研究基于PLC的热电厂锅炉水位控制技术

摘 要：在国内，锅炉是热电厂企业中重要的动力设备。目前，热电厂的蒸汽锅炉存在的控制变量较多，产生了虚假水位的情况。因此，加强对锅炉的控制非常重要。介绍了PLC控制，对锅炉汽包水位控制系统进行了分析，并运用汽包水位三冲量双PID技术的设计维持锅炉水位的平衡，这有利于减小热电厂的能耗，提高发电效率。

关键词：PLC；热电厂；锅炉；水位控制技术

中图分类号：TM62 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.147

锅炉本身是一个能量转换的设备。为了加快能量转换，需要采取相应的技术提高转换效率，这有利于提高能源的利用率。因此，运用PLC技术对锅炉的水位进行控制有利于促进能源的转换。

1 PLC控制

PLC控制是可编程逻辑控制器的简称。主要运用与计算机思维进行相关的逻辑运算。随着信息技术的发展，PLC控制越来越智能化、自动化，其指令不断增多，运算也更加多样，可以充分实现逻辑控制、数值控制等。在工业控制中，还可以运用PID原理进行PID运算，从而提高控制的准确性。将其运用在热电厂锅炉水位的控制中，有利于保持水位的平衡，提高锅炉的稳定性和安全性。

2 给水系统的控制

2.1 锅炉汽包水位

在锅炉的给水控制系统中，一个重点的变量就是锅炉汽包水位。汽包水位关系着锅炉的安全、稳定运行，因此，在操作中要保持汽包水位的稳定性。当水位较低时，会减少汽包内的水量。给水系统的负荷变动较大时，汽包中水量的变化速度会突然加快，如果未及时控制，汽包内的水将会气化，损坏水冷壁的结构。情况比较严重，则可能导致锅炉爆炸。当汽包水位较高时，会干扰汽水分离的装置，并影响其正常运行，发生蒸汽带液的现象。当汽包的出口处蒸汽中水分含量较高时，蒸汽中的盐的含量也会增大，进而在过热器管内壁凝结盐垢，影响导热的效率。同时，蒸汽的温度也会随之下降，导致蒸汽驱动透平机产生液化现象，破坏透平机的叶片，进而埋下安全隐患。

2.2 “虚假水位”

当蒸汽负荷出现较大波动，尤其是当负荷过大且波动也较大时，锅炉会出现“虚假水位”的情况。该现象主要的表现为：由于负荷的突然增加，使锅炉内的水位突然上升，随后突然下降，且波动幅度过大；当负荷突然下降时，锅炉内的水位会突然下降，又突然上升，且波动幅度过大。“虚假水位”的出现不利于对锅筒水位的控制。

2.3 汽包水位控制系统

2.3.1 汽包水位位式控制系统

在该控制系统中，唯一的调节信号为锅炉内的水位。当锅炉内的水位比预设值低时，控制电路就会自动开启水泵；反之，则关闭水泵。这有利于保持锅炉水位的平衡。

2.3.2 汽包水位单冲量控制系统

单冲量水位控制系统只有一个变量，结构较为简单，“虚假水位”情况出现较少，相对稳定，可进行水位的报警设置。

2.3.3 汽包水位双冲量控制系统

在对汽包水位进行控制时，主要涉及的干扰因素是负荷变动，因此，可以引入蒸汽流量来对负荷进行调节，减少“虚假水位”的干扰，从而减少水位的波动情况。其中，蒸汽流量信号可以构成一个前馈信号，从而与汽包水位构成一个闭环控制系统，这样既有前馈控制，又有反馈控制。

2.3.4 汽包水位三冲量控制系统

汽包水位双冲量系统存在2方面的缺陷：①控制阀在工作时难以进行静态补偿；②给水系统会造成干扰。因此，在双冲量控制系统的基础上加入了给水流量，使其成为三冲量控制系统。

在三冲量给水控制系统中，汽包水位是主冲量的唯一信号，蒸汽流量和给水流量作为补充。在操作时，当蒸汽流量有所增加时，调节器会立即反应，增加一定的给水流量，从而减少“虚假水位”的干扰。当给水流量发生变化时，调节器也会及时反应，将给水流量恢复到原来的水平，使汽包水位保持平衡。

3 运用PID控制原理设计

3.1 PID原理

在PLC控制程序中，可以运用PID控制原理对锅炉水位进行控制。在控制器中常会用到的控制原理为PID控制，该控制系统主要由PID控制器和控制对象构成。

3.2 模拟锅炉汽包水位控制系统

模拟主要是利用数学模型或物理模型对实物进行模拟，以达到对真实过程的再现。在本系统的设计中，采用MATLAB中的SIMULINK作为模拟软件，SIMULINK可以监测动态系统，也可以同时支持线性、非线性系统的模拟，具有强大的模拟功能。在建立模型时，具有更加直观、便利的特点。

本次对汽包水位控制技术的模拟主要采用基于PID原理的三冲量系统控制技术，与普通的串级控制系统相比，其可将蒸汽流量因素纳入到锅炉中，作为前馈控制的信号，构成一个具有前馈控制的串级控制系统。

4 锅炉水位控制系统的实现

锅炉水位控制系统的实现技术包括2部分：①下位机。主要运用某自动化工厂的工业控制器1769-L33E，上位机则运用iFIX的自动化监测软件。下位机存放锅炉水位控制的各种数据，②上位机。负责显示数据，并对其进行管理。本次系统的硬件主要有PLC、交换机、现场的各种仪表等，其中，以PLC为主要硬件。在本系统中运用三冲量双PID进行控制。

在设计中，汽包水位是被调节的控制量，给水流量和蒸汽流量则作为辅助性的冲量信号，三冲量双PID的工作原理为：汽包水位是主PID控制过程中的变量，通过比较汽包水位与预设值进行PID运算，将蒸汽流量的信号传递给主PID，使其作为从PID的预设值。在从PID中，给水流量是控制的过程变量，与预设值进行做差计算，从而调节水阀的开合度，保持汽包水位的稳定性。

5 结束语

在热电厂中，锅炉是广泛应用的动力设备，承担着发电的重要作用。锅炉系统可以分为3个子系统，其中，给水控制系统在其中发挥着至关重要的作用。在给水控制系统中，可以采用汽包水位单冲量、双冲量、三冲量控制技术。其中，基于PLC三冲量的控制系统可充分发挥其优势，以调节水阀、保持汽包水位的穩定性，从而提高热电厂的发电效率。

参考文献

[1]于机鹏.热电厂锅炉改造及综合自动控制研究[J].科技创新导报，2011（05）.

[2]刘国华.基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计[J].电力科学与技术学报，2011（02）.

〔编辑：张思楠〕

推荐访问:热电厂 水位 锅炉 控制 研究