1 B49H型平板鍋爐水位計控制特點

鍋爐汽包水位自動控制的首要任務是在非人工干預的情況下，B49H型平板鍋爐水位計控制器能夠根據(jù)鍋爐實際的運行情況，對鍋爐的進行適當?shù)难a水，以確保B49H型平板鍋爐水位計維持在一定的范圍內(nèi)，保證鍋爐的正常運行。 B49H型平板鍋爐水位計過高，會影響鍋爐中的汽水分離效果，使蒸汽的濕度增加；B49H型平板鍋爐水位計過低，會使鍋爐表面的熱負荷增加，燒毀爐膛。

對于大型油船（ D 型）水管鍋爐，汽包的水位不僅與給水量（給水閥的開度）有關，還與鍋爐的負荷（蒸汽流出量）有關，此外還受到汽、水的比例成分有關系。 在B49H型平板鍋爐水位計計測量出來的汽包水位當中，不僅僅代表著汽包中水的多少，而且包含著水中溶解的氣泡的容積。 這與鍋爐爐水上部的壓力有關。 筆者根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，總結出以下四個影響汽包水位的因素：一是給水方面影響。 給水量的變化必然會引起B49H型平板鍋爐水位計的變化。 二是鍋爐蒸汽負荷的影響。 蒸汽流量增加，需要的被蒸發(fā)的水的量就一定會增加，那么隨之水位也就會減少。 三是燃料發(fā)熱量對鍋爐的影響。如果燃料的熱值增加，水蒸發(fā)的速度必然增加，那么對汽包中水的量也就會減少 [1] 。 四是汽包壓力的變化。 如果汽包的壓力改變，那么汽包水汽系統(tǒng)的自凝結和自蒸發(fā)也會有相應的變化。

2 給水過程的自動控制

2.1 鍋爐汽包水位的特征

由于燃料燃燒狀況對鍋爐汽包水位的影響有一定的滯后性，影響遲緩，因此忽略不計。 另一方面，汽包壓力的變化大多是由，蒸汽流量的變化而引起的，因此可以將這方面的影響歸結到鍋爐負荷的影響上去。 由此可以推出，鍋爐汽包水位在給水量和蒸汽流量的影響下的動態(tài)方程：

2.2 B49H型平板鍋爐水位計的調(diào)節(jié)方式

B49H型平板鍋爐水位計調(diào)節(jié)包括單沖量， 雙沖量和三沖量給水調(diào)節(jié)方式系統(tǒng)，本文主要講解三沖量給水調(diào)節(jié)方式，三沖量汽包給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 是在雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎上仍然以汽包水位作為主要調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量作為前饋信號，不同的是三沖量的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)添加了給水量調(diào)節(jié)器的反饋信號。 在大型鍋爐中，鍋爐的容量越大，汽包的容水量就越小，這樣對水位的波動情況的控制就越嚴格 [2] 。 如果給水量減小甚至中斷，危險水位可能在短時間內(nèi)就會發(fā)生，如果是給水量與鍋爐負荷量不適應，也可能在短短的幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)滿水或者缺水事故。 因此對水管鍋爐的汽包水位控制的要求更為嚴格。

裝有三沖量汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的鍋爐運行時， 當蒸汽流量突然發(fā)生變化，蒸汽流量的信號就傳給給水閥，因此給水閥始終都會按照準確的方向調(diào)節(jié)。 如果蒸汽流量增大，那么給水閥也隨之開大，避免了由于“虛假水位”引起的錯誤動作，減小了水位波動。 如果蒸汽流量減少，給水閥也隨之減小。 由于給水調(diào)節(jié)信號的存在，使得調(diào)節(jié)的結果被調(diào)節(jié)器及早知道，很好的提高了對水位變化的控制，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質 [3] 。

