基于PKS系统锅炉温度控制的研究查看源代码讨论查看历史

来自 搜狐网 的图片

基于PKS系统锅炉温度控制的研究锅炉出口温度的稳定控制十分重要，太高浪费燃料，太低则不能达到工艺的要求。

案例背景介绍

1引言

锅炉出口温度的稳定控制十分重要，太高浪费燃料，太低则不能达到工艺的要求。本文针对锅炉的温度进行了研究，运用串级控制方式，以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，首先进行了理论的研究，利用仿真软件对串级回路各参数的变化对锅炉温度的影响进行了仿真研究。在生产实践中，利用霍尼韦尔PKS DCS为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用DCS功能块图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。

案例实施与应用情况

2　锅炉温度串级PID控制研究

（1）锅炉温度控制现状

现有锅炉温度共有三个测点，测点1和2分别安装在蒸汽管道的中间位置，距离比较近，测点3安装在蒸汽管道的出口位置，通过现场的热电偶元件（K型号）传给温度变送器，再通过温度变送器传到DCS系统，进而对蒸汽温度进行测量。三个温度测量点量程都是0℃～800℃，正常工作下，温度不会低于515℃或者高于545℃，所以正常运行时汽包温度应在正常温度15℃上下范围波动。

（2）串级调节回路特点分析

主蒸汽温度调节的主要困难在于引起蒸汽温度变化的扰动因素很多，不容易控制。如蒸汽流量、火焰中心位置、燃烧工况、烟汽温度和流速、炉膛受热面结焦和过热器积灰的变化等，都会使主蒸汽温度发生变化。其中起主要作用的是蒸汽流量和减温水流量两个方面。由于被控对象（过热器通道）具有较大的延迟和惯性以及运行中要求有较小的温度控制偏差，所以采用单回路调节系统往往不能获得较好的调节品质。针对主汽温调节对象调节通道惯性延迟大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对象的调节通道中选择一个比被调量反应快的中间点信号作为调节的补充反馈信号，以改善调节通道的动态特性，提高调节系统的控制品质。

（3）主蒸汽温度调节系统的组成及原理

主蒸汽温度调节原理图，正常运行时，主要是通过两级减温器来调节主蒸汽温度。第一级喷水减温器设在分隔屏出口，用以保护后屏不超温，作为过热器温的粗调；第二级喷水减温器设在后屏出口，作为细调，一级和二级喷水减温控制系统均系串级控制系统。一级喷水减温控制系统调节的主参数为后屏出口温度，副参数为一级减温器出口温度（作为前馈信号）。二级喷水减温控制系统的被控对象为末过出口温度，副参数为二级减温器出口温度（作为前馈信号）。由于两级减温器调门的开度与正参数不是成比例关系，因此正常运行时应保持减温器具有一定的开度。

2锅炉温度串级PID控制系统设计

由图2可以看出，此串级控制回路是用两个串联的PID控制器和一个执行器来控制主汽温度。其基本原理就是系统根据主蒸汽温度设定值和反馈值y1的偏差e，作为主调节器的输入，主调节器经过PID运算后的输出u，作为副调节器的输入设定值，此设定值与二级喷水减温器的出口温度反馈y2的偏差e2作为二级过热器出口温度调节器的输入，其输出u2作为执行器的输入动作指令。一般在主蒸汽温度调节系统中，副调节回路动态特性的迟延和惯性比较小，在这种情况下，副回路的调节过程快得多，当副回路消除喷水扰动时，主蒸汽温度基本上不受影响。因此，当副回路动作时主回路可以看作是开路，主回路动作时，副回路可以看作是迅速动作的随动系统，即二级减温器出口温度基本上与校正信号e成比例变化。

4.锅炉温度串级PID控制MATLAB仿真研究

通过用PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器分别对系统进行控制，可以得到响应曲线如图4所示。

黄色为PID控制曲线，绿色为模糊PID控制响应曲线，紫色为模糊控制响应曲线。从图中可以看出基于模糊PID控制器的系统的性能指标为：调节时间Ts=450秒，超调量δ=27%，稳态误差为ess=0，由仿真的曲线很容易看出，采用串级PID的方法来控制锅炉温度，可以使系统超调小、稳定性高，而且调节时间也显著减少了。

当模型参数改变时，假设模型变为GS=1/（1+60S），用上述三种方法对其通过以上对PID控制、串级控制和模糊自整定PID控制三种方案的理论分析和仿真研究，不难得出：用PID方法来控制系统容易产生超调和振荡；而串级控制虽说可以减少控制系统的振荡，却产生了稳态误差，并且稳态误差比较大；最后采用模糊PID的方法来控制系统既克服了单纯采用PID控制及模糊控制的缺点，同时也使系统实现了超调量小、调节时间短、稳态误差小的性能指标。因此本文选用模糊自整定PID串级控制为锅炉温度控制系统的控制方案。