【正文】 ( ) 1OD kHsWs D s T s s?? ? ?? 式中， 2T :曲線 2 的時間常數(shù) 2k :曲線 2 的放大系數(shù) ? :曲線 1 的響應(yīng)速度 “虛假水位”變化的幅度 與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量有關(guān)。汽包內(nèi)的水沸騰突然加劇，水中汽包迅速增加，由于汽包容積增加而使水位變化的曲線如圖 312 中 H2所示。 “虛假水位”是由兩個原因造成的： （ 1） 由于鍋爐蒸汽負(fù)荷增加，使?fàn)t管和汽包中汽水混合物的汽、水比例發(fā)生變化（汽容積增加）而引起汽包水位上升，這是引起汽包“虛假水位”的主要原因?？杀硎緸椋? ()() ( ) 1 (1 )ow HsWs W s s s s s? ?? ???? ? ? ??? 式中 ? :遲延時間 (s)。最后當(dāng)水位下汽包容積不再變化時，水位變化就完全反映了由于儲水量的增加而直線上升。把汽包和給水看作單容量無自衡過程，水位階躍響應(yīng)曲線如圖中 H1 線 。把汽包和給水看作單容無自衡對象，水位響應(yīng)曲線應(yīng)為一條直線。 4 圖 31工業(yè)鍋爐汽水結(jié)構(gòu) 1— 給水母管； 2— 調(diào)節(jié)閥； 3— 省煤器； 4— 汽包； 5— 下水管； 6— 上升管； 7— 過熱器； 8— 蒸汽母管 汽包及蒸發(fā)管系中貯藏著蒸汽 和水，貯藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。 工業(yè)鍋爐中最常見的事故有：鍋內(nèi)缺水，鍋爐超壓，鍋內(nèi)滿水，汽水共騰，爐管爆破，爐膛 爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、氣輪機安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的指標(biāo)。 鍋爐設(shè)備控制劃分為若干個控制系統(tǒng)。降溫后的煙氣 經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。空氣經(jīng)過鼓風(fēng)機進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過空氣預(yù)熱器 的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成熱空氣進(jìn)入爐膛。 工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的主要指標(biāo)之一。模糊 控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行有效的控制。 目前我國有各類鍋爐幾十萬臺，其中相當(dāng)大的部分還在使用常規(guī)儀表控制。若水位過高 ,則會影響汽水分離的效果 ,使用 電 氣設(shè)備發(fā)生故障 。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學(xué)模型，具有非線形、不穩(wěn)定性、時滯等特點 。鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。 基于 PLC 工業(yè)鍋爐汽包 水位 控制 系統(tǒng) 的設(shè)計 The Design of the Boiler Drum Water Level Control System with PLC I 摘 要 鍋爐是眾多工業(yè)部門必不可少的重要動力設(shè)備。對鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理，管理不善，處理不當(dāng)， 往往會引起事故。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID 控制，其控制效果還可以進(jìn)一步提高。而水位過低 ,則會破壞汽水循環(huán) ,嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐爆炸。由于鍋爐水位存在一定的反向特性即“假水位”現(xiàn)象，而常規(guī)儀表所常用的 PID 算法對“假水位”現(xiàn)象的控制效果并不理想，若要較好的控制“假水位”現(xiàn)象，采用常規(guī)儀表所構(gòu)成的控制器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性又會增加，造成成本較高。 三沖量鍋爐水位控制系統(tǒng)中的 主回路控制部分與 蒸汽前饋控制部分正是屬于這種情況 ：由于虛假液位的影響和各種參數(shù)存在的時變性而導(dǎo)致無法確定這一過程的數(shù)學(xué)模型，這樣就不能設(shè)計常規(guī)的控制器進(jìn)行控制 [1]。 2 所有各種鍋爐，雖然燃料種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。煤經(jīng)過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉(zhuǎn)動下煤進(jìn)入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時產(chǎn)生熱煙氣。 鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng) 鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)，是指鍋爐生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下。 2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要（常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比例，以保證最經(jīng)濟(jì)燃燒，提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。 鍋爐水位控制系統(tǒng)在鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要性 鍋爐是一種受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。其中以鍋爐缺水事故比例最高。