淺談鍋爐汽包水位的控制

衛(wèi)宏源

摘 要：概括了汽包水位經(jīng)典控制辦法的特點(diǎn)和方案，簡(jiǎn)要分析了新的先進(jìn)汽包水位控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并提出應(yīng)該根據(jù)具體情況科學(xué)、合理地選用適當(dāng)?shù)钠豢刂葡到y(tǒng)，合理應(yīng)用新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鍋爐；汽包水位；控制；數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TK223.1+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0054-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)汽包水位的控制要求也在不斷提高。汽包水位的控制既涉及給水流量的測(cè)量誤差、蒸汽流量的誤差和水位的波動(dòng)，同時(shí)還要兼顧給水控制的平穩(wěn)性、可靠性和水位的合理調(diào)節(jié)。當(dāng)前，一些汽包水位的控制策略考慮得并不全面，只是考慮到了給水流量和蒸汽流量的測(cè)量誤差補(bǔ)償，沒有考慮到測(cè)量誤差給整個(gè)控制系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響。

1 鍋爐汽包水位的經(jīng)典控制辦法

一般來說，鍋爐的給水量和水蒸氣的流量在測(cè)量上都存在誤差，嚴(yán)重的，汽包里的汽水混合物甚至?xí)M(jìn)行互相流動(dòng)，而且由于各種機(jī)械的振動(dòng)，汽包水位也會(huì)產(chǎn)生劇烈的震蕩和波動(dòng)。對(duì)汽包水位的控制一般包括單沖量、雙沖量和三沖量。這樣的控制策略相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，很難滿足各種現(xiàn)代化復(fù)雜鍋爐控制和使用的要求。目前，大部分鍋爐汽包水位控制采用的是三沖量水位控制。

1.1 總給水閥門做汽包水位控制閥門

當(dāng)選用總給水閥門做汽包水位控制閥門時(shí)，對(duì)系統(tǒng)來說，比較成熟的是串級(jí)三沖量控制設(shè)計(jì)，這也是實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛的一種設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)的控制思路是：用鍋爐汽包水位的測(cè)量信號(hào)作為主要的控制信號(hào)，以構(gòu)建主調(diào)節(jié)回路；把蒸汽流量的信號(hào)作為前饋信號(hào)，構(gòu)建前饋調(diào)節(jié)回路；串級(jí)信號(hào)由總給水量充當(dāng)，構(gòu)建副調(diào)節(jié)回路。這樣，主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路和副調(diào)節(jié)回路就一起構(gòu)成了鍋爐汽包水位串級(jí)的三沖量控制形式。我們可以用蒸汽流量的前饋信號(hào)來消除虛假水位的現(xiàn)象，這樣就能消除虛假水位給自動(dòng)控制帶來的負(fù)面影響。把給水流量的串級(jí)信號(hào)引入，就可以消除給水側(cè)壓力擾動(dòng)帶來的負(fù)面影響。此系統(tǒng)比較適合汽包水位頻繁變化、要求嚴(yán)格的水位控制。同時(shí)，這種系統(tǒng)控制不會(huì)對(duì)信號(hào)的靜態(tài)配合功能有嚴(yán)格的要求，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器可以自動(dòng)矯正信號(hào)，消除信號(hào)配合不夠準(zhǔn)確帶來的誤差。另外，該系統(tǒng)也能夠完成誤差調(diào)節(jié)，沒有穩(wěn)態(tài)配合的問題。但是，這樣的系統(tǒng)也有不可掩蓋的缺點(diǎn)——參數(shù)的整定步驟相對(duì)來說比較復(fù)雜，無論主環(huán)或者副環(huán)，如果有一個(gè)環(huán)發(fā)生震蕩或波動(dòng)，就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

1.2 省煤器做汽包水位控制閥門

另一種控制思路是將進(jìn)省煤器閥做汽包水位控制閥門，這樣的系統(tǒng)相對(duì)來說具有獨(dú)立的特點(diǎn)，水位控制的思路比較簡(jiǎn)單、清晰。該系統(tǒng)把鍋爐汽包水位測(cè)量的信號(hào)作為主要的控制信號(hào)來構(gòu)建主調(diào)節(jié)回路；用水蒸氣的流量信號(hào)和總給水量作為前饋信號(hào)，構(gòu)建前饋調(diào)節(jié)回路。這樣，總給水量的流量減去溫水流量就是進(jìn)省煤器的給水流量和控制回路輸出所構(gòu)成的副調(diào)節(jié)回路，也就是串級(jí)回路。這樣就由主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路和副調(diào)節(jié)回路共同構(gòu)成了三沖量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)際上是串級(jí)三沖量控制的一種變形形式，它是為了可以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能夠更好地滿足工藝技術(shù)的要求和需求。這樣的好處是，給水總管閥門全部打開，減溫水閥門和進(jìn)省煤器閥門能夠分別控制，消除了聯(lián)動(dòng)控制的局限性。在實(shí)踐過程中，該系統(tǒng)多用于對(duì)汽包水位要求嚴(yán)格的系統(tǒng)和虛假水位比較嚴(yán)重的系統(tǒng)中。

