摘 要：針對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化快速發(fā)展的現(xiàn)狀，對其在鍋爐汽包水位控制和冷卻器控制中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，明確自動化技術(shù)實際應(yīng)用具有的優(yōu)勢，為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化后續(xù)發(fā)展提供可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計制造；自動化；鍋爐汽包水位控制；冷卻器控制

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0252-02

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化即將電子與機(jī)械技術(shù)作為核心，不同技術(shù)和學(xué)科充分結(jié)合與滲透的主要產(chǎn)物，是一門正處快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)的新興學(xué)科，通過機(jī)械自動化，能使機(jī)械工業(yè)對應(yīng)的生產(chǎn)方式和技術(shù)結(jié)構(gòu)都發(fā)生本質(zhì)上的改變，并使現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)從最初的機(jī)械電器化實現(xiàn)機(jī)械自動化。

1 在鍋爐汽包水位控制中的應(yīng)用

在蒸汽生產(chǎn)中，鍋爐汽包為重要設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，使汽包液位實際高度處在要求的范圍內(nèi)，是十分重要的。如果水位相對較低，則會對產(chǎn)氣量造成影響，使鍋爐發(fā)生干燒，引起安全事故；如果水位相對較高，則生產(chǎn)的蒸汽中將含有大量的水，對蒸汽質(zhì)量造成影響。以上都是極為危險的，所以要對汽包液位進(jìn)行有效控制，以保證生產(chǎn)安全[1]。

1.1 單沖量控制

汽包的水位控制主要是對給水進(jìn)行控制，按照這一基本原理，可采用如圖1所示的控制系統(tǒng)。

所謂沖量，即一種變量，而單沖量實際上就是汽包水位。該系統(tǒng)簡單可靠。如果蒸汽負(fù)荷明顯增加，則會出現(xiàn)假水位的情況，使控制器無法控制給水閥使給水量增加，使鍋爐內(nèi)的物料保持平衡。待假水位的現(xiàn)象消失以后，因蒸汽量有所增加，所以送水量將明顯減小，造成劇烈波動，引起安全事故?；诖?，對停留時間相對較短和負(fù)荷變動劇烈的實際情況，該系統(tǒng)不可使用，難以達(dá)到正常水位。從小型鍋爐角度講，因水在汽包當(dāng)中需要長時間停留，所以蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時，上述提到的假水位將不明顯，加之設(shè)有報警系統(tǒng)，所以能保證操作的安全性?？梢?，該系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)的實際要求[2]。

1.2 雙沖量控制

在對汽包水位進(jìn)行控制時，蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化是最主要的干擾之一。若以蒸汽流量為依據(jù)來實施校正，則除了能對誤動作進(jìn)行補(bǔ)償，還能使控制閥及時動作，避免水位發(fā)生劇烈波動，對控制品質(zhì)進(jìn)行有效改善。基于此，引入蒸汽流量這一信號，即可構(gòu)成雙沖量的水位控制系統(tǒng)。就本質(zhì)來看，該系統(tǒng)是在單回路基礎(chǔ)上引入前饋控制的復(fù)合式的系統(tǒng)。其中，前饋屬于靜態(tài)前饋，如果要考慮兩條通道在動態(tài)方面的差異，要引入相應(yīng)的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)連接方面，加法器實際輸出可采用以下公式計算得出：

I=C1IC±C2IF±I0（1）

式（1）中，IC表示控制器實際輸出；IF表示初始偏置值；C1和C2均表示加法器系數(shù)，其中，C1通常取1，而C2的取值需要理論分析得出。此外，設(shè)置I0的主要目的在于確保其保持在正常負(fù)荷條件下，加法器與控制器實際輸出均有適中值。在條件允許的情況下，I0應(yīng)與C2IF盡可能的接近，以實現(xiàn)相互抵消。

1.3 三沖量控制

通過以上分析可知，對于雙沖量控制，它存在以下兩項缺陷：①控制閥實際工作特性并不完全屬于線性特性，使靜態(tài)補(bǔ)償?shù)碾y度很大；②無法克服給水系統(tǒng)方面造成的擾動。基于此，可通過對給水流量信號的再次引入來構(gòu)成一個新的控制系統(tǒng)[3]。

