干熄焦鍋爐給水控制系統(tǒng)PID參數(shù)的整定和應(yīng)用

王丹(唐山中潤煤化工有限公司，河北 唐山 063611)

1 概述

汽包鍋爐的給水系統(tǒng)的主要任務(wù)就是自動控制汽包水位的變化程度，讓它穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。對于鍋爐的運行來說，汽包水位是一項重要的監(jiān)控參數(shù)，它可以把給水的平衡關(guān)系以及鍋爐的負(fù)荷間接的表示出來。保持好鍋爐以及汽機的安全運行的重要條件就是維持好汽包的水位在允許的范圍內(nèi)，這同時也是鍋爐正常運行的一項指標(biāo)。

我公司的140t/h干熄焦裝置于2009年5月開始投入試生產(chǎn)，各設(shè)備單元基本投入正常運行，但是，也還有部分問題存在，其中就包括鍋爐系統(tǒng)自動控制一直沒有投入運行(包括鍋爐汽包給水自動控制、主蒸汽溫度自動控制、除氧器液位自動控制等)。

2 控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鍋爐自動控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)是工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，PID是英文單詞比例(Proportion)，積分(Integral)，微分(Differential coefficient)的縮寫。PID 指令用于過程變量的控制，它能維持被控過程變量在一個希望值，在Control Logix系統(tǒng)中，PID指令有兩種PID方程，即絕對增益PID方程和相對增益PID方程。

微分、積分、比例這三種調(diào)解方式是組成PID的調(diào)節(jié)方式。

比例調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)節(jié)方式利用比例的反映來應(yīng)對系統(tǒng)的偏差，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)作用就會及時發(fā)揮調(diào)節(jié)作用從而減少偏差。如果比例作用過大，雖然能夠加快調(diào)節(jié)的速度，但是會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素上升。

積分調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)解方式可以讓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減少，提高系統(tǒng)整體的無誤差度。如果存在誤差的話，積分調(diào)節(jié)就會一直進行，最終達到無誤差，然后積分調(diào)節(jié)就會停止，然后輸出一個常值。

微分調(diào)節(jié)的作用:這種調(diào)節(jié)方式能夠把系統(tǒng)的偏差信號的變化率反映出來，特點是有預(yù)見性，可以對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的偏差變化趨勢預(yù)先分析出來，所以說能夠產(chǎn)生一定的控制能力，在偏差產(chǎn)生之前就通過微分調(diào)節(jié)消除掉。

3 三沖量調(diào)試在積水控制系統(tǒng)中的作用

整個調(diào)試過程中起到重要作用的就是PID控制器參數(shù)的設(shè)定。這組數(shù)值能夠讓回路有比較快的跟蹤效果，并且能降低閥位的波動幅度。進行PID控制器參數(shù)設(shè)定的方法有很多種，一般比較常用的方法有以下兩類:首先是理論計算整定法。這種方法通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來進行操作，然后利用理論的計算對控制器的參數(shù)進行確定。但是這樣得出的數(shù)據(jù)不一定能用于使用，所以還需要相關(guān)的修改和調(diào)整過程。其次是工程整定這一方法，這種方式進行時需要操作者有一定的工作經(jīng)驗，需要在控制系統(tǒng)內(nèi)的實驗過程里進行。衰減法、反應(yīng)曲線法以及臨界比例法是進行PID控制器參數(shù)設(shè)定的官方方法，但是不論你采用哪一種方式，得出的數(shù)據(jù)都需要在進行具體操作中進行完善和調(diào)整。

這次實驗用的調(diào)試方法需要通過運行經(jīng)驗進行，需要確定一組可用的調(diào)節(jié)器參數(shù)。以下為PID控制器參數(shù)的工程整定經(jīng)驗數(shù)據(jù):

溫度T:P=20-60%,T=180-600s,D=3-180s

壓力P:P=30-70%,T=24-180s,

液位L:P=20-80%,T=60-300s,

流量L:P=40-100%,T=6-60s。

我們讓整個系統(tǒng)處于閉環(huán)的運作之中，然后進行人工的階躍擾動，把調(diào)節(jié)器的相關(guān)數(shù)值進行變化，之后對調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)量的輸出階躍響應(yīng)曲線進行觀察。

⑴把調(diào)節(jié)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)也就是積分系數(shù)Ti設(shè)定為零，之后讓整個系統(tǒng)都處于閉環(huán)的運行當(dāng)中，然后通過一定的比例系數(shù)，從大到小對其進行變化，讓整個系統(tǒng)的擾動信號發(fā)生階躍性變化，然后對整個過程進行記錄觀察，讓控制效果達到最佳。

⑵用0.83去乘比例系數(shù)Gain的當(dāng)前取值，之后把積分系數(shù)Ti進行從小到大的增加，最后確保擾動信號能夠出現(xiàn)階躍變化，讓控制效果達到最佳。

(3)保持積分系數(shù)Ti的值不變，然后對比例系數(shù)Gain的進行變化，仔細觀察整個變化過程中有沒有改善情況，如果成功改善，就繼續(xù)進行調(diào)整，直到控制效果達到最佳，。如果不能改善，就把原來的比例系數(shù)Gain稍微增大，調(diào)整積分系數(shù)Ti的值，爭取改善控制過程。

我們運用起得到的各項參數(shù)，來對整個控制過程中出現(xiàn)的影響來修改相關(guān)的參數(shù)。這樣反復(fù)試驗,直到得出了以下數(shù)據(jù):

單沖量時:Gain=+0.11 Ti(ms)=610,

三沖量時:串級Gain=+2.612 Ti(ms)=441.2,

4 結(jié)語

在進行完投運過程之后，通過液位的擾動(排污量變化)實驗，和負(fù)荷的擾動(產(chǎn)氣量變化)實驗等，證明其抗擾動的性能較好，而且，在負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，三沖量自動投入運行的最小負(fù)荷為15t/h，其水位波動范圍是±40mm。同樣方法，將除氧器液位自動控制投入了運行，投運以來運行平穩(wěn)，達到了工藝要求，并且將系統(tǒng)的連鎖保護投入運行。

[1]潘立慧、魏松波.干熄焦技術(shù).冶金工業(yè)出版社;第1版(2005年)107-120.