王華盛,鄭文崗（.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心; . 北華大學(xué)機械工程學(xué)院,吉林 吉林 30）

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自然循環(huán)鍋爐中過熱蒸汽控制的數(shù)據(jù)分析

王華盛1,鄭文崗2
（1.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心; 2. 北華大學(xué)機械工程學(xué)院,吉林 吉林 132021）

摘 要：通過研究自然循環(huán)鍋爐的過熱蒸汽控制系統(tǒng)，針對常規(guī)PID難以解決系統(tǒng)燃燒過程中產(chǎn)生的擾動因素和滯后延時問題，本文提出預(yù)測外推數(shù)據(jù)處理算法的控制策略，結(jié)合內(nèi)模控制進一步完善預(yù)測控制效果，解決由于各種干擾因素及相互影響和滯后延時引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性能和動態(tài)性能變差的問題。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán)鍋爐；過熱蒸汽；內(nèi)?？刂?/p>

1 自然循環(huán)鍋爐控制系統(tǒng)分析

自然循環(huán)鍋爐是工廠中重要的動力設(shè)備，在燃燒系統(tǒng)中，影響過熱蒸汽的因素很多，各種擾動因素之間又相互影響過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性也各不相同。因此過熱蒸汽控制的主要任務(wù)就是：（1）解決過熱器延遲較大的問題；（2）盡量消除各種干擾因素及相互影響，使過熱器的出口蒸汽溫度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而保證過熱蒸汽品質(zhì)。

2 過熱蒸汽控制

由于過熱蒸汽不易控制，一般很少用于工業(yè)制作的熱量傳遞過程，因此通過分析過熱蒸汽的壓力與溫度的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)蒸汽控制。

2.1 過熱蒸汽壓力

以過熱蒸汽壓力為被控變量的鍋爐燃燒系統(tǒng)控制，使燃油與空氣量之間保持一定的比值，以獲得良好燃燒。鍋爐出口的蒸汽壓力控制是其對燃油量的串級控制系統(tǒng)和燃油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。過熱蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　過熱蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 過熱蒸汽溫度控制

溫度控制本身有很大的滯后，單回路反饋控制不但滯后時間較大，而且在抗干擾的穩(wěn)定性上也難達到要求。針對系統(tǒng)被控對象的純滯后時間問題，本文采用預(yù)測外推算法處理，其中：調(diào)節(jié)閥為

2.3 內(nèi)?？刂?/p>

因為有滯后的存，所以在普通的PID方法是很難針對滯后過程來進行控制的。而我們則根據(jù)內(nèi)?？刂凭哂心芟郎笥绊懙奶攸c，采用內(nèi)?？刂品椒▉磉M行控制鍋爐燃燒的系統(tǒng)。并可以通過仿真來進行驗證，它的超調(diào)量小，穩(wěn)定性強，具有很強的實用性。

圖2　預(yù)測外推數(shù)據(jù)處理的過熱蒸汽溫度控制仿真模型

內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)，R(S)為給定輸入，Y(S)為給定輸出，D(S)為干擾輸入，C(S)為控制器，G(S)為受控過程，為對象的預(yù)測模型（內(nèi)部模型）。

2.4 過熱蒸汽流量控制

過熱蒸汽流量的變化間接反映著最初進入除氧后的軟化水流量的變化，從而影響整個系統(tǒng)流量和過熱蒸汽的穩(wěn)定和質(zhì)量，并使蒸汽的溫度和壓力達到工藝要求，是蒸汽流量維持在允許的波動范圍內(nèi)。因此建立以過熱蒸汽流量為被控變量，執(zhí)行器為過熱蒸汽管線調(diào)節(jié)閥的單回路反饋控制系統(tǒng)，控制器為PID調(diào)節(jié)器。過熱蒸汽流量控制仿真模型如圖3所示。

圖3　過熱蒸汽流量控制仿真模型

仿真結(jié)果證明只要有偏差，積分就作用，由于反饋回路有延遲，導(dǎo)致偏差一直累積，波形偏離初始值不斷向上增長，調(diào)節(jié)時間過長。由于加入微分作用，超調(diào)量減小。只加入比例與微分作用，調(diào)節(jié)時間減小，穩(wěn)定值仍可回歸與初始值1。

3 設(shè)計總結(jié)

綜上所述，本設(shè)計的方案基本以工業(yè)上常見的控制方案為依據(jù)，以PID控制和對預(yù)測外推數(shù)據(jù)進行處理分析，解決各種干擾因素及相互影響，之后運用內(nèi)?？刂苼斫鉀Q滯后延時的問題。并運用Matlab仿真軟件做過熱蒸汽的壓力、溫度、流量的數(shù)據(jù)分析，以方便做到集中控制。這樣可以保證方案簡單，具有較高的可實施性。減少人為干預(yù)，并消除了安全隱患，提高生產(chǎn)效率。也考慮了安全生產(chǎn)的要素，保證了系統(tǒng)能在安全的狀況下安全生產(chǎn)。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.060