锅炉连续排污测控系统
杜津津,郭福田,程代京,王晓辉
(西安交通大学电气工程学院 陕西西安 710049)
摘 要:本文分两部分介绍了锅炉连续排污测控系统。首先介绍了流量测量模块,接着着重介绍了排污控制模块及实现算法。该系统采用了单片机技术,实现了锅炉排污流量的在线监测和控制,达到了节能降耗的目的。
关键词:连续排污;调节;单片机;锅炉
中图分类号:TP 368.1 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2003)2309502
Continuous Blow Down System of Boiler
DU Jinjin ,GUO Futian ,CHENG Daij ing ,WANG Xiaohui
(Co ll eg e o f Electric a ls Engineering,Xi ′an Ji a oto ng U niversity ,Xi ′an,710049,Chi na)
Abstract :T his pa per intr oduces the continuous blo w dow n sy stem of boiler in tow part s .First ,the paper simply pr esents the measuring blo w mo dule ;Seco nd ,the paper emphasizes the contr ol m odule a nd ar it hmet ic o f co nt inuo us blo w do w n system of bo iler .It is equipped w ith do uble singlechips,w hich can ex amine and co nt ro l o n line so that ex ha ust can be reduced.
Keywords :continuo us blow do w n;reg ulat ing;M CU ;bo iler
收稿日期:200309
15
1 概 述
锅炉连排测控系统是由锅炉排污流量测量和排污控制2个模块组成。其原理框图如图1
所示。
图1 锅炉排污测控器原理图
2 流量测量部分
锅炉流量测量部分是由节流件、变送器和流量算法软件构成。当被测介质流过节流件时,节流件前后将产生差压 P ,通过变送器将来流压力和差压转变成4～20mA 标准电流信号,并将这2个节流信号送入排污流量测量模块,在DCS 系统中取得汽包压力信
号,按多相流量测量原理计算得到被测介质的瞬时流量和累计流量。3 锅炉排污控制部分
锅炉排污控制部分由炉水品质在线仪表、电动排污调节阀、控制软件及硬件电路组成。化水在线仪表送入排污流量控制模块的信号有电导率、PH 值、二氧化硅、磷酸根,根据排污控制算法确定是否调整排污门的开度,控制其排污量。控制算法采用带约束条件的PID 控制算法,以排污量作为反馈量。在正常工作时,以PH 值、二氧化硅、磷酸根为控制变量,在保证炉水指标的前提下,尽量减少排污量;在二氧化硅、磷酸根仪表缺信号或失效时以电导率为控制变量;在全部在线仪表失效时,以手动控制方式工作。
3.1 控制算法3.1.1 PID 算法
(1)模拟PID 控制
理论和实践均证明在连续控制系统中,对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大的滞后环节时,PID 控制是一种较好的方法。这些对象的传递函数为:
G 0(s )=K e
- s
1s +1
(1)或 G 0(s )=
K e - s
( 1s +1)( 2s +1)
(2)95
《现代电子技术》2003年第23期总第166期仿真与测试
其中: 为纯滞后时间,它比 1和 2小得多。
PID 基本算法是:控制器的输出是与控制器的输入(误差)成正比,与输入的积分成正比和与输入的导数成正比这3个分量之和。其表达式为:
U =K p (e +1T I ∫
e d t +T D d e
d t
)
(3)
其中:e 为测量值与给定值之间的偏差;T D 为微分时间;T I 为积分时间;K p 为调节器的放大倍数。对式(3)两边进行拉氏变换可以得到PID 调节器的传递函数为:
D (s )=
U (s )E (s )=K p (1+1
T I s
+T D s )(4)
其中:U (s )和E (s )分别为u 和e 的拉氏变换。
(2)PID 控制的增量式算法
用矩形法数值积分代替式(4)中的积分项,对导数项用后向差分逼近,由式(4)得到:
u k =K p [e k +
T
T I ∑k
i =1
e i +T D T (e k -e k -1)]+u 0
=K pe k +K I ∑k i =1
e i +K D (e k -e k -1)+u 0=K pe k +I k +K D (e k -e k -1)+u 0
(5)其中: I k =I k -1+K I e k =I k -1+ I k
(6)I k -1=K I ∑k -1
i =1
e i
(7)K I =T K p /T I (8)K D =T D K p /T
(9)
式(5)中,u 0是由式(3)中的不定积分变为式
(5)中的定积分所具有的积分常数;e i 是t =t i 时刻的误差值;u k -1是t =t k -1时刻的测量值。
类似式(5):u k -1=K p [e k -1+
T T I ∑k -1
i =1e i +T D
T
(e k -1-e k -2)]+u 0=K pe k -1+K I ∑k -1
i =1
e i +K D (e k -1-e k -2)+u 0
(10)由式(5)和式(10)得控制量的增量为:
u k =K p (e k -e k -1)+K I e k +K D (e k -2e k -1+e k -2)
(11)
式(11)为本设计采用的PID 控制器的增量算式。 u k 是在t =t k -1时u =u k -1的基础上控制量的增量。
该算法具有以下优点:
在增量式算法中,计算误差对控制量影响小。 从手动切换到自动或反过来从自动切换到手动时,对系统冲击小。
可靠性高。3.2 排污控制算法
控制量 二氧化硅SiO 2或钠Na;
约束控制变量 PH 值,磷酸根PO -3
4,电导率D ;
输出量 阀位开度FW0;
输出反馈量 阀位反馈量FW 1;
约束条件下的PID 控制算法 工作温度下的PH 测量值可以折算为25℃的PH 值。
PH(25℃)=PH(t ℃)+!(25-t )
(12)
其中:t 为工作温度(℃);
!为炉水PH 值校正系数(!=-0.025/℃)。钠磷比 R =Na/PO -3
4(13)
R =2+0.9510(PH-9)
PO -3
4
(14)可以根据实测的PH 值和磷酸根PO -3
4计算得到R 值,再由R 的定义式确定炉水中Na 的含量。
通常将约束控制变量作为边界条件,通过控制器,使控制参数始终保持在最佳值附近。采集的各约束参数与设定值的上下限进行比较,所有参数全未超过设定值时,输出控制阀门一个正步长单位(即减小阀门的开度),若有其中一个参数超过设定值时,输出3个负步长单位,使其返回安全区。例如以Na 作为主控信号时,N a 值在其波动范围内,阀门开度不变;若Na 值变大,增加排污量;Na 值减少,减小排污量。
当约束条件D>30或PO -3
4>4或SiO 2>0.4时
全开排污控制阀门;当PH<9.0时,全闭排污控制阀门;通常D,SiO 2,Na 不控制下限,排污控制阀门最小开度维持在3%左右。4 结 语
二次仪表采用模块化设计,抗干扰能力强。该系统投运可提高机组运行的安全性和减低运行人员的劳动强度,达到节能降耗的目的,获得经济效益,具有推广价值。
参 考 文 献
[1] 孙涵芳.Intel 16位单片机[M].北京:北京
航空航天大学出版社,2001.[2] 李广弟.单片机基础[M ].北京:北京航空航
天大学出版社,2000.
作者简介 杜津津 男,西安交通大学电气工程学院测试计量技术及仪器专业硕士生。
郭福田 男,西安交通大学电气工程学院测试计量技术及仪器专业副教授。
96
杜津津等:锅炉连续排污测控系统
