三冲量控制

艺规定的范围内。由此分析出锅炉的受控变量为汽包水位，操纵变量是给水流量。汽包水位是锅
标，水位过高或过低都会带来比较严重的后果。所以通常采用三冲量控制方案，即分别对给水流量
水位进行控制，控制系统结构如图一示：
图一 汽包三冲量控制图 三冲量控制实际上是前馈蒸汽流量和串级控制组成的复合控制系统，系统如图二所示，
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控制策略ｐＳｔｒａｔｅｇｙ在锅炉控制系统中的应用 －－－－
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【摘要】主要针对锅炉控制系统的特点、控制策略的特点及使用方法、ＰＩＤ控制回路的整定和
面介绍了力控控制策略在控制系统中的应用。
【关键字】控制策略 实时数据库 算法块 ＰＩＤ 参数整定
一、前言
众所周知，工业过程控制系统的安全性、稳定性、准确性和经济性是企业考虑的重中之重，
可行的重要指标。随着工业自动化整体技术水平的提高，方案的选择范围增多，但据不同的要求和不同的
点，最优方案始终是我们的首选。其中以三维力控自动化监控组态软件为上位机的控制系统中，
全性、准确性和稳定性的同时，也保证了项目投资成本的最小化。
图四 控制策略编辑窗口 说明： １． 左边是个树型列表 （１）“工具”下是分类的算法块 （２）“策略管理”下是策略窗口 ２．右边是当前策略编辑窗口 １．建立数据库变量：运行力控开发系统或者实时数据库开发系统，进入数据库组态环境ＤｂＭａｎａｇｅ， 示：
二、系统特点
在锅炉控制系统中，锅炉汽包水位的控制、过热蒸汽的温度控制、燃料量流量的控制和送风
制重点，下面就汽包水位控制过程进行分析，明确控制对象、操作量和被调量等参数，用类似方法可分析其
控制过程。
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锅炉汽包水位控制：汽包水位调节系统的主要任务是使给水量与锅炉蒸发量保持平衡，并维
表一 ＰＩＤ点主要参数表 ５．３ 为方便ＰＩＤ回路的调节，画面设计如下：
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６．编译、运行
４．ＰＩＤ控制器的信号输入和输出的连接，具体步骤如下： ４．１绘制ＰＩＤ功能模块一样，绘制数据库输入变量和数据库输出变量，也可以绘制“变量”下的其 块，方法类同，这里仅以数据库变量为例，如图十三所示：
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图 三 系统结构图 优越性：在传统的锅炉控制系统的方案设计中，通常采用ＤＣＳ、ＰＬＣ或智能仪表内部整合的控制算法完成一 列的ＰＩＤ控制，但是仍有它们的不足之处。首先，这些控制设备内部的控制策略修改起来很不方便 在系统运行期间甚至是不允许修改的。其次，这些控制设备的控制能力与它的成本成正比率关系 能完成一些简单的常规控制，而且逻辑操作速度不高，控制算法种类也偏少。这些缺陷严重制约
图十五 已建立连接的算法块 注意： 连完线后，检查是否有虚接现象 ４．４ 简单的单ＰＩＤ控制回路已经完成，保存，编译。 ５．界面组态 控制策略完成后，数据库组态“ＤＢＭａｎａｇｅ”中发生了如下变化：
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图六 添加ＰＩＤ控制器 ３．设置ＰＩＤ算法块属性及参数，ＰＩＤ算法块的主要属性列表如图七所示：
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图十三 绘制数据库输入输出块 ４．２ 正确选择数据库输入输出变量及参数，这些变量都是在数据库中已定义的点，点有很多的 是点的某一参数值，选择方法如图十四所示：
