锅炉主蒸汽压力控制系统讲解

安全压力控制系统结构框图
压力控制系统
图示为锅炉主蒸汽压力控制系统的方框图 本系统采用普通检测元件与电动单元组合的微机控制方案。系统的 主蒸汽压力采用压力传感器来测量，并经压力变送器、A/D转换后将 测量信号送至单片机的输入端，与主蒸汽压力设定值进行比较得到 偏差，将偏差输入到单片机中的控制算法程序中，该程序按此输入 偏差以PID控制规律进行运算后输出脉冲控制信号，以控制步进电机 的转速，然后进一步控制燃料与进风量到锅炉炉膛的速度。这样， 锅炉炉膛中单位时间内所产生的热量不同，从而改变锅炉汽水系统 的蒸汽发生量，最终改变主蒸汽压力的大小，达到控制主蒸汽压力 的目的。当然在系统中汽水系统所产生的蒸汽是完全跟踪主蒸汽压 力的，所以在调节器中对干扰量加以考虑后不会对系统产生误差动 作的影响。
• PID算法
控制理论告诉我们，PID控制的理想微分方程为： 1 t de(t ) u(t ) k p[e(t ) e ( t ) dt t ] d
Ti
0Leabharlann dt式中，e(t ) r(t ) y(t )称为偏差值，可作为压 力调节器的信号， 其中r(t )为给定值，y(t )为被测变量； k p 为比例系数；Ti 为积分时间函数；
dt e(t )
0
t

ek . T k
0
n
u n k p[en
1
Ti
k 0
ek T td
n
en en 1 ] T
写成递推形式：
u n 1 k p [e n e n 1
改写成：
T T e n d (e n 2e n 1 e n 2 )] Ti T
u(n ) u(n 1) k p {E(n ) E(n 1) kI E(n ) k D [E(n ) 2E(n 1) E(n 2)]}
u(n 1) PP PI PD
上面我们已经对偏差控制算法以及相关计算公式做了简单介绍，所以上式 又可改写为：
锅炉蒸汽压力控制系统
工程背景：
锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机 软硬件，自动控制和锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，作为 锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全，稳定，经济的运 行减轻工作人员的劳动强度。采用为计算机控制，能对锅炉进行 自动检测，自动控制等多项功能。由于我国工业锅炉生产操作水 平落后造成很多大量的热能丢失，实践证明，工业锅炉实现微型 计算机控制是锅炉安全生产，提高热效率，节约能源的一大创举， 因为锅炉生产开辟了广阔的前景。 采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法， 以达到优化技术指标，提高劳动效益和设计效益提高劳动生产率
节约能源，改善劳动条件，保护环境卫生提高市场竞争能力的作 用。
锅炉的工作原理：
锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或燃气等燃 料的燃烧释放的能量，并通过传热过程将能量传递给水，使 水转变为蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通 过蒸汽动力机转变为机械能，或通过汽轮发电机转变为电能。 所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸 汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。 锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃 料的燃烧过程、水的气化过程、烟气向水转化的过程。
Td 为微分时间函数； u(t )为调节器的输出控制电 压信号。
但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变换。若压力的采样周期为T
de(t ) e n e n 1 dt T
第n次采样得到的输入偏差为 e n ，调节器输出为 u n ，则有： （微分用差分代替） （微分用求和代替）
蒸汽压力控制系统
• 如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，反之，如果锅炉内压力 过高，有可能导致爆炸等安全事故的发生，所以必须保证锅炉的压 力处于一个适中的范围内，即必须对锅炉压力进行控制。上述蒸汽 压力控制系统在将控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力。 • 压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统。安全压力控 制系统是锅炉压力在安全压力范围内的控制系统，其主要完成的功 能是在安全基础上对压力进行调节，使压力维持在一定的范围内， 以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力 超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是压力超出某一 压力上限时，迅速打开安全阀，使压力降低，直到降到安全范围内 后又迅速关闭安全阀。所以安全压力控制系统采用选择控制，结构 框图如下
算法拓展：
（一）动态矩阵预测控制算法（DMC）是在常规PID控制的基础 上，增加了一个系统输出预测器。 该算法适用于被控对象具有纯滞后的情况。
uk u(k ) u(k 1) K p{e(k ) e(k 1)
~
T TP e(k ) d [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]} Tl Tp
式中，e(k)为k时刻测量的偏差值，这里取
e(k ) w(k ) y(k N ), N int( ) TP

模糊控制算法：
S:系统的设定值。 x1, x2: 模糊控制的输入（精确量）。
x1,x2:模糊量化处理后的模糊量。
U:经过模糊控制规则和近似推理后得出的模糊控制量。 u:经模糊判决后得到的控制量（精确量）。 y:对象的输出。
P(K ) P(K 1) K p {E(K ) E(K 1) k I E(K ) k D [E(K ) 2E(K 1) E(K 2)]}
P(K 1) PP PI PD
压力控制系统的选型：
1.蒸汽压力控制器
蒸汽压力控制器PT1为反作用，阀1为气开阀，安全阀为气开阀 当蒸汽压力突然增大，蒸汽压力检测变送器PT1的输出变大，由于蒸 汽压力控制器PC1为反作用，其输入减小，输出增大，使阀1开度变大 ，从而减小压力；当系统正常工作，即蒸汽压力低于选择器的设定值 阀1工作时，一旦压力超高，阀1处于打开状态；当系统失常时，即蒸 汽压力超过选择器设定值时，安全阀打开，从而使压力减小。