3 汽包水位控制的程序化

針對汽包水位調(diào)節(jié)的 VB 程序化設計思路，提出以下解決方案。

3.1 水位調(diào)節(jié)方法

鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)的方法采用三沖量調(diào)節(jié)， 是在雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎上仍然以汽包水位作為主要調(diào)節(jié)信號， 蒸汽流量作為前饋信號， 不同的是三沖量的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)添加了給水量調(diào)節(jié)器的反饋信號，如圖 1 所示。

如圖所示 PID 1 是主調(diào)節(jié)器， PID 2 是副調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器接受水位差壓傳感器的信號，并以此來控制副調(diào)節(jié)器。 副調(diào)節(jié)器不僅要接受主調(diào)節(jié)器的信號 I H ， 還要接受蒸汽流量信號 I D 和給水流量 I W 組成了一個串級控制三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 其中負調(diào)節(jié)器的作用是通過內(nèi)回路對蒸汽流量和給水流量進行比值調(diào)節(jié)， 并快速消除給水測擾動。 主調(diào)節(jié)器通過副調(diào)節(jié)器進行水位的校正，使水位保持在給定值 [4] 。

3.2 水位調(diào)節(jié)算法

PID 調(diào)節(jié)器（及比例積分調(diào)節(jié)器）其數(shù)學表達式為：

其中 e(t)=r(t)-c(t), 是設定值 r （ t ）與實際輸出值 c （ t ）構成的控制偏差。 式 (2) 中 Kp 為比例系數(shù)， T i 為積分時間 ,T D 為微分時間。PI 調(diào)節(jié)中的比例調(diào)節(jié)（ P ）的作用是成比例的反應偏差信號，一旦產(chǎn)生偏差，控制器立即產(chǎn)生控制作用，減少偏差。積分調(diào)節(jié) (I)的作用是消除靜態(tài)偏差， 保證在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中的誤差度 , 微分調(diào)節(jié)（ D ）作用是抑制相應誤差的變化。在現(xiàn)在的計算機系統(tǒng)中，由于式（ 2 ）中的積分項不能直接使用，需對其進行離散化處理。 按照 PID 調(diào)節(jié)的算式，其中積分時間是連續(xù)的，因此以一系列的采樣時刻點 kT 代表連續(xù)的時間段t ，以和式代替積分，則可作出如下變換：

增量式的調(diào)節(jié)形式通俗的講就是控制的閥位是從這一時刻直接變化的而并非是和原始的比較。

3.3 程序化的實現(xiàn)

程序的實現(xiàn)只是在實現(xiàn)了 PID 調(diào)節(jié)的算法， 但是在實際中要想使其發(fā)揮作用還要將程序植入到 PLC 或者單片機中去，下面是 PID 調(diào)節(jié)器程序實現(xiàn)的代碼：

以上是 PID 控制器的程序，在主調(diào)節(jié)器中 sv 和 pv 分別是水位的設定值和實際值，而在副調(diào)節(jié)器中，實際信號則是水位輸出信號，蒸汽流量信號，給水信號的疊加量。 將其求和然后再調(diào)用PID 程序即可。在調(diào)節(jié)器中還需要設定調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)方向，和計算機取值信號的界限，以及比例積分系數(shù)，根據(jù)以往的經(jīng)驗和汽包水位的仿真整定出一組理想的 PID 參數(shù)為： K p =5 ， K i =0.001 ，K d =3 ，在實際中根據(jù)計算機取值不同，保證比例系數(shù)為 5 ，則積分時間為取值周期的 5000 倍，微分時間為取值周期的 0.6 倍。 根據(jù)這樣的參數(shù)，從而使控制效果基本達到zui佳狀態(tài)。

4 結束語

本文雖然對 PID 控制的程序進行了研究， 但是對于實際應用還有很多方面未完成，例如將程序寫入什么硬件中，如何將算法制成控制器。 下一步只有將這些都完成并且經(jīng)過一系列的調(diào)試才能應用到實際生產(chǎn)當中，實現(xiàn)自動控制。