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控制锅炉汽包液位对于机械的安全和设备的保护至关重要。滚筒液位控制器的工作是将滚筒液位提高到指定的设定点并保持在那里同时保持一致的蒸汽负荷。锅炉管可能会因该水平急剧下降而暴露这会导致它们过热并遭受损坏。此液位的升高可能会干扰汽包将水分与蒸汽分离的能力从而降低锅炉的效率并允许水分进入涡轮机。通常有两种调节滚筒液位的方法。前面的控制方法在每种后续方法的基础上都得到了改进。控制方法取决于测量和控制设备对负载变化程度的需求。在大多数操作情况下双元件系统可以很好地运行。
最简单的锅炉汽包液位控制系统是单元件控制。这是效率最低的滚筒液位控制类型因为它需要测量滚筒和给水控制阀中的水位。它主要推荐用于更换必要性低且给水条件相当稳定的锅炉。过程变量与由滚筒液位变送器提供的设定点之间的差值就是偏差值。控制器接收此信号并生成用于补救措施的输出。然后锅炉给水阀接收输出并修改进入锅炉汽包的给水流量。 双元件滚筒液位控制,蒸汽流量作为双元件控制系统中的前馈信号添加到给水阀中。大多数双元件控制用于中型锅炉因为由于“膨胀”蒸汽和水系统的体积和容量将使基本的总液位控制无效。当由对密度变化不敏感的电导率型传感器感测时不需要总液位控制。从这个角度来看位移和差压类型的变送器传感器受到青睐因为它们对静水压力做出反应。对于负载可能快速、频繁或显着波动的小型锅炉双元件系统也是必要的。 将在不受控制的情况下模拟锅炉汽包水位的控制策略并在实施控制方法后同时使用LABVIEW软件模拟所有情况。
下图是单元素锅炉汽包水位控制策略的非受控模型仿真。 将单位步长应用于不受控制的单元素策略时观察到水位响应在很长一段时间内为零然后变为振荡。因此必须将控制方法应用于系统以确保具有适当规格的稳定性。可以从LabVIEW导出响应数据以确定响应的规范。
带PID控制器的单元策略P和PI控制器最初用于单元素策略但它们没有产生预期的结果。P控制器无法改变建立时间而PI控制器会产生过大的过冲。系统必须使用PID控制器即使由于稳态误差、过冲和建立时间它们也可以达到基本的性能标准。
使用Imc控制器的单元素策略当用于控制典型流程时内部模型控制IMC调整规则已被证明是可靠的并且可以产生可接受的性能。通常近似过程模型和低维参考模型是匹配的以便建立PI/PID补偿器的分析IMC调谐规则。模型的复杂性和设计人员指定的性能要求决定了IMC控制器的结构。
基于Imc的PID控制器的单元策略:通过更多阶段基于IMC的PID技术与IMC程序相同。一个重要的区别是基于IMC的过程通常不需要控制器来适用。此外为了创建类似的PID型控制器粗略估计进程死区时间。
使用LabVIEW的电路设计工具包开发了单元件和双元件锅炉汽桶的液位控制策略。双元件锅炉汽包液位控制策略的数据记录和控制系统的前面板由基于IMC的PID控制器控制其中液位元件的变化充当反馈控制器如IMC控制器蒸汽流元件的变化充当前馈控制器。IMC和基于IMC的PID控制器分别针对基于水位的单元素和双元素策略的单位步进响应显示在上面的水位响应图中。它们具有非常短的建立时间、零稳态误差和基于IMC的PID控制器非常耐干扰。因此基于IMC和IMC的PID控制器具有极快的整体性能。 由于基于IMC的PID控制器具有比其他控制技术更好的响应能力由于其强大的跟踪能力最小的过冲快速的建立时间和零的稳态误差得出结论它们是单元和双元素控制策略中的最佳控制方法。
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