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
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。
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ΔP,通过变送器将来流压力和差压转变成4~20 mA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:
其中:θ为纯滞后时间,它比τ1和τ2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:
其中:e为测量值与给定值之间的偏差;TD为微分时间;TI为积分时间;Kp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:
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:
式(5)中,u0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;ei是t=ti时刻的误差值;uk-1是t=tk-1时刻的测量值。
类似式(5):
式(11)为本设计采用的PID控制器的增量算式。Δuk是在t=tk-1时u=uk-1的基础上控制量的增量。该算法具有以下优点:
①在增量式算法中,计算误差对控制量影响小。
②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。
③可靠性高。
3.2 排污控制算法
控制量 二氧化硅SiO2或钠Na;
约束控制变量 PH值,磷酸根PO-34,电导率D;
输出量 阀位开度FW0;
输出反馈量 阀位反馈量FW1;
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。
可以根据实测的PH值和磷酸根PO-34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,Na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-34>4或SiO2>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,SiO2,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.Intel16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.
来源:现代电子技术