李樂

【摘要】余熱鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的作用，它能夠?qū)ιa(chǎn)中的余熱煙氣進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)化，使其成為蒸汽，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的動(dòng)力、熱能、熱能轉(zhuǎn)化成電能的有效提供。但當(dāng)前狀況下，余熱鍋爐仍然存在一些不完善的地方，主要表現(xiàn)為運(yùn)行成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，需要對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化。本文就針對(duì)余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究與分析。

【關(guān)鍵詞】余熱鍋爐 ?自動(dòng)控制 ?水位控制 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、控制方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行控制方案的設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足鍋爐汽包水位控制一定的范圍之內(nèi)，同時(shí)保證鍋爐產(chǎn)氣量需要適應(yīng)用汽設(shè)備用汽量的變化要求。為了對(duì)上述要求進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)，對(duì)以PLC為基礎(chǔ)的余熱鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，這一系統(tǒng)主要是由四個(gè)模塊共同組成的，分別為工業(yè)電視、PLC控制系統(tǒng)觸摸屏以及A/D轉(zhuǎn)換模塊。①工業(yè)電視：這一模塊的主要作用是運(yùn)用閉路電視系統(tǒng)對(duì)汽包水位與汽包壓力進(jìn)行合理有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控;②PLC控制系統(tǒng)：對(duì)于PLC的基本單元而言，一方面它可以對(duì)相關(guān)動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一定程度的監(jiān)視，另一方面也可以對(duì)動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行有效的控制，這樣一來，就能夠促使整個(gè)PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮出監(jiān)視與控制鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的作用;③觸摸屏：在這一模塊，可以在觸摸屏之上輸入相關(guān)的控制參數(shù)，觸摸屏可以對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)及其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效顯示;④A/D轉(zhuǎn)換模塊：這一模塊可以輸出模擬信號(hào)，對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行一定程度的控制，進(jìn)而達(dá)到控制水泵的目的。

二、熱工信號(hào)檢測設(shè)計(jì)

（1）液位檢測：在鍋爐運(yùn)行中，汽包液位是一項(xiàng)十分重要的參數(shù)，在設(shè)計(jì)中為了保證檢測的準(zhǔn)確性，配置了兩種原理不同的液位計(jì)進(jìn)行檢測，主要是以水平平衡容器配差壓變送器測量為主，在此基礎(chǔ)之上還以帶遠(yuǎn)傳的磁浮子液位計(jì)進(jìn)行輔助測量。除此之外，還對(duì)水位攝像頭進(jìn)行了設(shè)置，這樣一來，便可以通過閉路電視系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。

（2）流量檢測：在對(duì)鍋爐給水流量進(jìn)行檢測時(shí)，所用到的檢測設(shè)備為電磁流量計(jì)，需要注意結(jié)合實(shí)際情況，并綜合考慮給水流量、壓力、結(jié)構(gòu)形式等方面的因素，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行科學(xué)合理的選型。

（3）壓力檢測：鍋爐壓力檢測的內(nèi)容主要包含有爐膛負(fù)壓與煙道負(fù)壓，測量所用的儀器為差壓變送器，需要注意對(duì)測量儀器進(jìn)行優(yōu)化選擇，務(wù)必保證測量精度能夠符合設(shè)計(jì)要求。

（4）溫度檢測：在對(duì)鍋爐運(yùn)行溫度進(jìn)行檢測時(shí)，將安裝于水汽系統(tǒng)管道上的測溫元件運(yùn)用固定螺紋方式進(jìn)行連接，而將安裝于爐體、、設(shè)備以及空煙系統(tǒng)管道上的測溫元件以法蘭方式進(jìn)行連接，并在此基礎(chǔ)之上采用熱電偶進(jìn)行溫度檢測。

