基于PLC的锅炉串级三冲量给水控制系统设计.docx

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1、基于PLC的锅炉串级三冲量给水控制系统设计 摘 要 在工业限制中，锅炉的给水量与蒸发量的不均衡简单引起汽包水位的较大波动。为快速减小乃至消退给水量和负荷改变所带来的干扰，从而有效限制水位。实践中须要一种具有较高调整质量、抗干扰实力强、硬件结构简洁的限制系统。文章介绍了一种数字PID限制算法在PLC上的实现方法，该限制方案可以有效限制汽包水位这类较难限制的热工对象。 关键词 PLC；限制系统 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1673-75101（2022）06-0019-02 1 绪论 蒸汽锅炉作为工业生产中的重要设备，保证其平安有效的运行及输出质优的蒸汽是日常维护的重要工作。

2、在应用中，锅炉内的实际水位偏离给定值过低，则不能保证汽水之间的正常循环并严峻损坏锅炉。实际水位偏离给定值过大，汽水分别装置的正常运行就会受到影响，还会出现蒸汽溢出的危急。基于此，限制好汽包水位的合理改变是锅炉平安运行的必备要素。 2 受控对象特性 锅炉给水量、锅炉蒸发量是所设计限制系统实际运行中所要面对的两个主要扰动信号，为更好的确定限制系统硬件结构及软件流程，应首先对限制系统受控对象的动态特性进行分析。 1）给水扰动下的水位动态特性。当锅炉的给水量大于蒸发量时，汽包内的水位并未马上随之增加，而变现出一小段的惯性阶段，缘由就在于循环系统之外的给水温度远小于循环系统内的汽水温度，当前者刚输入到循

3、环系统内时，原有处于饱和状态的汽水会把一部分热量传递给温度较低的给水，这样就造成锅炉汽包及管路内热量的快速下降，汽泡体积变小。汽水管路内气泡体积减小而腾出的空间恰被输入水量所充填，汽包内的水位短暂基本不受影响。如若汽泡体积改变接近临界状态时，汽包水位即起先因水量增加而慢慢上升，直至汽泡体积改变达到饱和状态，即动态过程结束时，汽包水位即起先随注入水量的增加呈直线性上升。 2）蒸发扰动下的水位动态特性。在持续不断的蒸发过程中，部分蒸汽会在短短暂间内无法从水中分别出来，如若蒸发状态呈现阶跃信号特点时，锅炉中的压力不再增加，循环系统中水的汽化度增加，二者混合物中蒸汽的体积即刻变大。此刻，锅炉给水量虽小

4、于锅炉蒸发量，但汽包水位却表现出较快的增长。直至蒸发量与汽泡体积相适应，水位才表现出下降的趋势。 3 锅炉汽包水位限制方案 上述中对受控对象的动态特性进行了分析，从中可以看出对受控对象的限制会表现出较大的惯性和延迟特征，即影响系统性能的两类扰动信号给水和蒸发做阶跃性改变时，水位会有不真实的表现。以往由简洁的自动化仪表所构成的限制系统却不能很好地解决此类问题，由此探讨了针对该类热工对象的限制系统。该系统的数学模型之方框图如图1所示。 该限制系统主要由三个回路构成：主限制回路、前馈限制回路、副限制回路。 主限制回路的限制信号是汽包内的水位值，前馈限制回路的信号是锅炉中的蒸汽流量数值，副限制回路的传

5、递信号是锅炉的输入水量值。系统中的主反馈由主比例积分微分限制器、副比例积分微分限制器、变频器、水泵、受控对象、检测变送装置等构成，设计该反馈回路的目的是校正受控量的偏差值，使限制系统的实际输出信号接近于给定输入信号；系统中的局部反馈主要由副比例积分微分限制器、变频器、给水检测变送装置构成，设计该局部反馈回路的目的是减小给定信号改变时所产生的输入性影响，并实时快速的限制调整好给水量与蒸汽量二者之间的偏差；系统中的前馈回路主要由蒸汽检测变送装置构成，设计该部分的目的是使扰动信号即蒸发量波动时输入信号能快速响应，较好的克服水位不真所带来的系统误调整。 为进一步分析系统，设定该限制系统的数学模型之结构

6、图如图2所示，主反馈回路中的各环节传函为主限制器PI1、局部反馈、受控对象GHG（s）、水位变送器rH；局部反馈回路中的各环节传函为副限制器P2、执行器K2、调整阀K、给水量变送器rG、给定值信号分流系数G构成；前馈回路各环节传函为蒸汽量信号Z、蒸汽量变送器rZ、蒸汽量信号分流系aZ。该系统中主副限制器用来调整给定值，主限制器的作用是确保水位的静态偏差值较小，主限制器的输出信号、锅炉蒸汽量信号、锅炉给水量信号共同作用到副限制器上。副限制器的作用是确保锅炉蒸汽量与给水量的动态平衡。 4 限制系统分析 系统分析中若把局部反馈简略为比例环节，则主反馈可看做为单回路调整系统。若把给水量视为受控对象的给

7、定值，汽包水位值变送装置的输出视为输出信号，主副调整器可视为等效住调整器。若通过试验法得到主反馈回路中汽包的阶跃响应曲线，进而推导出系统参数，然后比照相应的计算方法得到等效限制器的参数。 在主回路中，假如把副回路近似看作为比例环节，则主回路等效为一个单回路限制系统。假如以给水流量G作为汽包的输入信号，水位变送单元的输出为输出信号，可以把主限制器与副回路两者看作为等效主限制器。主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过试验方法求取主回路受控对象的阶跃响应曲线，并由曲线求得系统参数，再按响应曲线法中给定的公式计算等效调整器的整定参数。为了使锅炉的蒸汽量与给水量的偏差得到刚好有效的限制调整，局部反馈

8、回路可简略为一个具备比例环节特点的伺服系统。 5 锅炉给水限制系统在PLC上的实现 1）限制系统硬件构成。该系统硬件主要由可编程限制器、变频器、变送器、电气限制部分等构成。较完备的适应性是限制系统设计中必需要考虑的，为此确定了手控和自控互为备份的整体系统架构。在自控系统出现故障时，操作工仍可通过限制面板来对锅炉汽包水位进行手动限制。为降低劳动者的工作强度及提高限制质量，大多数状况下可通过自控系统对受控对象进行调整。自控系统失控或变频器发生故障时，限制系统设计了完善的联锁爱护和报警装置。 2）限制系统软件设计。该系统选用西门子SIMATIC S7-200型PLC，该系列PLC具有体积小、速度快、

9、通信实力强和功能全面等优点，易实现困难的限制功能。系统软件设计主要流程如图3所示。 6 结束语 针对锅炉汽包水位存在不真实性的问题，探讨了锅炉汽包水位串级三冲量给水的限制系统。该系统结合PLC技术和变频器技术，结果表明串级三冲量加前馈给水限制系统可以快速减小乃至消退给水量和负荷改变所带来的干扰，较好地解决了锅炉汽包实际水为反映不不真实性的问题，能够使受控量快速达到稳定状态，从而实现了对锅炉汽包水位的实时最优限制。 参考文献 1钟肇新，范建东.可编程限制器原理及应用M.华南理工高校出版社，2003. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页