锅炉温度控制策略的应用分析

摘 要 随着我国经济不断的发展和进步，我国工业的城市发展不断加快，锅炉已经在我们的生产生活中得到了广泛的使用，但是锅炉由于长时间的使用，会导致温度快速增加，如果超出了锅炉承受温度的限制就会造成钢材的蠕变，从而大大降低了锅炉的使用寿命，本文对锅炉温度的控制方法进行了分析和研究，并提出了一些可行性建议。

关键词 锅炉；温度控制；策略分析

中图分类号 TK 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0165-01

衡量锅炉是否正常运行的重要指标是过热蒸汽温度。如果过热蒸汽的温度超过了蒸汽管道、过热器管、阀门、叶片或者汽轮机的喷嘴等设备部件允许工作温度的时候，就会使钢材加速蠕变，从而降低了锅炉的使用寿命。如果出现严重超温的情况还有可能发生爆破的危险。反之温度过低会引起热耗上升，汽轮机末级蒸汽湿度增加，进而导致汽轮机的内效率较低，加剧了对叶片的侵蚀。所以在锅炉的使用中，一定要保持其在一个稳定的规定值运行。

1 锅炉温度控制方案的设计

改善大惯性、纯滞后系统调节质量的最有效的方法是使用串级调节，所以在设计温度控制设计方案的时候要采用串级模糊控制系统，其控制系统如图1所示。

图1

图1中：F是减温水流量调节阀；P是副调节器，使用比例调节；FC是主调节器，使用混合模糊控制器，就是一个二维模糊控制器以及常规的PI调节器并联而形成的，除了可以快速消除副环外的扰动外还能够校正汽温的偏差，保证汽温控制的准确程度。由减温器以及过热器共同组成汽温调节对象，减温水流量是对象调节通道的输入信号，过热器出口气温为输出信号。为了使调节品质得到改善，系统使用减温器出口处汽温θ1作为导前汽温信号。在调节机构的喷水量发生变化以后，导前汽温信号θ1的反应要比被调量信号θ2早很多。因为从调节对象中引出了θ1信号，对象调节通道的动态特征是由两部分构成：1）以减温水的流量Wj作为输入信号，减温器出口位置汽温θ1当作输出信号的通道，这样的调节通道称作导前区。2）减温器出口位置θ1作为输入信号，而过热器的出口汽温θ2作为输出信号的途径，通常这部分调节通道是惰性区。导前区的延迟以及惯性明显要比惰性区小很多。

在副回路内发生扰动，比如在减温水流量发生自发性波动现象，因为副回路的存在，其导前区的惯性比较小，副调节器能够及时地做出反应动作，可以快速地消除其自发性波动，进而使得过热汽温保持基本不变的状态。在副回路以外发生扰动造成过热汽温偏离了给定值的时候，串级系统先在主调节器快速改变它的输出校正信号，通过副调节回路来改变减温水的流量，使得过热汽温恢复到给定值区域。因为主调节器的惯性和延迟都比较小，所以其反应速度比较快。

所以在串级模糊蒸汽温度的控制系统中，其副回路的主要任务是要尽快消除减温水的流量自发性扰动以及其他进入到副回路的扰动，其主要对过热汽温的稳定其粗调的作用。而住调节器的任务是让过热汽温保持在给定值区域内。系统在设计主控制器上把模糊控制和常规的调节器相互结合，使得控制系统不但有模糊控制相应快速以及适应强的优点，还有控制精度很高的特点。

2 模糊控制器的设计实现

2.1 模糊控制器的设计结构

此系统把过热蒸汽的实际温度和设定值之间的出差以及误差的变化当做输入语言的变量，系统的控制值U是输出语言变量，从而形成一个二维模糊控制器。其具体的结构如图2所示。

其中Ku代表模糊控制器的比例因子，其他的位量化因子。Ke是在确定输入量化等级以后，在算法中改变误差输入论域大小，Ke的增大就代表缩小误差的基本论域，主要起到增大误差变量的控制作用。如果Ke的选择比较大，那么上升的时间就会缩短，但是会导致系统缠身很大的超调，进而导致过渡的过程延长；如果Ke非常小，那么系统上升会比较慢，而且其快速性比较差。与此同时其还对模糊控制系统的稳态品质造成直接影响。

在Kec的比例选择比较大的时候，超调量会减小，但是系统的相应速度会减慢，Kec对超调的抑制作用会十分明显。但是在Kec、Ke以及Ku之间，系统对Kec的变化敏感性最小，通常Kec可以调整的范围比较宽，而且其鲁棒性能比较好，可以给实际的调试带来很大的方便。

2.2 确定模糊规则

模糊决策通常都使用“选择从属度大”的规则，在调节过热蒸汽温度的过程中，在系统的偏差比较大的时候，系统的快速性成为主要矛盾，当系统的稳定性控制精度是次要的时候，这时候就要减小系统快速的偏差；在当系统的偏差比较小的时候，就要求主要保证系统的控制精度以及稳定性。所以就要遵循模糊控制的规律：若果过热汽温上升的速度比较快而且汽温比较高的时候就要控制汽温向下浮动；在过热汽温下降比较快的时候且气温比较低，就需要控制汽温向上浮动。

3 系统的仿真

为了证明串级模糊控制系统在锅炉过热的时候，其对过热蒸汽温度的控制有比较好的调节效果，搭建了具有导前微分信号控制系统以及串级模糊控制系统的仿真框架。在输入信号相同的条件下没设置的参数也相同，这样十分有利于比较。在比较中可以得出，串级模糊控制系统在锅炉过热蒸汽温度控制上可以获得更好的的控制效果。前者的控制系统仿真曲线有超调、振荡、误差大以及动态过渡时间长的缺点。而后者的仿真曲线基本没有出现振荡和超调，而且其过渡时间比较短，出现的误差比较小。

4 结束语

由此可知，使用串级模糊控制系统能够有效地控制锅炉的蒸汽温度，其能保持着响应速度快、无静差以及无超调的良好性能，具有很强的适应性和鲁棒性。所以该方案用在锅炉温度控制中会起到十分好的效果。

参考文献

[1]张秀滢,刘强.热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2010,09.

[2]王巍巍,张志华,武延坤.模糊PID控制器在电锅炉温度控制系统中的应用[J].仪器仪表用户,2009,04.