电厂锅炉液位监控系统研究

摘 要

电厂锅炉液位平稳关系着整个锅炉的正常运转，因此必须进行实时监控。本文首先分析锅炉液态控制的难度，然后设计一套监控系统，运用计算机与模糊控制技术进行液位与流量的控制，并展望了锅炉液位控制的发展前景。

【关键词】电厂锅炉 液态监控系统 模糊控制

1 锅炉液位控制的难点

锅炉的液位控制是非常重要的环节之一，需要使液位的处于某一个范围才能保证锅炉的正常运作，主要通过水的流速来控制。对于锅炉液中的温度主要是通过加热来控制。锅炉液位的控制是比较难的，这是因为锅炉在运转过程中同样会出现液量的变化，因而不能完全根据流量来反映锅炉液位，想要控制好液位单靠 PID控制器的调整是不够的。液位超过某一特定值就会引起流量回路动作出现的次数增多，影响其它设备的正常运转。液位控制器只能保证锅炉液位一定的范围内波动，这种状态属于欠调正状态，处于这种状态下对比较大的扰动的抑制没有任何作用，因而存在安全隐患。同时，由于液位的不断变化，容易造成锅炉的损坏，也对蒸汽的输送造成影响。从整体上来看，对锅炉液位造成影响的主要有给水、蒸汽流量、进料量。这些量同时又会受到多种因素的影响。给水量过低会造成纯滞后问题。蒸汽流出量很容易出现“假水位”，对方向造成影响，很容易因为判断错误造成危险事故的发生。

2 监控系统的设计

2.1 系统组成

从上述可知，对于锅炉中的液位的控制是非常重要的，液位的高低会影响到锅炉的压力和整体的温度，反过来，锅炉中的压力和温度的高低同样也会对锅炉液位造成一定程度的影响，但是主要还是通过改变给水量来调整锅炉液位。当液位偏低时，相应的流量也应减小。本篇文章中讲述的就是对液位和流量进行监控的一个装置，具体可参见图1。

锅炉启动之后，要保证锅炉的液位处于某一限定的范围内就需要对其液位的高低和流量的大小进行及时的监控，及时进行调整才能保证锅炉能在合适的液位下运转。通过检测发现，液位和流量不仅会受到其它因素的控制，两者之间还会像会造成影响，具体可参见图2。

在对液位的高低进行调整时，水的温度、如水量以及从锅炉中蒸发的气体都会影响其水位高低，同时液位有对流量造成一定程度的影响，因此给具体的操作带来一定的难度。为了方便解决这一难题，开发出了一种解耦操作系统对液位的流量进行监控，见图2。

2.2 控制原理

本系统的采用的控制方式是模糊控制，从图3中可以看出。用E1表示液位的高低，然后用E2来表示流量出现的偏差，d1'表示的液位随时间变化d2'表示为流量随着时间的变化，C1表示的为对液位的高低进行控制，C2为对流量大小的控制。分别用PB表示正大，PM表示正中，PS表示正小，PO表示略大于零，O表示零，NO表示的是比零要小，NS表示的是负小，NM表示的是负中，NB表示的是负大，从对两者的控制可形成一定的经验并将其作为模糊控制规则。系统对于液位和流量的偏差不仅通过模糊的方法继续拧描述，还采用了离散的方法对其变化进行描述。这种形式输入和输出是不想连续的，但实际运转过程中却是连续的。所以这就需要对其变量进行一定的转化处理，经过处理之后的数据次年改成一个子集，确定好隶属度之后，通过对离散的数据进行计算则可以得到模糊控制量，整个过程中的输出为：

U1=K1[（1-β1）×C1+β1×C2]β1=（0-1）

U2=K2[（1-β2）×C2+β2×C1]β2=（0-1）C2

从上述计算公式可以发现，当β1、β2为等于0的情况下，U1=K1C1，U2=K2C2，这就等同于上述图2中展现的单回路控制系统，不能进行去耦处理。而当β1、β2等于1 的情况下，则U1=K1C2，U2=K2C1，符合的情况真是极限耦合状态。实际的β1、β2处于（0，1）内，经过试验能确定。具体试验方法：先将β1、β2视为0，开始试验，这种情况下液位和流量会出现很明显的变化，随后逐渐使β1、β2的值增大，相应的变化逐渐减小，见图3。

2.3 软件设计

从整体来看，系统模块包括俄主控系统、手控系统还有参数设置系统，这几个模块之间的转换主要是通过按键来完成，主控系统主要负责的是超限报警、液位检测、流量检测等。而工控机主要是能够识别预设的曲线，同时还能采集E1、E2的相应数据，根据控制表就能找到对应的需要控制变量，然后进行一系列的计算就能启动执行器开始运作。报警系统主要是测量液位或者流量有没有出现超过限额的现象，一旦超过限额就会引发报警器。手控模块是由人工进行空着的，需要在某些非常态情况下开启。

该系统是基于C语言进行开发的。整个系统的数据流程可参见图4。

图中显示部分用了多种图形进行描述。主要有流程图和趋势图以及相应的操作说明。

整个系统的功能包括：打印报表、液位的测量、流量的监控等。每个功能的启动都有也相应的操作按键，在计算机上通过鼠标点击就能完成。

3 系统应用

在规模比较小的热电厂中可以采用这种类型的操作系统，实现对液位和流量的监控，同时在出现某些非正常情况是=时会自动引发报警器系统的报警提示，系统进行完成对液位和流量的调节。

系统可在车间进行控制，同时也可以在现场进行控制，借助于现场控制能够及大量的获取相关的重要信息，从而保证整个系统的动态监测。这种控释系统能同时适应远距离操控和近距离操控，并且还能实现相应数据的参数化处理。系统的优点有很多，简单来说具有操作简便、集成性高的特点，同时系统的稳定性比较高，能够节约能耗，可通过软件进行控制也可以通过硬件进行控制。

通过软件进行控制时，就不需要使用传感器等其它仪器，软件依托于标准的编程、通信协议、格式、数据库等实现其自动化。并且，这种软件能够同时进行仿真、优化等处理。

在热电厂中使用这种系统保证锅炉的正常运行，取得了非常好的效果。

4 锅炉液位控制的发展前景

从上述研究当中，我们可以发现锅炉中对于液位的控制以及流量的控制同样也可以结合现代化高科技来完成就能得到很好的解决方案。先进的科学技术对锅炉的控制技术的发展有着非常大的作用。目前，我国大约有四十多万台锅炉设备，这些锅炉应用于生活、工业的各个方面。但是锅炉在使用过程中也存在不少的安全的隐患，对于锅炉的管控是非常值得深究的，锅炉还可以向低能耗、环保等方向发展。随着网络技术的不断进步，锅炉采取自动化控制的技术水平也越来越高，先进的科学技术为锅炉液位控制过程中出现的问题提供了更多更高效的解决途径。

参考文献

[1]夹磊，张会林.基于PCS7平台对于锅炉液位的控制系统应用[J].计算机安全，2012（10）.

[2]刘娇月，魏铭春.工业锅炉液位调节实训模拟系统设计[J].电气传动自动化，2014（10）.

作者单位

徐州燃控科技股份有限公司 江苏省徐州市 221004