基于PLC的锅炉串级三冲量给水控制系统设计

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作者：田晓伟

来源：《硅谷》2014年第06期

摘要在工业控制中，锅炉的给水量与蒸发量的不均衡容易引起汽包水位的较大波动。为快速减小乃至消除给水量和负荷变化所带来的干扰，从而有效控制水位。实践中需要一种具有较高调节质量、抗干扰能力强、硬件结构简单的控制系统。文章介绍了一种数字PID控制算法在PLC上的实现方法，该控制方案可以有效控制汽包水位这类较难控制的热工对象。

关键词 PLC；控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0019-02

1 绪论

蒸汽锅炉作为工业生产中的重要设备，保证其安全有效的运行及输出质优的蒸汽是日常维护的重要工作。在应用中，锅炉内的实际水位偏离给定值过低，则不能保证汽水之间的正常循环并严重损坏锅炉。实际水位偏离给定值过大，汽水分离装置的正常运行就会受到影响，还会出现蒸汽溢出的危险。基于此，控制好汽包水位的合理变化是锅炉安全运行的必备要素。

2 受控对象特性

锅炉给水量、锅炉蒸发量是所设计控制系统实际运行中所要面对的两个主要扰动信号，为更好的确定控制系统硬件结构及软件流程，应首先对控制系统受控对象的动态特性进行分析。

1）给水扰动下的水位动态特性。当锅炉的给水量大于蒸发量时，汽包内的水位并未立即随之增加，而变现出一小段的惯性阶段，原因就在于循环系统之外的给水温度远小于循环系统内的汽水温度，当前者刚输入到循环系统内时，原有处于饱和状态的汽水会把一部分热量传递给温度较低的给水，这样就造成锅炉汽包及管路内热量的迅速下降，汽泡体积变小。汽水管路内气泡体积减小而腾出的空间恰被输入水量所充填，汽包内的水位暂时基本不受影响。如若汽泡体积变化接近临界状态时，汽包水位即开始因水量增加而渐渐上升，直至汽泡体积变化达到饱和状态，即动态过程结束时，汽包水位即开始随注入水量的增加呈直线性上升。

2）蒸发扰动下的水位动态特性。在持续不断的蒸发过程中，部分蒸汽会在短暂时间内无法从水中分离出来，如若蒸发状态呈现阶跃信号特点时，锅炉中的压力不再增加，循环系统中水的汽化度增加，二者混合物中蒸汽的体积即刻变大。此刻，锅炉给水量虽小于锅炉蒸发量，但汽包水位却表现出较快的增长。直至蒸发量与汽泡体积相适应，水位才表现出下降的趋势。