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锅炉汽包水位的三冲量控制设计


锅炉汽包水位的三冲量控制设计
二重计量技术所 郭静

摘要
热力车间的锅炉测控系统中, 蒸汽流量计量系统和汽包水位测控 系统是两大核心系统。 如何确保蒸汽流量计量准确可靠在于过热蒸汽 密度补偿的准确性。 而确保汽包水位测控系统正常运行则是整个锅炉 控制系统的重中之重。

关键词
三冲量 PID 控制 反馈控制 前馈控制 1、引言 热力公司锅炉的汽包水位调节现场存在两种控制方式。其一:水 位测量、蒸汽流量、给水流量、三冲量控制仪表,从而实现汽包水位 的三冲量调节;其二,测量的三个参数进入 DCS 系统,三冲量算法 由软件编程来实现。随着企业的发展,软件实现三冲量将成为必然趋 势,所以准确的实现三冲量的算法很重要。 2、仪表三冲量与软件三冲量实现的分析 2.1 仪表三冲量分析 热力车间锅炉汽包水位控制原理: 差压变送器测量左汽包水位的 水位计感受到的汽包液位的高度通过压力,输出 4~20mA 电流信号, 通过 DCS 系统的模拟量输入模块进入到系统,组态软件 trace mode 将测量到的水位信号、给水流量信号、蒸汽流量信号经过三冲量算法

输出一个 0~100%的信号,经模拟量输出信号来控制给水调节阀门的 开度,从而精确控制汽包水位。 测量系统由水位测量、蒸汽温度、给水流量、三冲量控制仪表构 成,原理是“【主 PID(反馈)】–前馈–【副 PID(反馈)】”控制, 属于标准的三冲量控制。 其中主 PID 是水位测量数据, 前馈调节因素 为蒸汽流量测量数据,副 PID 是给水流量测量数据。 PID 环节就是反馈控制,故存在比例、积分、微分控制;前馈环 节包含静态前馈控制和动态前馈控制,经过分析,在锅炉控制中,此 前馈控制属于静态前馈控制(原理不在叙述),静态前馈控制仅相当 于一个比例控制,在锅炉控制中属于干扰因素,符号为负号(原理不

在叙述),即负号比例控制。蒸汽流量的突然增大和减小,所带来的
干扰将会由前馈控制消除到最小。 所以三冲量控制的作用为了消除影 响水位调节输出的外部干扰所带来的直接影响, 即蒸汽流量的突变带 来的影响。 2.2 软件三冲量实现的分析 测量环节的三个数据分别经过 A/D 转换,进入控制层面后,需 要进行一些数据运算。这里给出可行的两种算法图,如何实现根据软 件不同只需要做出 PID、 前馈控制的软件编程即可, 实质上是对 PID、 前馈控制算法进行合适的组合而已。 (1)水位测量偏差为 PID 控制对象,蒸汽流量作为静态前馈控 制环节一主参数,其控制规律为负比例系数,给水流量作为静态前馈 控制环节二主参数,其控制规律为正比例系数,PID 输出与环节一做

减法,输出在与环节二做加法,最后的输出作为上水执行机构的控制 信号。(具体模块算法较为简单,只需组合即可,原理不在叙述)

水位测量值 PV PID 算法

水位设定值 SP

蒸汽流量测量值

前馈控制-K

静态前馈控制,规律为负比例系数

给水流量测量值

前馈控制 K

静态前馈控制,规律为正比例系数

给水调节机构 水管

(2)主 PID——前馈——副 PID”控制方法 原理如下介绍: 汽包水位测控系统采用带有外部输入的前馈串级控制系统,即 “前馈——反馈” 控制系统。 给水流量测控系统作为辅助 PID 回路的 输入信号,蒸汽流量测控系统作为前馈控制系统的输入信号,水位测 控作为主 PID 回路的输入信号。

水位测量值 PV 主 PID 算法

水位设定值 SP

蒸汽流量测量值

前馈控制-K

静态前馈控制,规律为负比例系数

给水流量测量值

副 PID 算法

给水调节机构 水管

3、结论 上述两种软件实现的三冲量设计方法,实用性强。只需要简单的 软件编程即可,根据实际使用效果选用恰当的方法,在实际中确定前 馈控制的比例系数也是一个很重要的因素。 2011-9-30


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