三、汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鍋爐運(yùn)行的過程中，汽包水位是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)，它能夠?qū)︻A(yù)熱鍋爐運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性進(jìn)行一定程度的反映。對(duì)汽包水位進(jìn)行科學(xué)合理的控制，使其處于給定的范圍之內(nèi)，一方面可以對(duì)蒸汽的品質(zhì)進(jìn)行一定程度的提升，另一方面也可以設(shè)備運(yùn)行損耗的減少起到有益作用。當(dāng)余熱鍋在運(yùn)行的過程中，如何負(fù)荷突然增大，汽包供汽量會(huì)隨之發(fā)生一定程度的上升，促使汽包壓力下降，進(jìn)而使水中的氣泡量顯著增加，最終導(dǎo)致鍋爐汽包水位的上升。在這種情況之下，汽包中的水量會(huì)隨著共汽量的上升而得到一定程度的下降。針對(duì)這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)將模糊控制算法引入到兩沖量控制系統(tǒng)之中，同時(shí)引入了汽包水位與蒸汽流量兩個(gè)測量信號(hào)。當(dāng)鍋爐運(yùn)行中給水壓力相對(duì)平穩(wěn)時(shí)，即使負(fù)荷狀態(tài)變化頻率較高，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于汽包水位的有效控制。當(dāng)蒸汽流量發(fā)生一定程度的變化時(shí)，在控制系統(tǒng)控制下，存在一個(gè)給水流量與蒸汽流量的同方向變化，這樣一來就可以對(duì)因“虛假水位”而造成的問題進(jìn)行有效的解決，保證調(diào)節(jié)閥按照正確的方向動(dòng)作。通過汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以對(duì)水量與水位的波動(dòng)情況進(jìn)行一定程度的減少，進(jìn)而對(duì)過渡過程的時(shí)間進(jìn)行有效的縮短。

四、PID參數(shù)自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計(jì)

相比于傳統(tǒng)的PID控制器，參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制器很好地繼承了前者高精度控制的優(yōu)勢，同時(shí)它還具備高控制靈活性、適應(yīng)性等方面的優(yōu)勢，使得系統(tǒng)具備良好的動(dòng)態(tài)特征與穩(wěn)態(tài)特征。將氣泡水位的誤差與誤差的變化量作為模糊控制的輸入量，在此基礎(chǔ)之上結(jié)合模糊合成體力設(shè)計(jì)PID參數(shù)的模糊矩陣表，獲取修正參數(shù)，并以此對(duì)控制參數(shù)值進(jìn)行有效的計(jì)算。然后將汽包水位誤差與汽包水位誤差的變化量進(jìn)行模糊化處理，并歸入到相應(yīng)的論域當(dāng)中，并為之建立有效的控制規(guī)則，形成模糊控制規(guī)則表。在汽包水位的控制過程中，依據(jù)汽包水位的誤差與誤差變化率對(duì)模糊控制規(guī)則表進(jìn)行查找，進(jìn)而得出校正量。在此基礎(chǔ)之上對(duì)重心法進(jìn)行一定程度的應(yīng)用，將其去模糊轉(zhuǎn)化為清晰量，并將得到的值乘以量化因子，獲得最終值，將最終值與PID基準(zhǔn)值相加得到最佳的瞬態(tài)PID參數(shù)，將其按照常規(guī)的PID運(yùn)算計(jì)算控制器輸出量到給水流量調(diào)節(jié)器。

五、結(jié)束語

本文主要針對(duì)余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究與分析，分別闡述與分析了控制方案設(shè)計(jì)、熱工信號(hào)檢測設(shè)計(jì)、汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及PID參數(shù)自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計(jì)。綜上所述，余熱鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的地位與作用，它對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益發(fā)展有著十分重要的意義。余熱鍋爐在運(yùn)行的過程中會(huì)受到諸多隨機(jī)性干擾因素的影響，進(jìn)而促使汽包水位的動(dòng)態(tài)特征十分復(fù)雜。針對(duì)這一情況，通過對(duì)余熱鍋爐水位模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證鍋爐運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱智亮.基于PLC的余熱鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2015，（12）.

[2]孫秀權(quán)，唐健，于秀銀.鍋爐和工業(yè)窯爐實(shí)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1993.

[3]黃偉.工業(yè)鍋爐汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].1999，（05）.

[4]任登鳳，宋飛虎.工業(yè)鍋爐汽包水位先進(jìn)PID控制研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009，（7）.

[5]孫君曼，謝澤會(huì)，李莉萍，等.基于生物質(zhì)鍋爐的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)仿真研究[J].鍋爐技術(shù)，2010，（1）.