【正文】 0， +1， +2， +3， +4， +5， +6}，得偏差變化率 ec 的量化因子 kec=6/15=。則得偏差 e 的量化因子 ke=6/50=3/25=，為語言變量選取 7個(gè)語言值： PB， PM， PS， Z， NS， NM 和 NB。輸入和輸出模糊集合的隸屬函數(shù)選為三角形的 [7]。 主回路模糊控制器的設(shè)計(jì) 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)及輸入、輸出語言變量 根據(jù)控制對(duì)象 —— 汽包及控制精度，模糊控制器的結(jié)構(gòu)選為二輸入單輸出結(jié)構(gòu)，輸入語言變量選為汽包液位偏差 e 和偏差變化率 ec， e=AVSV， AV 為液位測(cè)量值， SV為液位設(shè)定值。 考慮到模糊控制器的設(shè)計(jì)不需要知道該過程的數(shù)學(xué)模型以及它的其他特點(diǎn)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)。將模糊集合理論運(yùn)用于自動(dòng)控制而形成的模糊控制理論，在近年來得到了迅速的發(fā)展，其原因在于對(duì)那些時(shí)變的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，利用具有智能的模糊控制器能給出有效的控制。 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(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn) 物。對(duì)于中小型鍋爐，汽包的容量相對(duì)較大，則對(duì)汽包水位的控制要求就沒那么高，又由于常規(guī)三沖量控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)控制，所以中小型鍋爐允許適當(dāng)?shù)牟捎檬謩?dòng)控制。 對(duì)于大型鍋爐，汽包的容量相對(duì)較小，則對(duì)鍋爐汽包水位的要求更高，汽包水位就必須實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制才能滿足。但是各種參數(shù)又存在不同程度的時(shí)變性，且過程具有非線性，強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，特別是蒸汽負(fù)荷變化對(duì)水位的影響，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加和減小時(shí)，汽包水位在蒸汽作用下的動(dòng)態(tài)特性不一致，這樣很難確定三沖量控制 10系統(tǒng)中蒸汽前饋系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，這就使得三沖量控制系統(tǒng)的控制規(guī)律很難找到，即使找到控制規(guī)律也很難作的精確。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。 三沖量模糊水位控制系統(tǒng) 由常規(guī)控制理論的局限性和模糊控制理論的特點(diǎn)可以看出，對(duì)于存在精確數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，常規(guī)控制理論發(fā)揮了巨大的作用，并取得了令人滿意的控制效果。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量 改變時(shí)，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如果給水中斷，可能在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)水位；如果僅是給水量和蒸汽量不相適應(yīng)，也可能在幾分鐘呢出現(xiàn)缺水和滿水事故，這樣對(duì)汽包水位要求就更高了。三沖量水位控制系統(tǒng)組成原理圖如圖 323。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動(dòng)，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不能保持正常時(shí)，不宜采用雙沖量控制。在給水流量比 較平穩(wěn)時(shí)，采用雙沖量控制是能夠達(dá)到控制要求的。因而能極大的減小給水量和水位的波動(dòng)，縮短過度過程時(shí) 間。如圖 322，由于引入了蒸汽流量前饋信號(hào)，當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)與蒸汽量同方向變化的給水流量信號(hào)，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(cuò)誤動(dòng)作。如果水位過程時(shí)間常數(shù)很小，偏差必然相當(dāng)顯著。②負(fù)荷變化時(shí)，控制作用緩慢。 8 然而，在停留時(shí)間較短，負(fù)荷變化較大時(shí)，采用單沖量水位控制系統(tǒng)就不能適用。單沖量即汽包水位。單沖量水位控制系統(tǒng)，是汽包水位控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單最基本的一種形式 [6]。由于水面下的蒸汽容積增大，此時(shí)也會(huì)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(dòng)下緩和得多 [5]。 燃料量擾動(dòng)下汽包水位的動(dòng)態(tài) 特性 汽包水位在燃料量Ｂ擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 313 所示，當(dāng)燃料量增加時(shí)，鍋爐的吸熱量增加，蒸發(fā)強(qiáng)度增大。例如，一般１００～２００ t/h 的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷變化１０％時(shí)，“虛假水位”可達(dá)３０～４０ mm。 應(yīng)該指出：當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位下汽包容積變化而引起水位的變化速度是很快的，圖中 H2 的時(shí)間常數(shù)只有 10~20S。而實(shí)際顯示的水位響應(yīng)曲線 H 為 H1+H2。但實(shí)際情況并非這樣，由于蒸汽用量的增加，瞬間必然導(dǎo)致汽包壓力的下降。 （ 2） 蒸汽流量增加，汽包氣壓下降，爐水沸點(diǎn)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。從圖上可以看出，在燃燒不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時(shí)間必然導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水的沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，將整個(gè)水位抬高，形成虛假的水位上升現(xiàn)象，即所謂 “虛假水位”現(xiàn)象。 ? :響應(yīng)速度，即給水流量改變一個(gè)單位流量時(shí)。用傳遞函數(shù)來描述時(shí)，它近似于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)。因此，實(shí)際水位曲線如圖 2中 H線。當(dāng)水位下汽包容積的 變化過程逐漸平衡時(shí)，水位變化就完全反映了由于汽包中儲(chǔ)水量的增加而逐漸上升。 1 2 3 4 5 6 7 8 5 圖 311 汽包水位在給水流量擾動(dòng)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。 圖 311 所示是給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線。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。 汽包水位在給水流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性 給水流量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性。引起水位變化的主要擾動(dòng)就是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。 3 鍋爐汽包水位的基本特性和汽包水位控制系統(tǒng)方案選擇 鍋爐汽包水位控制對(duì)象的基本特性 工業(yè)鍋爐的汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。其中以鍋爐缺水事故比例最高。因此，鍋爐的安全 問題是一項(xiàng)非常重要的問題，必須引起高度重視。 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。 3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制 維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。 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)。他主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使 3 給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包水位在工藝允許范圍內(nèi)。主要控制系統(tǒng)如下。自動(dòng)控制的目的是實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)環(huán)境條件。 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(dòng)化系統(tǒng)。通過這種方式使 鍋爐 的熱能得到節(jié)約。煤經(jīng)過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)下煤進(jìn)入爐膛被前面的火點(diǎn)燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時(shí)產(chǎn)生熱煙氣。 圖 21工業(yè)鍋爐工藝流程 首先除氧水通過給水泵進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，通過給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入省煤器，冷水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成溫水進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的蒸發(fā)面因此水位要保持在 鍋爐 上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。 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。尤其是在現(xiàn)代化的石油化工企業(yè)里，熱力站的設(shè)立可以使工藝生產(chǎn)過程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不僅能為反映器、蒸餾塔、換熱器以及其他設(shè)備、管道保溫伴熱提供熱源，而且還可以為生產(chǎn)過程中的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類驅(qū)動(dòng)透平提供動(dòng)力來源。 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(shí)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(jì)常規(guī)的控制器進(jìn)行控制 [1]。 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(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。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(duì)“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(huì)增加，造成成本較高。鍋爐水位自動(dòng)控制的任務(wù) ,就是控制給水流量 ,使其與蒸發(fā)量保持平衡 ,維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。而水位過低 ,則會(huì)破壞汽水循環(huán) ,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸 。 關(guān)鍵詞 : 汽包水位； 模糊 PID； 三沖量 Abstract The boiler is numerous essential important power equipment of industrial department. So, the boiler has often bee an indispensable part of many factories. Therefore, it is essential for automatic control system in the boiler equipment to research. The water level control system of the boiler is that the boiler produces the most important link in the control system. If the production operation of the boiler is unre