控制给水到锅炉中的供应的方法与流程

1.本发明涉及一种控制给水到锅炉中的供应的方法、用于控制给水到锅炉中的供应的系统、计算机程序以及计算机可读介质。


背景技术：

2.本发明关于用于控制经历收缩和膨胀现象的锅炉中的水位的策略。当锅炉上的蒸汽负载存在变化(系统中的主要扰动)时，可发生这些现象。蒸汽负载的此类变化将影响锅炉中的蒸汽压力，这继而影响悬浮在锅炉水中的蒸汽量。这导致所谓的水位的逆响应(非最小相位行为)，其中液位的初始响应与长期行为相反。
3.例如：如果蒸汽负载增加，则锅炉压力将下降，这导致悬浮在水中的蒸汽气泡的膨胀。该膨胀首先导致水位上升，并且随后导致锅炉中蒸汽和水的重新分配。重新分配导致水位下降的长期行为。水位控制策略设计成适应水位对扰动的逆响应的不利影响。
4.该不利影响可示为如下：归因于负载增加期间压力下降导致水位的初始上升，故当实际需要增加时，控制将降低给水流量。给水流量的该初始降低加剧了随后的水位下降。因此，需要通过避免此类初始控制响应来减少锅炉水位的波动。
5.锅炉汽包液位控制系统是现有技术中已知的。us 9476584描述了一种锅炉汽包液位控制系统，其使用配置成控制蒸汽流量的旁通阀的位置。控制器基于传感器信号控制给水流量和输入到蒸发器的热。传感器信号由测量流体流量、蒸汽流量、汽包压力、汽包温度和旁通位置的传感器生成。汽包压力可通过检测旁通阀的位置直接测量，旁通阀的位置提供可能导致汽包中水位的调整的锅炉中的压力变化的领先指标。
6.jp 2504939描述了一种锅炉液位控制装置，其控制用于将剩余蒸汽分流到冷凝器从而绕过蒸汽涡轮的旁通阀的开度。压力传感器用于确定蒸汽流量。
7.us 10185332描述了一种使用蒸汽流量信号与给水流量信号之间的差异的锅炉汽包液位控制方法。瞬态控制器基于绝对流量差异计算增益参数。附加参数包括旁通阀位置。
8.cn 109028023描述了如何通过向调节给水阀的plc发送信号来控制船用锅炉的蒸汽负载的变化。测量水位和蒸汽流量。引入蒸汽流速作为前馈控制信号。当蒸汽负载突然变化时，蒸汽流速信号引起给水调节阀初始地沿正确方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀打开。涡流流量计用于监测负载。
9.us 7931041描述了一种用于使用代表液位、气体/蒸汽流速、进给液体流速、容器压力和容器温度的滤波的输出信号来控制锅炉中的液位的方法。
10.us 10323547描述了一种锅炉的蒸汽液位控制系统，其测量绕过热回收蒸汽发生器的旁通阀的位置。
11.jp 2018080672描述了一种具有蒸汽控制阀开度检测器的蒸汽涡轮控制装置。其不涉及给水到锅炉中的供应。
12.k.j.和r.d.bell的“汽包锅炉动力学”(automatica，第36卷，第363-378页，2000年)描述了用于自然循环汽包锅炉的非线性动态模型。
13.s.w.smith的《数字信号处理的科学家和工程师指南》第2版(加利福尼亚技术出版社，1999年)描述了信号处理中的边缘检测。
14.g.f.gilman的《锅炉控制系统工程》第1版(isa—仪表、系统和自动化协会，2005年)描述了一种使用蒸汽流量的前馈水位控制方案。
15.d.lindsley的《发电厂控制和仪表—锅炉和热回收蒸汽发生器系统的控制》第1版(电气工程师学会，2000年)也描述了一种使用蒸汽流量的水位控制方案。
16.本发明的目的在于通过避免不良初始控制响应同时避免依赖蒸汽流量传感器来减少锅炉水位的波动。此类传感器将增加系统的成本并且降低可靠性。


