動性能良好，投運以來運行平穩，達到工藝要求。圖4為2.5h實時液位記錄曲線，其中記錄了負荷擾動情況。液位波動范圍＜±3％。

4 永宏plc pid控制系統分析

　　4.1 帶pid控制功能的fatek可編程控制器

　　pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的pid控制器產品，作為國產plc企業，永宏電機股份公司一直致力于plc的研究開發工作，帶pid控制功能的fatek可編程控制器（plc）就是利用其閉環控制模塊來實現鍋爐汽包液位的pid控制，在異常情況下，如液位偏離正常值較大時，通過plc控制系統控制，可以快速恢復水位，保證鍋爐的安全穩定運行。當水位控制和主蒸汽溫度控制發生矛盾時，可根據矛盾的主要方面進行兩者的協調控制。它包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個控制回路，實質上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統組成的復合控制系統。當蒸汽流量變化時，鍋爐汽包水位控制系統中的給水流量控制回路可迅速改變進水量以完成粗調，然后再由汽包水位調節器完成水位的細調。圖5是有永宏plc組成的控制系統示意圖。

　　圖5 永宏plc控制系統示意圖