余热锅炉水位模糊自适应控制系统设计
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【摘要】余热锅炉在工业生产中有着十分重要的作用，它能够对生产中的余热烟气进行一定程度的转化，使其成为蒸汽，并进一步实现生产过程中的动力、热能、热能转化成电能的有效提供。但当前状况下，余热锅炉仍然存在一些不完善的地方，主要表现为运行成本高、系统复杂，需要对其系统进行科学合理的优化。本文就针对余热锅炉水位模糊自适应控制系统设计进行研究与分析。
【关键词】余热锅炉 自动控制 水位控制 系统设计
一、控制方案设计
在进行控制方案的设计时，必须满足锅炉汽包水位控制一定的范围之内，同时保证锅炉产气量需要适应用汽设备用汽量的变化要求。为了对上述要求进行有效的实现，对以PLC为基础的余热锅炉控制系统进行了设计，这一系统主要是由四个模块共同组成的，分别为工业电视、PLC控制系统触摸屏以及A/D转换模块。①工业电视：这一模块的主要作用是运用闭路电视系统对汽包水位与汽包压力进行合理有效的远程监控;②PLC控制系统：对于PLC的基本单元而言，一方面它可以对相关动力设备的运行状态进行一定程度的监视，另一方面也可以对动力设备进行有效的控制，这样一来，就能够促使整个PLC控制系统发挥出监视与控制锅炉运行状态的作用;③触摸屏：在这一模块，可以在触摸屏之上输入相关的控制参数，触摸屏可以对锅炉的运行状态及其相关参数进行有效显示;④A/D转换模块：这一模块可以输出模拟信号，对变频器的频率进行一定程度的控制，进而达到控制水泵的目的。
二、热工信号检测设计
（1）液位检测：在锅炉运行中，汽包液位是一项十分重要的参数，在设计中为了保证检测的准确性，配置了两种原理不同的液位计进行检测，主要是以水平平衡容器配差压变送器测量为主，在此基础之上还以带远传的磁浮子液位计进行辅助测量。除此之外，还对水位摄像头进行了设置，这样一来，便可以通过闭路电视系统对其进行远程监测。
（2）流量检测：在对锅炉给水流量进行检测时，所用到的检测设备为电磁流量计，需要注意结合实际情况，并综合考虑给水流量、压力、结构形式等方面的因素，对流量计进行科学合理的选型。
（3）压力检测：锅炉压力检测的内容主要包含有炉膛负压与烟道负压，测量所用的仪器为差压变送器，需要注意对测量仪器进行优化选择，务必保证测量精度能够符合设计要求。
（4）温度检测：在对锅炉运行温度进行检测时，将安装于水汽系统管道上的测温元件运用固定螺纹方式进行连接，而将安装于炉体、、设备以及空烟系统管道上的测温元件以法兰方式进行连接，并在此基础之上采用热电偶进行温度检测。
三、汽包水位控制系统结构设计
在锅炉运行的过程中，汽包水位是一项十分重要的指标，它能够对预热锅炉運行的安全性与稳定性进行一定程度的反映。对汽包水位进行科学合理的控制，使其处于给定的范围之内，一方面可以对蒸汽的品质进行一定程度的提升，另一方面也可以设备运行损耗的减少起到有益作用。当余热锅在运行的过程中，如何负荷突然增大，汽包供汽量会随之发生一定程度的上升，促使汽包压力下降，进而使水中的气泡量显著增加，最终导致锅炉汽包水位的上升。在这种情况之下，汽包中的水量会随着共汽量的上升而得到一定程度的下降。针对这种情况，在设计时将模糊控制算法引入到两冲量控制系统之中，同时引入了汽包水位与蒸汽流量两个测量信号。当锅炉运行中给水压力相对平稳时，即使负荷状态变化频率较高，也可以实现对于汽包水位的有效控制。当蒸汽流量发生一定程度的变化时，在控制系统控制下，存在一个给水流量与蒸汽流量的同方向变化，这样一来就可以对因“虚假水位”而造成的问题进行有效的解决，保证调节阀按照正确的方向动作。通过汽包水位控制系统的设计，可以对水量与水位的波动情况进行一定程度的减少，进而对过渡过程的时间进行有效的缩短。
四、PID参数自适应模糊控制器设计
相比于传统的PID控制器，参数自适应模糊PID控制器很好地继承了前者高精度控制的优势，同时它还具备高控制灵活性、适应性等方面的优势，使得系统具备良好的动态特征与稳态特征。将气泡水位的误差与误差的变化量作为模糊控制的输入量，在此基础之上结合模糊合成体力设计PID参数的模糊矩阵表，获取修正参数，并以此对控制参数值进行有效的计算。然后将汽包水位误差与汽包水位误差的变化量进行模糊化处理，并归入到相应的论域当中，并为之建立有效的控制规则，形成模糊控制规则表。在汽包水位的控制过程中，依据汽包水位的误差与误差变化率对模糊控制规则表进行查找，进而得出校正量。在此基础之上对重心法进行一定程度的应用，将其去模糊转化为清晰量，并将得到的值乘以量化因子，获得最终值，将最终值与PID基准值相加得到最佳的瞬态PID参数，将其按照常规的PID运算计算控制器输出量到给水流量调节器。
五、结束语
本文主要针对余热锅炉水位模糊自适应控制系统设计进行研究与分析，分别阐述与分析了控制方案设计、热工信号检测设计、汽包水位控制系统结构设计以及PID参数自适应模糊控制器设计。综上所述，余热锅炉在工业生产中有着十分重要的地位与作用，它对工业生产的经济效益与环境效益发展有着十分重要的意义。余热锅炉在运行的过程中会受到诸多随机性干扰因素的影响，进而促使汽包水位的动态特征十分复杂。针对这一情况，通过对余热锅炉水位模糊自适应控制系统进行科学合理的优化设计，保证锅炉运行的安全性与稳定性。
参考文献：
[1]朱智亮.基于PLC的余热锅炉监控系统设计[J].工业控制计算机，2015，（12）.
[2]孙秀权，唐健，于秀银.锅炉和工业窑炉实用计算机控制技术[M].北京：国防工业出版社，1993.
[3]黄伟.工业锅炉汽包水位自动控制系统设计[J].1999，（05）.
[4]任登凤，宋飞虎.工业锅炉汽包水位先进PID控制研究[J].计算机仿真，2009，（7）.
[5]孙君曼，谢泽会，李莉萍，等.基于生物质锅炉的模糊自适应PID控制系统仿真研究[J].锅炉技术，2010，（1）.
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