基于PLC的鍋爐加藥自動控制系統(tǒng)
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目前，我國對大型鍋爐的給水與蒸汽質量指標要求十分嚴格，因而需要對爐水品質連續(xù)監(jiān)控。測量pH值大多采用傳統(tǒng)的PID控制算法．但在反應過程中，因其中和點附近的高增益使得難以調整傳統(tǒng)PID控制器參數。因此只能采用很小的比例增益，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，而比例增益過小，又將使系統(tǒng)的動態(tài)特性變壞。對于鍋爐給水加藥測控裝置，已經實現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的自動化，但無自動配藥設備，仍需根據汽水實驗室的化驗結果人工配藥，這樣不僅工作強度大，而且所加的氨、聯(lián)胺均屬有劇毒易揮發(fā)物質，會給操作者造成嚴重危害，并導致環(huán)境污染。為此，提出變增益三區(qū)段非線性PID和積分模糊控制(IFC)算法的兩種新型pH值控制法。通過對帶有時滯的pH值中和過程進行數字仿真，結果表明，這兩種控制算法均具有魯棒性強，響應速度快和控制精度高的特點，尤其是IFC算法能克服pH值中和過程中的較大時滯。通過在某電廠的實際應用，已實現(xiàn)了鍋爐給水配藥、加藥系統(tǒng)的全自動控制。
2 pH值控制方法的研究
2．1 常規(guī)PID控制
PID控制是按偏差的比例(P―Proportional)、積分(I―Integral)和微分(D―Derivative)線性組合的控制方式。圖1為常規(guī)的PID控制系統(tǒng)。其中，r為參考輸入信號；PID為控制器；P為被控對象模型；d為干擾量；e(k)為系統(tǒng)誤差；u(k)為控制量；pH(k)為被控過程輸出量。由圖可見，常規(guī)PID控制中的比例作用實際上是一種線性放大或縮小作用，很難適應酸堿中和過程中被控對象非線性的特點。
2．2 變增益三區(qū)段非線性PID控制
將pH值變化按拐點分為：一個高增益區(qū)和兩個增益系數不同的低增益區(qū)。高增益區(qū)控制器采用較低增益；低增益區(qū)控制器采用不同的高增益，以滿足系統(tǒng)期望的性能指標。此外為防止積分飽和，采用帶死區(qū)和輸出限幅的PID控制算法。
2. 3 模糊控制
模糊控制算法概括為：根據本次采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計算出輸入變量；將輸入變量的精確量變?yōu)槟：?；根據輸入變?模糊量)及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量(模糊量)；由上述得到的控制量(模糊量)計算精確的控制量。
3 電廠鍋爐給水加藥控制系統(tǒng)
某發(fā)電廠共有4臺300 MW的發(fā)電機組，分為兩個單元，一單元為1#、2#機組，二單元為3#和4#機組。每個單元加藥計量泵包括鍋爐補給水(生水經各種水處理方式凈化后．用于補充火力發(fā)電廠的汽水損失)和爐水兩種用水?，F(xiàn)以二單元為例，加藥系統(tǒng)采用兩用一備共3臺加藥計量泵，即3#和4#機組各用l臺加藥計量泵，當其中l(wèi)臺出現(xiàn)故障時切換到備用泵。在該系統(tǒng)中通過檢測pH值來控制爐水中磷酸鹽的加入量，pH值要求控制在914～9．78，當其中1臺機組的pH值低于9.4時，啟動相應機組的加藥泵。此時，磷酸鹽加藥箱內的磷酸鹽溶液經過管道(管道上的閥門都為手動閥，正常時為打開狀態(tài))被泵入相應機組的除氧器出水管加藥點。若3#機組的加藥計量泵出現(xiàn)故障，則打開備用泵與其相連管道上的閥門，備用泵接替3#機組的加藥計量泵，為3#機組的爐水加藥；4#機組亦然。由于爐水中加入了適當的磷酸鹽及氫氧化鈉，可提高爐水的緩沖性能，并有利于維持爐水pH值的穩(wěn)定性，從而防止鍋爐水冷壁的結垢和腐蝕。
該系統(tǒng)將爐水水樣經過減溫減壓裝置引入磷酸表及pH表探頭進行測量，經過模擬量轉換，再經控制系統(tǒng)PID運算后控制變頻器輸出，控制加藥泵轉速，從而實時控制爐水的加藥量，使爐水的磷酸根濃度與pH較好地保持在合格的范圍內。圖2給出其控制流程圖。該控制分為調節(jié)器、執(zhí)行器、被控對象及變送器4部分。其中，調節(jié)器由S7-200 PLC和相應控制軟件組成；執(zhí)行器由變頻器、電機和計量泵組成；被控對象為爐水；變送器采用分析儀表，即pH表。
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