浅谈锅炉汽包水位的控制

卫宏源

摘 要：概括了汽包水位经典控制办法的特点和方案，简要分析了新的先进汽包水位控制系统的应用，并提出应该根据具体情况科学、合理地选用适当的汽包水位控制系统，合理应用新技术。

关键词：锅炉；汽包水位；控制；数据

中图分类号：TK223.1+3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0054-02

随着社会经济的发展，对汽包水位的控制要求也在不断提高。汽包水位的控制既涉及给水流量的测量误差、蒸汽流量的误差和水位的波动，同时还要兼顾给水控制的平稳性、可靠性和水位的合理调节。当前，一些汽包水位的控制策略考虑得并不全面，只是考虑到了给水流量和蒸汽流量的测量误差补偿，没有考虑到测量误差给整个控制系统带来的负面影响。

1 锅炉汽包水位的经典控制办法

一般来说，锅炉的给水量和水蒸气的流量在测量上都存在误差，严重的，汽包里的汽水混合物甚至会进行互相流动，而且由于各种机械的振动，汽包水位也会产生剧烈的震荡和波动。对汽包水位的控制一般包括单冲量、双冲量和三冲量。这样的控制策略相对来说比较简单，很难满足各种现代化复杂锅炉控制和使用的要求。目前，大部分锅炉汽包水位控制采用的是三冲量水位控制。

1.1 总给水阀门做汽包水位控制阀门

当选用总给水阀门做汽包水位控制阀门时，对系统来说，比较成熟的是串级三冲量控制设计，这也是实际中应用比较广泛的一种设计。这个系统的控制思路是：用锅炉汽包水位的测量信号作为主要的控制信号，以构建主调节回路；把蒸汽流量的信号作为前馈信号，构建前馈调节回路；串级信号由总给水量充当，构建副调节回路。这样，主调节回路、前馈调节回路和副调节回路就一起构成了锅炉汽包水位串级的三冲量控制形式。我们可以用蒸汽流量的前馈信号来消除虚假水位的现象，这样就能消除虚假水位给自动控制带来的负面影响。把给水流量的串级信号引入，就可以消除给水侧压力扰动带来的负面影响。此系统比较适合汽包水位频繁变化、要求严格的水位控制。同时，这种系统控制不会对信号的静态配合功能有严格的要求，系统的主调节器可以自动矫正信号，消除信号配合不够准确带来的误差。另外，该系统也能够完成误差调节，没有稳态配合的问题。但是，这样的系统也有不可掩盖的缺点——参数的整定步骤相对来说比较复杂，无论主环或者副环，如果有一个环发生震荡或波动，就有可能造成整个系统的崩溃。

1.2 省煤器做汽包水位控制阀门

另一种控制思路是将进省煤器阀做汽包水位控制阀门，这样的系统相对来说具有独立的特点，水位控制的思路比较简单、清晰。该系统把锅炉汽包水位测量的信号作为主要的控制信号来构建主调节回路；用水蒸气的流量信号和总给水量作为前馈信号，构建前馈调节回路。这样，总给水量的流量减去温水流量就是进省煤器的给水流量和控制回路输出所构成的副调节回路，也就是串级回路。这样就由主调节回路、前馈调节回路和副调节回路共同构成了三冲量控制系统。该系统实际上是串级三冲量控制的一种变形形式，它是为了可以在实际应用时能够更好地满足工艺技术的要求和需求。这样的好处是，给水总管阀门全部打开，减温水阀门和进省煤器阀门能够分别控制，消除了联动控制的局限性。在实践过程中，该系统多用于对汽包水位要求严格的系统和虚假水位比较严重的系统中。

2 锅炉汽包水位新型控制策略

2.1 预测函数控制

随着科技的发展，新的控制技术层出不穷。预测函数控制系统能够在工业机器人的控制下实现高精确度控制。PFC的关键是结构控制的输入，这可以解决规律不明的控制输入问题，也有很好的追踪功能和抗干扰性能。把PFC运用到锅炉汽包水位控制系统需要对负荷变化情况和对水位的影响进行充分的考虑，把蒸汽流量的信号引入PFC模型中，有很好的动态调节性。这样的控制系统能够将预测控制、串级控制和PID控制有效结合起来，充分发挥各种控制系统的优点。内回路可以迅速消除给水流量的扰动，PFC的强鲁棒性保证了蒸汽流量的系统参数变化。在设定参数方面，PFC-PID的串级水位控制系统比传统的串级控制系统更简单、方便，该系统只需要设定2个参数。