在實際情況中，三沖量控制有很多實施方案，以其中一種為例，即串級控制和前饋控制相結(jié)合的控制，以汽包水位為主要沖量，而給水流量為次要沖量。如果汽包的實際停留時間相對較短，或存在嚴(yán)重的虛假水位情況，則應(yīng)引入流量信號具有的微分作用。此信號必須是負(fù)微分，防止因負(fù)荷突變而造成停機(jī)。

該系統(tǒng)加法器對應(yīng)的運算關(guān)系和上述提到的雙沖量控制基本相同，其參數(shù)設(shè)置為：

（1）C1既可取1，也可取比1略顯的值；

（2）如果采用氣開閥，則C2應(yīng)取正值，根據(jù)物料平衡關(guān)系實施計算；

（3）I0取值應(yīng)和以上控制系統(tǒng)相一致。

在本系統(tǒng)當(dāng)中，水位與流量的控制器，其參數(shù)整定方式和普通串級控制基本一致。部分裝置中，運用了較為簡單的系統(tǒng)，僅裝設(shè)一臺加法器與控制器，在控制器的前段連接加法器。當(dāng)然，也可將加法器安裝在控制器以后。

對于加法器，其正負(fù)號表示采用氣關(guān)閥與正作用控制器實際情況。采用氣關(guān)閥與正作用控制器直接相連的方法，能減少儀表的數(shù)量，僅裝設(shè)一個控制器就可以達(dá)到要求；而若系數(shù)的設(shè)置無法保證物料達(dá)到平衡，在負(fù)荷發(fā)生變化時，實際水位將產(chǎn)生余差。采用在水位裝設(shè)正作用控制器的連接方法，雖然水位沒有余差，但需要使用很多的儀表，無論是系數(shù)設(shè)置，還是投運，都比之前的方法復(fù)雜。因此，在實際情況中要根據(jù)具體要求選擇適宜的連接方法。

2 在冷卻器控制中的應(yīng)用

2.1 冷卻劑流量控制

對冷卻劑流量有效控制而言，其作用機(jī)理為通過對傳熱面積的改變來達(dá)到預(yù)期控制目的?？刂葡到y(tǒng)必須保持平穩(wěn)，充分利用現(xiàn)有的冷量，而且對壓縮機(jī)而言，其入口壓力應(yīng)沒有太大的影響。然而，該方法在靈活性上較差，蒸發(fā)空間難以保證，容易使壓縮機(jī)遭到損壞。基于此，建議采用串級控制系統(tǒng)，在運用該系統(tǒng)時，可有效限制液位，確保蒸發(fā)空間達(dá)到充足。

2.2 氣氨排量控制

對氣氨排量的有效控制而言，其作用機(jī)理為通過對平均溫度的改變來控制出口端實際溫度，該系統(tǒng)靈活迅速，而制冷系統(tǒng)應(yīng)能允許入口側(cè)產(chǎn)生的壓力波動。除此之外，該系統(tǒng)對冷量的實際利用也不夠充分。為保證系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運行，應(yīng)采取液位控制方案，避免液氨進(jìn)入管道當(dāng)中，對壓縮機(jī)造成損壞[4]。

通過上述分析可以看出，被控設(shè)備與自動控制能構(gòu)成基本無人參與的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場的操作人員在操作控制室中，即可對裝置實際變化進(jìn)行實時觀察，能從本質(zhì)上保證生產(chǎn)安全，減少勞動量，降低出錯率。近年來，我國工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模明顯擴(kuò)大，對自然環(huán)境的破壞與污染越來越嚴(yán)重，而自動化控制能從根本上減少污染，使工業(yè)生產(chǎn)得到快速發(fā)展。

3 結(jié)束語

從以上應(yīng)用效果看，機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的合理應(yīng)用，不僅能提高機(jī)械設(shè)計制造與控制的技術(shù)水平，還能從根本上減少勞動力，保證生產(chǎn)制造過程中的安全性與可靠性，避免發(fā)生質(zhì)量問題和安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]潘 偉，安 鵬，車軍平.機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的設(shè)計原則及發(fā)展趨勢[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（01）：100+108.

[2]何 楠.機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（07）：148～149.

[3]梁喜佳，張洪偉.淺析機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的特點與優(yōu)勢及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（06）：126.

[4]趙 巖.機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報，2013，27（04）：87～90.

收稿日期：2018-5-12