鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng),工程背景： 鍋爐計算機控制是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)，它是微型計算機軟硬件，自動控制和鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟的運行減輕工作人員的勞動強度。采用為計算機控制，能對鍋爐進(jìn)行自動檢測，自動控制等多項功能。由于我國工業(yè)鍋爐生產(chǎn)操作水平落后造成很多大量的熱能丟失，實踐證明，工業(yè)鍋爐實現(xiàn)微型計算機控制是鍋爐安全生產(chǎn)，提高熱效率，節(jié)約能源的一大創(chuàng)舉，因為鍋爐生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。 采用過程控制對工業(yè)鍋爐進(jìn)行控制，采用先進(jìn)的控制算法，以達(dá)到優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，提高勞動效益和設(shè)計效益提高勞動生產(chǎn)率節(jié)約能源，改善勞動條件，保護環(huán)境衛(wèi)生提高市場競爭能力的作用。,鍋爐的工作原理： 鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過煤、油或燃?xì)獾热剂系娜紵尫诺哪芰?，并通過傳熱過程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動力機轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，或通過汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮堋Ｒ虼?，近代鍋爐亦稱為蒸汽發(fā)生器。 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個同時進(jìn)行的過程：燃料的燃燒過程、水的氣化過程、煙氣向水轉(zhuǎn)化的過程。,蒸汽壓力控制系統(tǒng),如果鍋爐內(nèi)壓力過低，將會降低蒸汽質(zhì)量，反之，如果鍋爐內(nèi)壓力過高，有可能導(dǎo)致爆炸等安全事故的發(fā)生，所以必須保證鍋爐的壓力處于一個適中的范圍內(nèi)，即必須對鍋爐壓力進(jìn)行控制。上述蒸汽壓力控制系統(tǒng)在將控制蒸汽溫度的同時就直接影響了蒸汽壓力。 壓力控制系統(tǒng)分為安全壓力控制系統(tǒng)和超壓控制系統(tǒng)。安全壓力控制系統(tǒng)是鍋爐壓力在安全壓力范圍內(nèi)的控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是在安全基礎(chǔ)上對壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使壓力維持在一定的范圍內(nèi)，以得到需要的蒸汽壓力，保證蒸汽質(zhì)量；超壓控制系統(tǒng)是鍋爐壓力超壓時所采用的壓力控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是壓力超出某一壓力上限時，迅速打開安全閥，使壓力降低，直到降到安全范圍內(nèi)后又迅速關(guān)閉安全閥。所以安全壓力控制系統(tǒng)采用選擇控制，結(jié)構(gòu)框圖如下,安全壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,壓力控制系統(tǒng),圖示為鍋爐主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的方框圖 本系統(tǒng)采用普通檢測元件與電動單元組合的微機控制方案。系統(tǒng)的主蒸汽壓力采用壓力傳感器來測量，并經(jīng)壓力變送器、A/D轉(zhuǎn)換后將測量信號送至單片機的輸入端，與主蒸汽壓力設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差，將偏差輸入到單片機中的控制算法程序中，該程序按此輸入偏差以PID控制規(guī)律進(jìn)行運算后輸出脈沖控制信號，以控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速，然后進(jìn)一步控制燃料與進(jìn)風(fēng)量到鍋爐爐膛的速度。這樣，鍋爐爐膛中單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量不同，從而改變鍋爐汽水系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生量，最終改變主蒸汽壓力的大小，達(dá)到控制主蒸汽壓力的目的。當(dāng)然在系統(tǒng)中汽水系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽是完全跟蹤主蒸汽壓力的，所以在調(diào)節(jié)器中對干擾量加以考慮后不會對系統(tǒng)產(chǎn)生誤差動作的影響。,PID算法 控制理論告訴我們，PID控制的理想微分方程為：,但計算機只能處理數(shù)字信號，故上述數(shù)學(xué)方程必須加以變換。若壓力的采樣周期為T,第n次采樣得到的輸入偏差為,，調(diào)節(jié)器輸出為,，則有：,（微分用求和代替）,（微分用差分代替）,改寫成：,寫成遞推形式：,上面我們已經(jīng)對偏差控制算法以及相關(guān)計算公式做了簡單介紹，所以上式又可改寫為：,壓力控制系統(tǒng)的選型： 1.蒸汽壓力控制器,蒸汽壓力控制器PT1為反作用，閥1為氣開閥，安全閥為氣開閥 當(dāng)蒸汽壓力突然增大，蒸汽壓力檢測變送器PT1的輸出變大，由于蒸汽壓力控制器PC1為反作用，其輸入減小，輸出增大，使閥1開度變大，從而減小壓力；當(dāng)系統(tǒng)正常工作，即蒸汽壓力低于選擇器的設(shè)定值閥1工作時，一旦壓力超高，閥1處于打開狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)失常時，即蒸汽壓力超過選擇器設(shè)定值時，安全閥打開，從而使壓力減小。,算法拓展：,（一）動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法（DMC）是在常規(guī)PID控制的基礎(chǔ)上，增加了一個系統(tǒng)輸出預(yù)測器。 該算法適用于被控對象具有純滯后的情況。,式中，e(k)為k時刻測量的偏差值，這里取,S:系統(tǒng)的設(shè)定值。 x1, x2: 模糊控制的輸入（精確量）。 x1,x2:模糊量化處理后的模糊量。 U:經(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。 u:經(jīng)模糊判決后得到的控制量（精確量）。 y:對象的輸出。,模糊控制算法：,模糊控制的特點： 1適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對象。 2是一種語言變量控制器。 3從屬于智能控制得范疇，該系統(tǒng)尤其適用于非線性，時變，滯后系統(tǒng)的控制。 4抗干擾能力強，響應(yīng)速度快，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強的魯棒性。,