2.2 自校正控制

另一种汽包水位控制方式是自校正控制。此系统由受控对象、参数辨识器和控制器构成。被控制对象具有较强的非线性时，常规控制没有良好的控制效果，自校正控制系统就可以发挥其独特的作用。在这样的系统中，受控对象在初始阶段的不确定性会引起参数的变化，系统对受控对象的参数状态不断评估、反映和校正，进行实时参数调整，以达到更好的控制效果。此控制系统采用的自校正控制器来控制主汽压力和水位，在水位控制额外干扰的通道中引入随机信号，而且将外来干扰加到前馈控制中，但是，在控制的通道中要考虑非线性因素。自校正控制器对复杂的对象有比较好的控制效果，但是算法也比较烦琐。

锅炉汽包水位的控制也逐步实现了智能化。其中，综合专家知识、模仿专家结局问题的智能软件系统是一个比较好的水位控制系统。在一般情况下，专家控制系统可以离线工作，也可以在线运行，能够完成实时性的任务工作，不仅能够做出相对独立的决策，也能够在得到反馈信息后做出必要的在线控制动作。根据锅炉水位的偏差和符合变化等情况，系统会根据一定的规则自动选择适合的参数，甚至能够在某些极端情况下实时控制，并且进行转接控制输出，使水位尽快回到正常的数值。在结构上，该系统是以主蒸汽流量作为前馈信息，仍是三冲量给水系统，但不同的是，它不同于普通的固定参数控制。参数不是固定的一组，而是按照水位系统动态环境的不同，模仿有经验的专家，适当地选取合适的参数进行控制，控制参数不会随着动态的变化而发生改变，这样可以有效改善控制效果。控制的参数需要根据专家的经验事先调整好，在实时控制中，控制器会根据受控对象的信息和一定的规则选取参数，这样做其控制精度更加可靠，实时性更强。在某些极端的条件下，系统能够对调节阀直接进行规则化的控制，防止系统严重恶化，把系统的值拉回正常范围。在传统系统中，如果遇到极端情况，往往需要人员手动操作，仅从这一点上看这就是一个明显的进步。但是，该系统也有不足之处——必须精确地确定对象模型，对操作者的经验要求比较高，在控制过程中，各种信号量不容易用定量的方式表示。

2.3 神经网络

随着学科交流的发展，神经网络也被应用到水位控制系统中。利用神经元网络对控制系统进行优化，能够更好地适应环境的复杂变化，自动修改参数，解决了过程中自动控制的问题。这种控制方法把模型辨识、预测和优化控制与神经网络结合起来，便是系统的模型。同时，输入其测量的控制数据，选出最优化的控制数据进行管理和决策，以达到最理想的控制效果。该系统还具有很好的非线性映射能力，可以作为模拟控制对象和预估器。优化控制器的被调变量与精度往往成正比，被调变量小，控制精度就高。在提高控制精度时，常采用将控制约束量加入到控制指标中的做法。

3 结束语

随着锅炉水位测量技术的不断发展，锅炉汽包水位的测量手段也越来越丰富，汽包水位的测量也更加精确。当前，一些汽包水位控制策略考虑得并不全面，没有考虑到测量误差对整个控制系统产生负面影响。在实践过程中，应该根据具体情况，科学、合理地选用适当的汽包水位控制系统，合理应用新技术解决偏差问题，提高水位测量的精确性。

参考文献

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[2]魏庆伟.锅炉汽包水位的测量与控制[J].化工自动化及仪表，2010（11）.

[3]周佳，曹小玲，刘永文.锅炉汽包水位控制策略的现状分析[J].锅炉技术，2005（3）.

〔编辑：白洁〕