引起水位變化的 主要擾動就是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使汽包內(nèi)氣泡含量減少，導(dǎo)致水位下降。 1 2 3 4 5 6 7 8 5 圖 311 汽包水位在給水流量擾動下的階躍響應(yīng)曲線 但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸取部分熱量。因此，實際水位曲線如圖 2中 H 線。 ? :響應(yīng)速度，即給水流量改變一個單位流量時 。 （ 2） 蒸汽流量增加，汽包氣壓下降，爐水沸點下降，由于爐水為飽和水的汽化，使汽包水位隨壓力下降而升高。而實際顯示的水位響應(yīng)曲線 H 為 H1+H2。例如，一般１００～２００ t/h 的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷變化１０％時，“虛假水位”可達(dá)３０～４０ mm。由于水 面下的蒸汽容積增大，此時也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，但由于燃燒率的增 7 加也將氣量Ｄ緩慢增加，故虛假水位現(xiàn)象要比Ｄ擾動下緩和得多 [5]。單沖量即汽包水位。②負(fù)荷變化時，控制作用緩慢。 如圖 322， 由于引入了蒸汽流量前饋信號，當(dāng)蒸汽量變化時，就有一個與蒸汽量同方向變化的給水流量 信號，可以減少或抵消由于“虛假液位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的錯誤動作。在給水流量比較平穩(wěn)時，采用雙沖量控制是能夠達(dá)到控制要求的。 三沖量水位控制系統(tǒng)組成原理圖如圖 323。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量改變時，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。這樣常規(guī)控制理論就無法勝任，必須尋求新的控制理論來取代常規(guī)控制理論進(jìn)行控制。 對于大型鍋爐，汽包的容量相對較小，則 對鍋爐汽包水位的要求更高，汽包水位就必須實現(xiàn)全自動控制才能滿足。 模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 考慮到模糊控制器的設(shè)計不需要知道該過程的數(shù)學(xué)模型以及它的其他特點都適合于這種水位控制， 所以選 擇 了汽包水位模糊控制系統(tǒng)。輸入和輸出模糊集合的隸屬函數(shù)選為三角形的 [7]。(x) 如下 ： 圖 412偏差 e的隸屬函數(shù) 根據(jù)上面隸屬函數(shù)建立語言變量 E 的賦值表如下： 表 412 語言變量 E的賦值表 設(shè)偏差變化率 ec 的基本論域為 [15， +15]，選定 EC 的離散論域 Y={6， 5， 4，3， 2， 1， 0， +1， +2， +3， +4， +5， +6}，得偏差變化率 ec 的量化因子 kec=6/15=。 的基本論域為 [10， +10]，選定 U的離散論域為 Z={6， 5， 4，3， 2， 1， 0， +1， +2， +3， +4， +5， +6}，則得控制量變化 181。根據(jù)控制經(jīng)驗，列出控制規(guī)則表如下： 表 415 控制規(guī)則表 模糊控制響應(yīng)表的生成 模糊控制器在線計算推理模糊關(guān)系時，需要耗 費大量時間，占用大量內(nèi)存。當(dāng)模糊控制器采用查表法實現(xiàn)時，用來離線設(shè)計查詢表，當(dāng)模糊控制器采用軟件推理法實現(xiàn)時，用來在線進(jìn)行模糊推理。同理，應(yīng)用上述算法算出 169 個離散點的輸出。而模糊控制不需要了解蒸汽負(fù)荷變化時，汽包的外擾特性，即數(shù)學(xué)模型，且魯棒性好，對于非線性和參數(shù)時變系統(tǒng)有較好的控制能力 [9]。應(yīng)用 Mamdani模糊推理算法，加權(quán)平均法解模糊。模擬量 PID控制器的輸出表達(dá)式為0()1( ) [ ( ) ( ) ]t DpiT de tu t K e t e t dt MT dt? ? ? ??,式中 ()ut 為控制值 ()et 為偏差值， pK 為比例系數(shù)， iT 為積分常數(shù)， DT 為微分常數(shù)， M為積分部分的初始值 。實際中 本設(shè)計 取 。實際中 本設(shè)計 取 50s。 傳感器選型 各傳感器主要用于水位、蒸汽流量、給水流量等測量 。其中 FX2N4AD模擬量輸入模塊接到 FX2N16MR 基本單元的最近位置，模塊編號為 0， CH1， CH2， CH3通道分別與 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 連桿浮球式液位開關(guān) 。當(dāng)水位到最低位 (X2= 1) , 輔助繼電器 M 0 被激勵 (M 0= 1) , 同時給水泵電動機起動運行 (Y1= 1)。 報警燈仍以 1s (T T2) 為周期閃爍 , 直至故障消除 [11]。為了簡化程序設(shè)計，程序設(shè)計中將輸入模糊論域的元素有 [6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， +1， +2， +3， +4， +5，+6]轉(zhuǎn)化 為 [0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 12]，將模糊控制量表中的 U 的 22控制結(jié)果按 由 上到下、 由 左到右的順序依次存入 D100~D268 中，控制量的基址為 100，偏移地址為 Ec*13+E。副回路用模糊控制器取代了常規(guī)控制器，解決了因為“虛假液位”造成的不能確定精確的數(shù)學(xué)模型而無法采用常規(guī)控制器進(jìn)行自動控制的問題并且實現(xiàn)了動態(tài)前饋 [13]。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是朱老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯誤。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! z n%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qvadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^ vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9w