1 B49H型平板锅炉水位计控制特点

锅炉汽包水位自动控制的首要任务是在非人工干预的情况下，B49H型平板锅炉水位计控制器能够根据锅炉实际的运行情况，对锅炉的进行适当的补水，以确保B49H型平板锅炉水位计维持在一定的范围内，保证锅炉的正常运行。 B49H型平板锅炉水位计过高，会影响锅炉中的汽水分离效果，使蒸汽的湿度增加；B49H型平板锅炉水位计过低，会使锅炉表面的热负荷增加，烧毁炉膛。

对于大型油船（ D 型）水管锅炉，汽包的水位不仅与给水量（给水阀的开度）有关，还与锅炉的负荷（蒸汽流出量）有关，此外还受到汽、水的比例成分有关系。 在B49H型平板锅炉水位计计测量出来的汽包水位当中，不仅仅代表着汽包中水的多少，而且包含着水中溶解的气泡的容积。 这与锅炉炉水上部的压力有关。 笔者根据多年的实践经验，总结出以下四个影响汽包水位的因素：一是给水方面影响。 给水量的变化必然会引起B49H型平板锅炉水位计的变化。 二是锅炉蒸汽负荷的影响。 蒸汽流量增加，需要的被蒸发的水的量就一定会增加，那么随之水位也就会减少。 三是燃料发热量对锅炉的影响。如果燃料的热值增加，水蒸发的速度必然增加，那么对汽包中水的量也就会减少 [1] 。 四是汽包压力的变化。 如果汽包的压力改变，那么汽包水汽系统的自凝结和自蒸发也会有相应的变化。

2 给水过程的自动控制

2.1 锅炉汽包水位的特征

由于燃料燃烧状况对锅炉汽包水位的影响有一定的滞后性，影响迟缓，因此忽略不计。 另一方面，汽包压力的变化大多是由，蒸汽流量的变化而引起的，因此可以将这方面的影响归结到锅炉负荷的影响上去。 由此可以推出，锅炉汽包水位在给水量和蒸汽流量的影响下的动态方程：

2.2 B49H型平板锅炉水位计的调节方式

B49H型平板锅炉水位计调节包括单冲量， 双冲量和三冲量给水调节方式系统，本文主要讲解三冲量给水调节方式，三冲量汽包给水自动调节系统， 是在双冲量给水调节系统的基础上仍然以汽包水位作为主要调节信号，蒸汽流量作为前馈信号，不同的是三冲量的给水调节系统添加了给水量调节器的反馈信号。 在大型锅炉中，锅炉的容量越大，汽包的容水量就越小，这样对水位的波动情况的控制就越严格 [2] 。 如果给水量减小甚至中断，危险水位可能在短时间内就会发生，如果是给水量与锅炉负荷量不适应，也可能在短短的几分钟内出现满水或者缺水事故。 因此对水管锅炉的汽包水位控制的要求更为严格。

装有三冲量汽包水位调节系统的锅炉运行时， 当蒸汽流量突然发生变化，蒸汽流量的信号就传给给水阀，因此给水阀始终都会按照准确的方向调节。 如果蒸汽流量增大，那么给水阀也随之开大，避免了由于“虚假水位”引起的错误动作，减小了水位波动。 如果蒸汽流量减少，给水阀也随之减小。 由于给水调节信号的存在，使得调节的结果被调节器及早知道，很好的提高了对水位变化的控制，改善了调节系统的调节品质 [3] 。

3 汽包水位控制的程序化

针对汽包水位调节的 VB 程序化设计思路，提出以下解决方案。

3.1 水位调节方法

锅炉汽包水位调节的方法采用三冲量调节， 是在双冲量给水调节系统的基础上仍然以汽包水位作为主要调节信号， 蒸汽流量作为前馈信号， 不同的是三冲量的给水调节系统添加了给水量调节器的反馈信号，如图 1 所示。

如图所示 PID 1 是主调节器， PID 2 是副调节器。主调节器接受水位差压传感器的信号，并以此来控制副调节器。 副调节器不仅要接受主调节器的信号 I H ， 还要接受蒸汽流量信号 I D 和给水流量 I W 组成了一个串级控制三冲量调节系统。 其中负调节器的作用是通过内回路对蒸汽流量和给水流量进行比值调节， 并快速消除给水测扰动。 主调节器通过副调节器进行水位的校正，使水位保持在给定值 [4] 。

3.2 水位调节算法

PID 调节器（及比例积分调节器）其数学表达式为：

其中 e(t)=r(t)-c(t), 是设定值 r （ t ）与实际输出值 c （ t ）构成的控制偏差。 式 (2) 中 Kp 为比例系数， T i 为积分时间 ,T D 为微分时间。PI 调节中的比例调节（ P ）的作用是成比例的反应偏差信号，一旦产生偏差，控制器立即产生控制作用，减少偏差。积分调节 (I)的作用是消除静态偏差， 保证在系统调节过程中的误差度 , 微分调节（ D ）作用是抑制相应误差的变化。在现在的计算机系统中，由于式（ 2 ）中的积分项不能直接使用，需对其进行离散化处理。 按照 PID 调节的算式，其中积分时间是连续的，因此以一系列的采样时刻点 kT 代表连续的时间段t ，以和式代替积分，则可作出如下变换：

增量式的调节形式通俗的讲就是控制的阀位是从这一时刻直接变化的而并非是和原始的比较。

3.3 程序化的实现

程序的实现只是在实现了 PID 调节的算法， 但是在实际中要想使其发挥作用还要将程序植入到 PLC 或者单片机中去，下面是 PID 调节器程序实现的代码：

以上是 PID 控制器的程序，在主调节器中 sv 和 pv 分别是水位的设定值和实际值，而在副调节器中，实际信号则是水位输出信号，蒸汽流量信号，给水信号的叠加量。 将其求和然后再调用PID 程序即可。在调节器中还需要设定调节范围，调节方向，和计算机取值信号的界限，以及比例积分系数，根据以往的经验和汽包水位的仿真整定出一组理想的 PID 参数为： K p =5 ， K i =0.001 ，K d =3 ，在实际中根据计算机取值不同，保证比例系数为 5 ，则积分时间为取值周期的 5000 倍，微分时间为取值周期的 0.6 倍。 根据这样的参数，从而使控制效果基本达到zui佳状态。

4 结束语

本文虽然对 PID 控制的程序进行了研究， 但是对于实际应用还有很多方面未完成，例如将程序写入什么硬件中，如何将算法制成控制器。 下一步只有将这些都完成并且经过一系列的调试才能应用到实际生产当中，实现自动控制。