CN109780528B - 一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，基于三冲量控制原理，控制给水调节阀的开度；其控制方法通过可变的汽水失配放大系数改变前馈信号，当汽水失配率的绝对值减小时，汽水失配放大系数减小，前馈信号的比重大幅降低，避免了因小扰动而造成给水调节阀的频繁动作，避免了动态前馈控制系统抗干扰能力差的问题，减少生产能耗，延长了给水调节阀的使用寿命；汽水失配率的绝对值增大时，汽水失配放大系数增大，前馈信号的比重增加，控制器得以迅速改变给水量，保持给水量和蒸汽流量的动态平衡，减少了液位超调现象。
Description
技术领域
本发明涉及到锅炉水位控制技术领域，具体涉及一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法。
背景技术
工业锅炉是重要的热能动力设备，广泛用于纺织、印染、制药、化工、炼油、等，是当今社会的生产生活不可或缺的设备。在生产过程中，如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，导致蒸汽带水，增加过热器壁的结垢，水位过低，会破坏水循环，引起水冷壁管爆管。如果锅炉的液位出现大幅度的超调或者存在较大的震荡，容易造成产品的品质不佳，严重时将发生安全事故。在给水流量尤其是蒸汽流量大范围变化时，工业锅炉中的虚假水位现象非常严重，绝大多数事故都是虚假液位现象造成的。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，维持锅炉汽包水位在规定的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，保证机组的正常安全运行。
一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，其特征在于，基于锅炉水位实测值、锅炉给水流量修正值及锅炉蒸汽流量修正值构成的锅炉三冲量控制系统，通过可变汽水失配信号，修正给水调节阀开度；包括如下步骤：
步骤1：设定锅炉液位SP，蒸汽流量变送单元检测锅炉蒸汽流量，水位变送单元检测锅炉汽包水位PV，给水流量变送单元检测锅炉入口处进水给水流量；
步骤2：第一控制器计算锅炉设定液位SP与锅炉汽包水位PV的偏差值，第一控制器内置的PID模块将液位的偏差值进行PID运算，输出修正值；
步骤3：第二控制器接收蒸汽流量变送单元的蒸汽流量，并计算蒸汽流量修正值；其中，蒸汽流量修正值的计算公式如下：
其中，D为蒸汽流量修正值，Δp为流量变送单元压差，K为流量系数，γ(p,t)为蒸汽密度；
第二控制器接收给水流量变送单元的给水流量，并计算给水流量修正值；其中，给水流量修正值的计算公式如下：
其中，Q给水流量修正值，K为流量修正系数，t为给水的温度，Δp为流量变送单元压差；
步骤4：第二控制器通过蒸汽流量修正值、给水流量修正值计算汽水失配率；其中，汽水失配率公式如下：
其中，D为蒸汽流量修正值，Q为给水流量修正值，根据汽水失配率确定汽水失配率放大系数k：
k＝0.08-0.3*f(x)/(1-f(x)+f2(x))；
计算前馈信号；根据前馈信号与第一控制器输出的修正值，通过第二控制器内置的PID模块得到结果控制给水调节阀开度。
所述的一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，其特征在于，所述锅炉三冲量控制系统，包括锅炉、水位变送单元、蒸汽流量变送单元、给水流量变送单元、第一控制器、第二控制器、给水调节阀及实际微分单元；
所述水位变送单元，用于检测锅炉汽包液位PV；
所述蒸汽流量变送单元，用于计算锅炉产生的蒸汽流量，检测单元内部流量变送器的压差用以补偿蒸汽流量；
所述给水流量变送单元，用于计算进入锅炉入口处进水给水流量，检测单元内部流量变送器的压差用以补偿给水流量；
所述第一控制器与所述水位变送单元相连，第一控制器内置PID模块根据水位差值对所述第二控制器输出值进行修正；
所述第二控制器与所述给水流量变送单元，所述蒸汽流量变送单元和所述给水流量变送单元相连，根据所述可变汽水失配信号作为前馈信号，并根据所述第一控制器输出修正值和所述前馈信号对所述给水调节阀开度进行修正，并检测收到的蒸汽流量、给水流量是否发生异常；
所述给水调节阀连接在第二控制器和锅炉之间，根据第二控制器输出值和前馈信号调节进水流量控制锅炉液位。
所述实际微分单元与第二控制器相连，由一阶微分加惯性环节构成。
所述的一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，其特征在于，所述前馈信号计算公式如下：
前馈信号＝汽水失配放大系数k×汽水失配率；
其中对于汽水失配放大系数k，汽水失配率越大，汽水放大系数越大，
所述汽水失配率，通过蒸汽流量修正值减去给水流量修正值的差值再通过一阶微分加惯性环节得到。
本发明的有益效果是：该控制方法，可以减少蒸汽流量变化时的液位超调量，维持汽包水位在规定的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，保证机组的正常安全运行。
附图说明
图1是本发明锅炉三冲量控制系统控制图；
图2是本发明流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的作进一步描述。
