锅炉汽包水位的三冲量控制设计

锅炉汽包水位的三冲量控制设计

二重计量技术所郭静

摘要

热力车间的锅炉测控系统中，蒸汽流量计量系统和汽包水位测控系统是两大核心系统。如何确保蒸汽流量计量准确可靠在于过热蒸汽密度补偿的准确性。而确保汽包水位测控系统正常运行则是整个锅炉控制系统的重中之重。

关键词

三冲量PID控制反馈控制前馈控制

1、引言

热力公司锅炉的汽包水位调节现场存在两种控制方式。其一：水位测量、蒸汽流量、给水流量、三冲量控制仪表，从而实现汽包水位的三冲量调节；其二，测量的三个参数进入DCS系统，三冲量算法由软件编程来实现。随着企业的发展，软件实现三冲量将成为必然趋势，所以准确的实现三冲量的算法很重要。

2、仪表三冲量与软件三冲量实现的分析

2.1仪表三冲量分析

热力车间锅炉汽包水位控制原理：差压变送器测量左汽包水位的水位计感受到的汽包液位的高度通过压力，输出4~20mA电流信号，通过DCS系统的模拟量输入模块进入到系统，组态软件trace mode 将测量到的水位信号、给水流量信号、蒸汽流量信号经过三冲量算法

输出一个0~100%的信号，经模拟量输出信号来控制给水调节阀门的开度，从而精确控制汽包水位。

测量系统由水位测量、蒸汽温度、给水流量、三冲量控制仪表构成，原理是“【主PID（反馈）】–前馈–【副PID（反馈）】”控制，属于标准的三冲量控制。其中主PID是水位测量数据，前馈调节因素为蒸汽流量测量数据，副PID是给水流量测量数据。

PID环节就是反馈控制，故存在比例、积分、微分控制；前馈环节包含静态前馈控制和动态前馈控制，经过分析，在锅炉控制中，此前馈控制属于静态前馈控制（原理不在叙述），静态前馈控制仅相当于一个比例控制，在锅炉控制中属于干扰因素，符号为负号（原理不在叙述），即负号比例控制。蒸汽流量的突然增大和减小，所带来的干扰将会由前馈控制消除到最小。所以三冲量控制的作用为了消除影响水位调节输出的外部干扰所带来的直接影响，即蒸汽流量的突变带来的影响。

2.2软件三冲量实现的分析

测量环节的三个数据分别经过A/D转换，进入控制层面后，需要进行一些数据运算。这里给出可行的两种算法图，如何实现根据软件不同只需要做出PID、前馈控制的软件编程即可，实质上是对PID、前馈控制算法进行合适的组合而已。

（1）水位测量偏差为PID控制对象，蒸汽流量作为静态前馈控制环节一主参数，其控制规律为负比例系数，给水流量作为静态前馈控制环节二主参数，其控制规律为正比例系数，PID输出与环节一做

减法，输出在与环节二做加法，最后的输出作为上水执行机构的控制信号。（具体模块算法较为简单，只需组合即可，原理不在叙述）

（2）主PID——前馈——副PID”控制方法

原理如下介绍：

汽包水位测控系统采用带有外部输入的前馈串级控制系统，即“前馈——反馈”控制系统。给水流量测控系统作为辅助PID回路的输入信号，蒸汽流量测控系统作为前馈控制系统的输入信号，水位测控作为主PID回路的输入信号。

3、结论

上述两种软件实现的三冲量设计方法，实用性强。只需要简单的软件编程即可，根据实际使用效果选用恰当的方法，在实际中确定前馈控制的比例系数也是一个很重要的因素。

2011-9-30