王丹(唐山中潤(rùn)煤化工有限公司，河北 唐山 063611)

1 概述

汽包鍋爐的給水系統(tǒng)的主要任務(wù)就是自動(dòng)控制汽包水位的變化程度，讓它穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。對(duì)于鍋爐的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，汽包水位是一項(xiàng)重要的監(jiān)控參數(shù)，它可以把給水的平衡關(guān)系以及鍋爐的負(fù)荷間接的表示出來(lái)。保持好鍋爐以及汽機(jī)的安全運(yùn)行的重要條件就是維持好汽包的水位在允許的范圍內(nèi)，這同時(shí)也是鍋爐正常運(yùn)行的一項(xiàng)指標(biāo)。

我公司的140t/h干熄焦裝置于2009年5月開(kāi)始投入試生產(chǎn)，各設(shè)備單元基本投入正常運(yùn)行，但是，也還有部分問(wèn)題存在，其中就包括鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)控制一直沒(méi)有投入運(yùn)行(包括鍋爐汽包給水自動(dòng)控制、主蒸汽溫度自動(dòng)控制、除氧器液位自動(dòng)控制等)。

2 控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)是工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，PID是英文單詞比例(Proportion)，積分(Integral)，微分(Differential coefficient)的縮寫(xiě)。PID 指令用于過(guò)程變量的控制，它能維持被控過(guò)程變量在一個(gè)希望值，在Control Logix系統(tǒng)中，PID指令有兩種PID方程，即絕對(duì)增益PID方程和相對(duì)增益PID方程。

微分、積分、比例這三種調(diào)解方式是組成PID的調(diào)節(jié)方式。

比例調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)節(jié)方式利用比例的反映來(lái)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的偏差，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)作用就會(huì)及時(shí)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用從而減少偏差。如果比例作用過(guò)大，雖然能夠加快調(diào)節(jié)的速度，但是會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素上升。

積分調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)解方式可以讓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減少，提高系統(tǒng)整體的無(wú)誤差度。如果存在誤差的話，積分調(diào)節(jié)就會(huì)一直進(jìn)行，最終達(dá)到無(wú)誤差，然后積分調(diào)節(jié)就會(huì)停止，然后輸出一個(gè)常值。

微分調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)節(jié)方式能夠把系統(tǒng)的偏差信號(hào)的變化率反映出來(lái)，特點(diǎn)是有預(yù)見(jiàn)性，可以對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的偏差變化趨勢(shì)預(yù)先分析出來(lái)，所以說(shuō)能夠產(chǎn)生一定的控制能力，在偏差產(chǎn)生之前就通過(guò)微分調(diào)節(jié)消除掉。

3 三沖量調(diào)試在積水控制系統(tǒng)中的作用

整個(gè)調(diào)試過(guò)程中起到重要作用的就是PID控制器參數(shù)的設(shè)定。這組數(shù)值能夠讓回路有比較快的跟蹤效果，并且能降低閥位的波動(dòng)幅度。進(jìn)行PID控制器參數(shù)設(shè)定的方法有很多種，一般比較常用的方法有以下兩類(lèi):首先是理論計(jì)算整定法。這種方法通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行操作，然后利用理論的計(jì)算對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行確定。但是這樣得出的數(shù)據(jù)不一定能用于使用，所以還需要相關(guān)的修改和調(diào)整過(guò)程。其次是工程整定這一方法，這種方式進(jìn)行時(shí)需要操作者有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，需要在控制系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程里進(jìn)行。衰減法、反應(yīng)曲線法以及臨界比例法是進(jìn)行PID控制器參數(shù)設(shè)定的官方方法，但是不論你采用哪一種方式，得出的數(shù)據(jù)都需要在進(jìn)行具體操作中進(jìn)行完善和調(diào)整。

這次實(shí)驗(yàn)用的調(diào)試方法需要通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，需要確定一組可用的調(diào)節(jié)器參數(shù)。以下為PID控制器參數(shù)的工程整定經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):

溫度T:P=20-60%,T=180-600s,D=3-180s

壓力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。

我們讓整個(gè)系統(tǒng)處于閉環(huán)的運(yùn)作之中，然后進(jìn)行人工的階躍擾動(dòng)，把調(diào)節(jié)器的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行變化，之后對(duì)調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)量的輸出階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行觀察。

⑴把調(diào)節(jié)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)也就是積分系數(shù)Ti設(shè)定為零，之后讓整個(gè)系統(tǒng)都處于閉環(huán)的運(yùn)行當(dāng)中，然后通過(guò)一定的比例系數(shù)，從大到小對(duì)其進(jìn)行變化，讓整個(gè)系統(tǒng)的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生階躍性變化，然后對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行記錄觀察，讓控制效果達(dá)到最佳。

⑵用0.83去乘比例系數(shù)Gain的當(dāng)前取值，之后把積分系數(shù)Ti進(jìn)行從小到大的增加，最后確保擾動(dòng)信號(hào)能夠出現(xiàn)階躍變化，讓控制效果達(dá)到最佳。

(3)保持積分系數(shù)Ti的值不變，然后對(duì)比例系數(shù)Gain的進(jìn)行變化，仔細(xì)觀察整個(gè)變化過(guò)程中有沒(méi)有改善情況，如果成功改善，就繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，直到控制效果達(dá)到最佳，。如果不能改善，就把原來(lái)的比例系數(shù)Gain稍微增大，調(diào)整積分系數(shù)Ti的值，爭(zhēng)取改善控制過(guò)程。

我們運(yùn)用起得到的各項(xiàng)參數(shù)，來(lái)對(duì)整個(gè)控制過(guò)程中出現(xiàn)的影響來(lái)修改相關(guān)的參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn),直到得出了以下數(shù)據(jù):

單沖量時(shí):Gain=+0.11 Ti(ms)=610,

三沖量時(shí):串級(jí)Gain=+2.612 Ti(ms)=441.2,

4 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行完投運(yùn)過(guò)程之后，通過(guò)液位的擾動(dòng)(排污量變化)實(shí)驗(yàn)，和負(fù)荷的擾動(dòng)(產(chǎn)氣量變化)實(shí)驗(yàn)等，證明其抗擾動(dòng)的性能較好，而且，在負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，三沖量自動(dòng)投入運(yùn)行的最小負(fù)荷為15t/h，其水位波動(dòng)范圍是±40mm。同樣方法，將除氧器液位自動(dòng)控制投入了運(yùn)行，投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到了工藝要求，并且將系統(tǒng)的連鎖保護(hù)投入運(yùn)行。

[1]潘立慧、魏松波.干熄焦技術(shù).冶金工業(yè)出版社;第1版(2005年)107-120.