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三冲量调节在转炉汽包给水系统中的应用
发表时间:[2007-09-27]  作者:本站  编辑录入:本站  点击数：9173
摘要:在炼钢生产中,保持汽包产汽量与汽包给水量的平衡,使汽包水位保持在相对稳定位置,保证汽包的安全使用是一个关键问题。针对炼钢厂汽包给水控制方式的改进进行一次探讨。
　 炼钢厂自2000年转炉自动化改造以来，炼钢生产的一级控制采用了PLC控制方式。在3台转炉的汽包给水方式上均采用PID调节(实际上是P1调节)。本文主要讲述了汽包给水控制系统存在的问题及改进措施等。
1 现有系统生产工艺状况
　 炼钢厂原有3台120t转炉，每台转炉配有2台100m3的汽包分别为烟罩和锅炉提供汽化冷却水。转炉自动化改造后一级系统采用了SIMATICPLC控制，汽包上水则利用PLC软件提供的PID功能块进行自动调节。它是根据采集的汽包实际水位信号和工艺设定值进行比较，并由这个差值信号控制调节阀的开、关，增加或减少给水量。这种以PID调节控制上水的方式还不能完全满足自动化炼钢的需要，在生产实践中仍停留在手动控制的阶段。
2 现有系统存在问题的原因
　 (1)转炉处于兑铁、出钢等非炼钢阶段时，汽包水位波动很小，此时依据汽包水位的设定值对汽包上水进行自动调节是可以实现的。
　 (2)转炉处于炼钢阶段初期，一方面汽包外供汽量增加，在这个时间段里锅(烟罩)炉传给汽包的热量也在增加，致使汽包内的液体大量汽化将液位抬起，使水位虚假增高；另一方面，由于汽包出口蒸汽流量的突然增加也会造成汽包内压力的下降，使得汽包汽化量突然增多，水位也会上升造成假水位。而此时采用PI调节，被控变量是汽包水位，被控对象是汽包上水调节阀。由于水位的“上升”，调节阀开始动作，减小开度，汽包给水量突然减小，在同一时间里锅炉(烟罩)传给汽包的热量是不变的，致使汽包内的水再次被大量汽化，液位再次被抬起。此时给水调节阀若打到自动状态，会开始向关闭方向运动以减少上水量。在这种情况下汽包内部的水已被大量汽化，急需补水的条件下给水调节阀却选择了相反的动作，埋下了重大事故隐患。产生这种情况的原因将在下文详细说明。在实际生产中，现场人员从吹炼开始即手动上水，在吹炼的过程中始终根据经验控制调节阀的开度，保持汽包液位的稳定。因此，我厂目前在汽包水位上水的这个环节，PI调节还不能完全满足自动化炼钢的生产工艺要求，其实质上还停留在手动上水的阶段．起不到自动调节的效果。
　 (3)控制方式存在的问题的原因
　 PID调节是以被控变量为对象,以设定值为基准，根据被控变量与设定值的差值作为调节信号来驱动调节阀的开、关，进而使被控变量始终跟踪设定值的一种调节方式。但当采集到的被控变量信号不是一个真实值时，系统再根据这个错误信号进行调节,一方面达不到预期的效果，另一方面还会成为潜在的事故隐患。转炉汽包上水就存在这样的问题。而上述问题的本质原因不在于PID调节本身，而是对于转炉汽包这种特殊的工艺设备在上水方式上该不该采用PID调节。
3 现有控制方式改进方法
　 经过对比研究发现，针对锅炉汽包水位这个被控变量的特点，一种比较可行的控制方式是引入三冲量调节。汽包液位调节的三冲量是由汽包水位、蒸汽流量、给水流量组成(具体过程控制如图1)。
　
图1 汽包液位调节的三冲量具体过程控制图
　
　 在这个系统中，汽包液位是被控变量，是主冲信号；蒸汽流量、给水流量是两个引入的辅助变量，它们作为助冲量信号。三冲量调节的优点是考虑到了汽包工作时其自身产汽量和补水量对汽包水位的影响，使控制系统采集到的信号更真实，从而保证控制质量。
　 其中，B、C分别为汽包蒸汽流量和汽包给水流量，A为汽包水位指示，FC为流量传感器，LIC为液位指示控制单元。其本质是前馈加反馈控制系统。
4 控制方式的实现
　 在实际使用中，可在现有汽包水位调节的基础上引入蒸汽流量和给水流量这两个变量，使汽包水位的调节由原来的PI调节改变为三冲量调节(具体控制流程如图2)
　
图2 三冲量调节的具体控制流程图
　
　 当系统稳定时，蒸汽流量信号和给水流量信号在加法器中相平衡，水位不变；当负荷变化时，蒸汽流量信号和给水流量信号不经调节器(PI)作用，而是通过加法器作用于调节阀，使调节阀动作。其特点是滞后小，起超前调节的作用。而由于负荷变化引起的虚假水位的变化，要经过控制器有滞后，给水量的增加正好克服了虚假水位的现象。由此可见，汽包水位由三冲量进行调节，客观地考虑到了引起水位失真的各种因素，并提出了实用、有效的解决办法，能很好地实现转炉汽包的自动上水。
5 具体实施措施
　 (1)引入蒸汽流量和给水流量这两个变量。蒸汽流量通过孔板加差压变送器的方式测得，给水流量通过电磁流量计测得。两个流量信号经远程站进入各炉主PLC系统。
　 (2)加法器的实现
　 在现有的PLC程序上可以编制加法器程序。
　 (3)三台转炉给水量的分配
　 可以利用现有PID调节程序块中的LMN—HLM(实际操作高极限)管角的限位作用，结合现场生产实际情况，确定出该管角的经验开度值，即每台转炉的最大配水值。这样，在实现自动上水的同时又可以满足转炉高负荷生产的需要。
6 结论
　 对于转炉汽包这种特殊的压力容器，其生产工艺有很多特殊性。而在汽包上水的自动控制上，三冲量调节无论在理论还是实践上都更具有可行性。