2 鍋爐汽包水位新型控制策略

2.1 預(yù)測(cè)函數(shù)控制

隨著科技的發(fā)展，新的控制技術(shù)層出不窮。預(yù)測(cè)函數(shù)控制系統(tǒng)能夠在工業(yè)機(jī)器人的控制下實(shí)現(xiàn)高精確度控制。PFC的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)控制的輸入，這可以解決規(guī)律不明的控制輸入問題，也有很好的追蹤功能和抗干擾性能。把PFC運(yùn)用到鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)需要對(duì)負(fù)荷變化情況和對(duì)水位的影響進(jìn)行充分的考慮，把蒸汽流量的信號(hào)引入PFC模型中，有很好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性。這樣的控制系統(tǒng)能夠?qū)㈩A(yù)測(cè)控制、串級(jí)控制和PID控制有效結(jié)合起來，充分發(fā)揮各種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)回路可以迅速消除給水流量的擾動(dòng)，PFC的強(qiáng)魯棒性保證了蒸汽流量的系統(tǒng)參數(shù)變化。在設(shè)定參數(shù)方面，PFC-PID的串級(jí)水位控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的串級(jí)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、方便，該系統(tǒng)只需要設(shè)定2個(gè)參數(shù)。

2.2 自校正控制

另一種汽包水位控制方式是自校正控制。此系統(tǒng)由受控對(duì)象、參數(shù)辨識(shí)器和控制器構(gòu)成。被控制對(duì)象具有較強(qiáng)的非線性時(shí)，常規(guī)控制沒有良好的控制效果，自校正控制系統(tǒng)就可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用。在這樣的系統(tǒng)中，受控對(duì)象在初始階段的不確定性會(huì)引起參數(shù)的變化，系統(tǒng)對(duì)受控對(duì)象的參數(shù)狀態(tài)不斷評(píng)估、反映和校正，進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)整，以達(dá)到更好的控制效果。此控制系統(tǒng)采用的自校正控制器來控制主汽壓力和水位，在水位控制額外干擾的通道中引入隨機(jī)信號(hào)，而且將外來干擾加到前饋控制中，但是，在控制的通道中要考慮非線性因素。自校正控制器對(duì)復(fù)雜的對(duì)象有比較好的控制效果，但是算法也比較煩瑣。

鍋爐汽包水位的控制也逐步實(shí)現(xiàn)了智能化。其中，綜合專家知識(shí)、模仿專家結(jié)局問題的智能軟件系統(tǒng)是一個(gè)比較好的水位控制系統(tǒng)。在一般情況下，專家控制系統(tǒng)可以離線工作，也可以在線運(yùn)行，能夠完成實(shí)時(shí)性的任務(wù)工作，不僅能夠做出相對(duì)獨(dú)立的決策，也能夠在得到反饋信息后做出必要的在線控制動(dòng)作。根據(jù)鍋爐水位的偏差和符合變化等情況，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則自動(dòng)選擇適合的參數(shù)，甚至能夠在某些極端情況下實(shí)時(shí)控制，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)接控制輸出，使水位盡快回到正常的數(shù)值。在結(jié)構(gòu)上，該系統(tǒng)是以主蒸汽流量作為前饋信息，仍是三沖量給水系統(tǒng)，但不同的是，它不同于普通的固定參數(shù)控制。參數(shù)不是固定的一組，而是按照水位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)環(huán)境的不同，模仿有經(jīng)驗(yàn)的專家，適當(dāng)?shù)剡x取合適的參數(shù)進(jìn)行控制，控制參數(shù)不會(huì)隨著動(dòng)態(tài)的變化而發(fā)生改變，這樣可以有效改善控制效果?？刂频膮?shù)需要根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)事先調(diào)整好，在實(shí)時(shí)控制中，控制器會(huì)根據(jù)受控對(duì)象的信息和一定的規(guī)則選取參數(shù)，這樣做其控制精度更加可靠，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。在某些極端的條件下，系統(tǒng)能夠?qū)φ{(diào)節(jié)閥直接進(jìn)行規(guī)則化的控制，防止系統(tǒng)嚴(yán)重惡化，把系統(tǒng)的值拉回正常范圍。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果遇到極端情況，往往需要人員手動(dòng)操作，僅從這一點(diǎn)上看這就是一個(gè)明顯的進(jìn)步。但是，該系統(tǒng)也有不足之處——必須精確地確定對(duì)象模型，對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求比較高，在控制過程中，各種信號(hào)量不容易用定量的方式表示。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

隨著學(xué)科交流的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也被應(yīng)用到水位控制系統(tǒng)中。利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，能夠更好地適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜變化，自動(dòng)修改參數(shù)，解決了過程中自動(dòng)控制的問題。這種控制方法把模型辨識(shí)、預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，便是系統(tǒng)的模型。同時(shí)，輸入其測(cè)量的控制數(shù)據(jù)，選出最優(yōu)化的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和決策，以達(dá)到最理想的控制效果。該系統(tǒng)還具有很好的非線性映射能力，可以作為模擬控制對(duì)象和預(yù)估器。優(yōu)化控制器的被調(diào)變量與精度往往成正比，被調(diào)變量小，控制精度就高。在提高控制精度時(shí)，常采用將控制約束量加入到控制指標(biāo)中的做法。

3 結(jié)束語

隨著鍋爐水位測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐汽包水位的測(cè)量手段也越來越豐富，汽包水位的測(cè)量也更加精確。當(dāng)前，一些汽包水位控制策略考慮得并不全面，沒有考慮到測(cè)量誤差對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。在實(shí)踐過程中，應(yīng)該根據(jù)具體情況，科學(xué)、合理地選用適當(dāng)?shù)钠豢刂葡到y(tǒng)，合理應(yīng)用新技術(shù)解決偏差問題，提高水位測(cè)量的精確性。

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〔編輯：白潔〕