图十四 选择数据库变量 ４．３ 各算法块的连接方法：将鼠标放在算法块端子处，稍停片刻，若为输入端子，则鼠标变 端子，则鼠标变成ｏｕｔ，此时，双击鼠标一次，再将鼠标转致另外算法块的端子，双击鼠标，若成功 出现白色虚线，将鼠标移致别处，则算法块间出现一条白色实线。如图十五所示：
参数详细说明见图七及表一
图十 实时数据库和控制策略进程
７．ＰＩＤ调节 ＰＩＤ调节的最终目标是使系统达到稳定状态，使最大动态偏差尽可能小、调节时间最短、调节过 的误差积分值最小等等，综合这些首先我们必须明确力控ＰＩＤ算法原理和ＰＩＤ对系统调节的影响趋势 控制算法公式如下： 比例项 ＝ 比例 ＊（本次偏差 — 上次偏差） 积分项 ＝ 比例 ＊ 偏差 ＊ 采集周期 ／ 积分时间常数 微分项 ＝ 比例 ＊微分时间常数 ＊（本次偏差 － ２＊上次偏差 ＋ 上两次偏差）／采集周期 如果是正动作，则： 输出 ＝ 上次输出 ＋ 比例项＋ 积分项 ＋ 微分项 如果是反作用，则： 输出 ＝ 上次输出 — 比例项— 积分项 — 微分项 比例系数ＫＰ加大使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小，ＫＰ偏大，振荡次数加多，调节时间 太大时，系统会趋于不稳定。ＫＰ太小，又会使系统的动作缓慢。ＫＰ可以选负数，这主要是由执行机 控制对象的特性决定的。如果ＫＰ的符号选择不当，对象状态（ＰＶ值）就会离控制目标的状态（ＳＰ值）越 现这样的情况ＫＰ的符号就一定要取反；积分控制ＫＩ对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降 分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度；微分控制ＫＤ对系统性能的影 用可以改善动态特性，ＫＤ偏大时，超调量较大，调节时间较短。ＫＤ偏小时，超调量也较大，调节时间 有ＫＤ合适，才能使超调量偏小，减短调节时间。 ８．单ＰＩＤ控制回路的特点及无扰切换 ８．１ ＰＩＤ控制回路的特点： 手动控制方式：ＰＩＤ控制器的输出由手动完成，ＳＰＬ、ＳＰＣ、ＳＰ、ＰＶ具有自动跟踪功能目的是使手 扰动切换，最终稳定在ＯＰ值。 自动控制方式：ＳＰＬ、ＳＰＣ和ＳＰ由操作员设定，ＰＩＤ回路完成ＰＩＤ算法，ＯＰ最终稳定在ＳＰ值。 ８．２ 无扰切换方法： 由手动－＞自动无扰切换：将ＰＩＤ点参数ＭＯＤＥ值由０设为１ 由自动－＞手动无扰切换：将ＰＩＤ点参数ＭＯＤＥ值由１设为０ ９．串级控制回路的特点及无扰切换 对一个ＰＩＤ控制器来讲，有一个输入端为ＳＰＣ，悬空时构成为简单的单回路控制，若要完成更 实现外给定或远程给定等。本文以串级控制回路为例，详细说明力控串级控制系统的特点及各种 程，同时我们将更深入地了解ＰＩＤ控制器的几个参数之间存在的相互制约关系。 首先，再建立一个ＰＩＤ控制回路ＰＩＤ１，将ＰＩＤ１的输出ＯＰ连接到ＰＩＤ０的ＳＰＣ端，设置好ＰＩＤ１控制器的 回路都默认设置为手动方式和内给定，这样就构成了以ＰＩＤ０为副回路、以ＰＩＤ１为主回路的串级控制系 八示： 补充说明： 系统中对于数据库输出变量算法块增加了一个输出死区属性，这个功能在一定程度上减缓了 率，减轻了系统的负荷，提高了系统的稳定性。
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挥。而借助力控控制策略丰富的算法，就可以弥补这些设备在运算、控制能力上的不足。 特点：力控控制策略是应用工程运行中的进程之一，与力控实时数据库、ＩＯ采集一起构成了整 完成采集数据、处理数据及控制输出。所以在系统的设计中实时数据库和控制策略间是交互的， 如何建立连接的问题，即控制策略算法块需要以实时数据库为输入输出，同时实时数据库也需要取得算法 数，方便运行中动态修改，如ＰＩＤ控制回路的整定。这样才能确保系统稳定地运行。 四、软件实现 力控控制策略编辑器采用了算法块图的形式，设计简单、操作方便、无需编写脚本，根据系 快速地完成，下面以一个简单的ＰＩＤ控制回路从建立到运行的操作过程为例，具体步骤如下：
