永宏PLC在蒸汽锅炉汽包液位PID控制系统的应用.pdf
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1、工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡, 维持汽包水 位在工艺允许的范围内, 是保证锅炉安全生产运行的必要条件, 也是锅炉正常生产运行的主 要指标之一。若水位过高,影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低则会破坏 汽水循环,严重时导致锅炉爆炸,所以锅炉汽包水位必须严加控制。为了确保锅炉生产的稳 定、可靠和经济运行,我们设计采用了性能先进的永宏 FBs-PLC、变频调速器、计算机应 用等自动化设备组成的锅炉 PID 自动控制系统。该控制系统通过检测水汽压力、温度,汽 包液位等运行物理量,在运行过程中全自动调节,保证了工业锅炉的安全稳定高效运行。 1 工业锅
2、炉相关工艺介绍工业锅炉相关工艺介绍工业锅炉相关工艺介绍工业锅炉相关工艺介绍 蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备,其任务是供给合格稳定的蒸汽,以满足负荷的需要。 为此, 锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。 而利用余热气体作为热交换介质的余 热锅炉在全国占有很大的比例, 其节能降耗效果尤为明显。 某化工厂硫酸余热锅炉就是利用 沸腾炉出来的炉气(主要是 SO2)温度过高,将其作为热交换对象,通过余热锅炉副产中压 蒸汽供各生产分厂使用,既保证了生产需要,也达到了节能降耗的目的。锅炉是一个较为复 杂的调节对象, 为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要, 与其配套设计的控制系统必须满 足各主要工艺参数的需
3、要。余热锅炉工艺流程如图 1 所示。 图 1 余热锅炉工艺流程图 2 控制难点分析控制难点分析控制难点分析控制难点分析 锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术。它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅 炉节能等几项技术紧密结合的产物,作为锅炉控制装置,其主要任务是保证锅炉的安全、 稳 定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制,能对锅炉进行过程的自动检 测、自动控制等多项功能。它的被调量是汽包水位,而调节量则是给水流量,通过对给水流 量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡,变化在允许范围之内,虽然锅炉汽包水位对蒸 气流量和给水流量变化的响应呈积极特性,但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时,
4、表现却类似 逆响应特性,即所谓的虚假水位。造成这一原因是由于负荷增加时,导致汽包压力下降, 使 汽包内水的沸点温度下降,水的沸腾突然加剧,形成大量汽泡,而使水位抬高。汽包水位控 制系统, 实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。 它是以水位作为水量平衡与否的控制指标, 通过调整进水量的多少来达到进出平衡, 将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线 附近,以提高锅炉的蒸发效率,保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的 被控对象,运行中存在虚假水位现象,实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量 双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量 W,汽
5、包水位 H,蒸汽流量 D 三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。具体调节过程 方框图如图 2 所示。 图 2 三冲量调节方框图 先通过蒸汽流量变送器和给水流量变送器取得各自的信号乘以相应的比例系数,通过比 例系数可以调节蒸汽流量或给水流量对调节系统的影响力度。 通过差压变送器取得水位信号 作为主调节信号 H。 如果水位设定值为 G, 那么在平衡条件下应有 DDk-WWk+H-G=0 www.PLC 的关系式存在。其中 Dk 为蒸汽流量系数 Wk 为给水流量系数。如果再设定时,保证在稳态 下 DDk=WWk 那么就可以得到 H=G。此时调节器的输出就与符合对应,给水阀停在 某一位置上。若有一个
6、或多个信号发生变化,平衡状态被破坏,PI 调节模块的输出必将发 生变化。当水位升高了,则调节模块的输出信号就减小,使得给水调节阀关小。反之,当水 位降低时,调节模块的输出值增大,使给水阀开大。实践证明三冲量给水单极自动调节系统 能保持水位稳定, 且给水调节阀动作平稳。 锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是 给水压力回路,因为汽包内压力较高,要给锅炉补水必须提供更高的压力,给水压力回路的 作用是提高水压,使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时,对给水流量的要 求也不高。 在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转, 用回流阀降低水压防 止爆管, 现在一般采用通过变频器恒压
7、供水的方式控制水压。 锅炉给水量通过汽包液位调节。 汽包液位测量选用浮筒液位计。为有效利用转换废热,降低消耗,减低劳动强度,有利于整 体工艺稳定,要求汽包液位自动控制,正常生产时波动应小于5。PID 调节蒸汽出口阀 可以很好的控制汽包压力。开车正常后波动范围不大,可以不考虑。转化负荷波动、出预热 器锅炉给水温度变化、锅炉负荷波动、排污量变化这几个因素对汽包液位的影响必须考虑。 以汽包液位为主调参数、以给水流量为副调参数、以蒸汽流量为前馈,但调节效果很差。 引 起汽包液位的大起大落。考虑到该废热锅炉控制参数耦合小,流程简单,产汽量也较稳定, 我们从操作人员的操作中得到启发, 认为减少给水量的波动
8、从而稳定给水温度成为该废热锅 炉液位控制的要点。因此我们选用“以汽定水液位前馈”比值控制方案,方案框图如图 3 所示。 图 3 汽定水液位前馈比值控制方案框图 其中系数 K 为汽水损失率(给水流量与蒸汽流量的比值),范围为 1.11.2。PID 参数 为 P300、I0.4、D0。这组 PID 参数可以使阀位波动幅度不大而回路有较快的跟 踪效果。液位前馈系数与锅炉额定负荷密切相关,一般是额定负荷越大前馈系数也越大。 本 项目废热锅炉的额定负荷为 35th。前馈系数按表一给定,见附表: 附表前馈系数表 投运时首先投运给水流量单回路,调节平稳后,再切换为蒸汽流量比值控制,液位前馈 同时起作用。以汽
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