如图1所示，锅炉三冲量控制系统，包括：锅炉1、蒸汽流量变送单元2、水位变送单元3、给水流量变送单元4、给水调节阀5、第一控制器6、第二控制器7和实际微分单元8。
其中，给水流量变送单元4与锅炉1的管道入口相连，用于测量进入锅炉的给水流量。蒸汽流量变送单元2和水位变送单元3均安装在锅炉1中，分别测量锅炉中蒸汽流量和锅炉汽包液位。第一控制器6与水位变送单元3相连，对水位结果进行修正，并将修正结果输入第二控制器7。第二控制器7与第一控制器6、蒸汽流量变送单元2、给水流量变送单元4、实际微分单元8相连，根据前馈信号和第一控制器的输出结果修正给水调节阀以控制锅炉1的水位。实际微分单元8由第二控制器确定微分时间常数。
如图2所示,减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1：设定锅炉1液位SP，蒸汽流量变送单元2检测蒸汽流量，水位变送单元3检测锅炉1汽包水位，给水流量变送单元4检测锅炉1入口处进水流量。
步骤2：第一控制器6计算锅炉1设定液位SP与锅炉1汽包水位的差值，将差值进行PID运算，得到的结果作为第二控制器7的输入。
步骤3：第二控制器7接受蒸汽流量变送单元2的蒸汽流量，计算蒸汽流量修正值，其中，蒸汽流量修正值的计算公式如下：
其中，D为过热蒸汽流量修正值，Δp为流量变送单元压差，K为流量系数，γ(p,t)为过热蒸汽密度。
第二控制器7接受给水流量变送单元4的给水流量，计算给水流量修正值，其中，给水流量修正值的计算公式如下：
其中，Q给水流量修正值，K为流量修正系数，t为给水的温度，Δp为流量变送单元压差。
步骤4：第二控制器7通过蒸汽流量修正值、给水流量修正值计算汽水失配率，其中，汽水失配率，通过蒸汽流量修正值减去给水流量修正值的差值再通过一阶微分加惯性环节得到；公式如下：
根据汽水失配率确定汽水失配率放大系数K，公式如下：
k＝0.08-0.3*f(x)/(1-f(x)+f2(x))；
计算前馈信号，公式如下：
前馈信号＝汽水失配放大系数k×汽水失配率；
前馈信号与第一控制器6输出值，通过内置PID模块得到结果控制给水调节阀开度。
采用本发明的控制方法，在三冲量控制的基础上,加上了可变的前馈控制信号,通过可变汽水失配放大系数，避免了动态前馈抗干扰能力差的问题，避免了给水调节阀频繁的动作，保持了给水量和蒸汽流量的动态平衡，从而减少了液位超调的现象。当给水流量变送单元或蒸汽流量变送单元故障时，还能够通过第二控制器切断微分作用，将调节系统切换为单冲量的方式运行保证机组的正常安全运行。
Claims (2)
1.一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，其特征在于，基于锅炉水位实测值、锅炉给水流量修正值及锅炉蒸汽流量修正值构成的锅炉三冲量控制系统，通过可变汽水失配信号，修正给水调节阀开度；包括如下步骤：
步骤1：设定锅炉液位SP，蒸汽流量变送单元检测锅炉蒸汽流量，水位变送单元检测锅炉汽包水位PV，给水流量变送单元检测锅炉入口处进水给水流量；
步骤2：第一控制器计算锅炉设定液位SP与锅炉汽包水位PV的偏差值，第一控制器内置的PID模块将液位的偏差值进行PID运算，输出修正值；
步骤3：第二控制器接收蒸汽流量变送单元的蒸汽流量，并计算蒸汽流量修正值；其中，蒸汽流量修正值的计算公式如下：
其中，D为蒸汽流量修正值，Δp为蒸汽流量变送单元压差，K为流量系数，γ(p,t)为蒸汽密度；
第二控制单元接收给水流量变送单元的给水流量，并计算给水流量修正值；其中，给水流量修正值的计算公式如下：
其中，Q为给水流量修正值，K为流量修正系数，t为给水的温度，Δp为给水流量变送单元压差；
步骤4：第二控制单元通过蒸汽流量修正值、给水流量修正值计算汽水失配率；其中，汽水失配率公式如下：
其中，D为蒸汽流量修正值，Q为给水流量修正值；
根据汽水失配率确定汽水失配率放大系数k：
k＝0.08-0.3*f(x)/(1-f(x)+f2(x))；
计算前馈信号，所述前馈信号计算公式如下：
前馈信号＝汽水失配放大系数k×汽水失配率；根据前馈信号与第一控制器输出的修正值；通过第二控制单元内置的PID模块得到结果控制给水调节阀开度。
2.根据权利要求1所述的一种减少锅炉液位超调的三冲量控制方法，其特征在于，所述锅炉三冲量控制系统，包括锅炉、水位变送单元、蒸汽流量变送单元、给水流量变送单元、第一控制器、第二控制器、给水调节阀及实际微分单元；
所述水位变送单元，用于检测锅炉汽包液位PV；
所述蒸汽流量变送单元，用于计算锅炉产生的蒸汽流量，检测单元内部流量变送器的压差用以补偿蒸汽流量；
所述给水流量变送单元，用于计算进入锅炉入口处进水给水流量，检测单元内部流量变送器的压差用以补偿给水流量；
所述第一控制器与所述水位变送单元相连，第一控制器内置PID模块根据水位差值对所述第二控制器输出值进行修正；
所述第二控制器与所述蒸汽流量变送单元和所述给水流量变送单元相连，根据所述可变汽水失配信号作为前馈信号，并根据所述第一控制器输出修正值和所述前馈信号对所述给水调节阀开度进行修正，并检测收到的蒸汽流量、给水流量是否发生异常；
所述给水调节阀连接在第二控制器和锅炉之间，根据第二控制器输出值和前馈信号调节进水流量控制锅炉液位；
所述实际微分单元与第二控制器相连，由一阶微分加惯性环节构成。
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