图五 建立数据库ＩＯ点 说明：（１）．主要功能是将点与设备ＩＯ点建立一对一的关系、点参数设置、参数保存方式及其 （２）．数据库点可分区域、分单元及分组显示，一方面方便自己区分、快速浏览；另一方面方便 总貌浏览和历史曲线查询。 ２．建立ＰＩＤ控制回路：进入控制策略编辑窗口，将ＰＩＤ控制器拉至右边策略窗口，或者先点击 点击策略窗口欲绘制算法块的位置。如图六所示：
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说明：增加了以算法块为变量点的控制策略区域 ５．１ 双击ＰＩＤ点，可以查看ＰＩＤ点参数：
图九 ＰＩＤ０点的基本参数属性页 ５．２ ＰＩＤ点的参数与ＰＩＤ控制器的属性的对应关系，如表一：
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图十八 串级控制回路 控制策略编辑好后，保存并编译。为方便操作ＰＩＤ及无扰动切换，可以在力控开发环境下创 接主副回路ＰＩＤ点。 ９．１ 串级控制回路的特点： 副回路没有设置成外给定方式时（副回路ＰＩＤ的ＣＬＣ值为０），串级回路的特点为： ①主回路只能工作在手动方式：改变副回路的ＯＰ值，主回路自动跟踪，使切换到自动为无扰 路的ＯＰ值传递给副回路。 ②副回路为自动方式时，副回路完成ＰＩＤ算法，主回路的ＳＰ值和副回路ＳＰＬ、ＳＰＣ和ＳＰ一致，处 要一个新的稳定状态时，改变副回路ＯＰ值即可。 副回路设置为外给定方式时（副回路ＰＩＤ的ＣＬＣ值为１），串级回路的特点： ①副回路不能在手动方式下工作 ②主回路可以工作在手动、自动控制方式，若有需要，也可将给定方式设定为外给定： 主回路手动方式工作时，改变ＯＰ值来控制副回路的给定；主回路自动方式下工作时，设置副回路 方式，就构成了串级控制回路，主回路的ＯＰ传递给副回路的ＳＰＣ，ＳＰＬ和ＳＰ值自动跟踪。需要建立新的 时，只需重新设定主回路的ＳＰＬ值即可 ９．２无扰切换方法： ①手动－＞自动无扰动切换：副回路ＭＯＤＥ值由０变为１ ②自动－＞手动无扰动切换：副回路ＭＯＤＥ值由１变为０ ③自动－＞串级无扰动切换：副回路ＣＬＣ由０变为１，主回路ＭＯＤＥ由０变为１，副回路ＭＯＤＥ由１变为 ④串级－＞自动无扰动切换：副回路ＭＯＤＥ由２变为１，主回路ＭＯＤＥ由１变为０，副回路ＣＬＣ由１变为 ⑤手动－＞串级无扰动切换：副回路ＭＯＤＥ由０变为１，副回路ＣＬＣ由０变为１，主回路ＭＯＤＥ由０变为 １变为２ ⑥串级－＞手动无扰动切换：副回路ＭＯＤＥ由２变为１，主回路ＭＯＤＥ由１变为０，副回路ＣＬＣ由１变为 变为０。 １０．结束语 力控控制策略将在成本、开放性、灵活性、功能和界面等方面给企业用户提供了最佳的控制系 北京三维力控科技有限公司 地址：北京市海淀区中关村大街２７号中关村大厦４１２室 邮编：１０００８０ Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌ＠ｓｕｎｗａｙｌａｎｄ．ｃｏｍ．ｃｎ
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图二 系统图 三、方案设计 明确整个控制流程和控制对像，就可以开始设计方案了。在早的控制系统中多由模拟ＰＩＤ调节 仪表等完成ＰＩＤ控制；随着工业自动化软件的发展兼各种智能设备、通讯附件功能的完善，充分利用 力，使本来由硬件完成的功能慢慢转移到计算机处理中，尤其表现在大量数据处理的系统中。目前 控制策略为上位机的控制系统已成功运行，系统的结构如图三示：