技术实现要素：

17.在本发明的第一方面中，以上目的通过一种控制给水到锅炉中的供应的方法来实现，该锅炉包括用于将给水供应到锅炉中的给水入口、用于从锅炉取得蒸汽的蒸汽出口以及用于测量锅炉中的液位的液位传感器，蒸汽出口包括限定蒸汽阀开度的蒸汽阀，该方法包括：
18.使用液位传感器测量锅炉中的液位，
19.确定蒸汽阀开度的变化率，以及
20.基于锅炉中的液位、针对锅炉的参考液位和蒸汽阀开度的变化率，控制给水经由给水入口到锅炉中的供应。
21.锅炉包括用于容纳水和蒸汽的容器。水经由给水入口供应到锅炉。蒸汽由输入到容器中的热生成。蒸汽经由蒸汽出口从锅炉取出。蒸汽出口由限定蒸汽阀开度的蒸汽阀控制。生成的蒸汽可用于操作蒸汽涡轮或其它类型的蒸汽消耗物。
22.锅炉还包括液位传感器。液位传感器测量锅炉中的液位。在液位下方，容器包括包含液态水和蒸汽气泡的两相流，且在液位上方，容器主要包括蒸汽。
23.一般使用控制方案，通过响应于测量的锅炉中的液位借助于进给泵和/或阀调整给水到锅炉中的供应来控制锅炉中的液位。然而，当锅炉上的蒸汽负载增加时，锅炉压力将下降。这导致悬浮在液态水中的蒸汽气泡释放，由此液位将初始地膨胀。因此，锅炉中的液位初始地上升，并且然后随着从锅炉取出更多的蒸汽而下降。使用朴素的控制器，例如不考虑膨胀现象的简单pid，对锅炉中初始液位上升的响应将是减少进给到锅炉中的水，随着更多蒸汽从锅炉取出，这随后将导致锅炉中水的液位过低。这可能潜在地导致锅炉归因于低液位而损坏。取而代之的是，初始响应应当是增加给水以抵消从锅炉取出的蒸汽的增加。
24.通过本解决方案，代表蒸汽阀的开度的信号和代表锅炉中液位的信号用于确定给水到锅炉中的供应。这两个信号很容易可用，并且因此不需要诸如锅炉蒸汽流量传感器的附加传感器。针对锅炉的参考液位是常数，其代表稳态条件下的正常液位，并且由锅炉的设计确定。蒸汽阀开度的变化率从代表蒸汽阀的开度的信号确定，并且用于补偿对扰动的逆响应，即当蒸汽负载增加时液位的下降。当蒸汽阀开度恒定时，即，当蒸汽阀静止并且蒸汽负载恒定时，蒸汽阀开度的变化率为零。当蒸汽阀开度因负载变化而变化时，即，当蒸汽阀移动时，蒸汽阀开度的变化率不为零。
25.通过使给水到锅炉中的供应基于测得的锅炉中的液位、针对锅炉的参考液位和蒸汽阀开度的变化率，可避免或减少对扰动的逆响应。
26.根据另一个实施例，给水入口包括限定给水阀开度的给水阀，其中该方法包括通过给水阀开度来确定给水到锅炉中的供应。
27.为了控制给水到锅炉的供应，可使用给水阀。给水阀的开度可用作用于锅炉水位控制器的致动信号。
28.根据另一个实施例，给水入口连接到泵，该泵限定流速，通过该流速确定给水到锅炉中的供应。
29.通过使用流量控制泵，可省略给水管线中的给水阀。
30.根据另一个实施例，流速基于泵的转速。
31.为了改变给水的供应，可改变泵的转速。
32.根据另一个实施例，使用pi控制方案来执行给水到锅炉中的供应的控制。
33.控制动作设计成最小化扰动中的变化的不利影响。pi(比例积分)控制器基于积分参数和比例或增益参数执行用于比例积分算法的计算，并且生成的输出是用于控制给水到锅炉的供应的流量控制信号。
34.根据另一个实施例，控制给水到锅炉中的供应包括：基于锅炉中的液位与针对锅炉的参考液位之间的差异生成给水控制动作，以及基于给水控制动作和蒸汽阀开度的变化率的总和来确定给水到锅炉中的供应。
35.蒸汽阀开度信号的变化率可以以前馈方式(即在控制器之后，进给阀的开度(或备选地，进给泵的流量/速度)基于该控制器来控制)添加到控制动作。以此方式，当扰动发生时，给水控制动作的校正项立即引入，而不必在控制器采取校正动作之前等待水位下降。控制器通常使用线性siso控制方案来生成控制动作。控制器优选是pi控制器，并且控制动作优选是pi控制动作。
36.根据另一个实施例，控制给水到锅炉中的供应包括：基于蒸汽阀开度的变化率和锅炉中的液位与针对锅炉的参考液位之间的差异的总和来生成给水控制动作，以及通过给水控制动作确定给水到锅炉中的供应。
37.备选地，蒸汽阀开度信号的变化率可以以反馈方式添加，即在控制器之前添加到测得的液位，进给阀的开度(或备选地，进给泵的速度)基于控制器来控制。以此方式，给水控制输入的校正项引入采取校正动作的控制器中。控制器通常使用线性siso控制方案来生成控制动作。控制器优选是pi控制器，并且控制动作优选是pi控制动作。
38.根据另一个实施例，该方法包括通过对蒸汽阀开度使用相位超前滤波器来确定蒸汽阀开度的变化率。
39.水进给的开度由超前滤波器提供的水位控制中的扰动补偿来控制。超前滤波器在对滤波器的输入恒定的情况下提供零输出，但当输入变化时(即当蒸汽负载突然变化时)提供非零输出。滤波的蒸汽阀开度的变化率代替了以上前馈和反馈方案中的蒸汽阀开度的变化率。
40.根据另一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：
41.使用压力传感器测量锅炉中的压力，以及
42.基于锅炉中的压力和针对锅炉的参考压力控制输入到锅炉中的热。
43.输入到锅炉中的热可由第二控制器控制。热输入基于压力测量和针对锅炉的参考压力。压力测量由容器中的压力传感器进行。因此，压力代表锅炉中的总能量。针对锅炉的
参考压力是常数，其代表稳态条件下的正常操作压力，并且由锅炉的设计确定。
44.根据另一个实施例，控制输入到锅炉中的热包括：基于锅炉中的压力与针对锅炉的参考压力之间的差异生成热输入控制动作，以及通过热输入控制动作确定输入到锅炉中的热。
45.输入到容器中的液体中的热基于控制动作。较高的热输入将引起生成较多的蒸汽，导致较高的压力，并且反之亦然。
46.根据另一个实施例，使用pi控制方案来执行对输入到锅炉中的热的控制。
47.控制动作设计成最小化扰动中的变化的不利影响。pi(比例积分)控制器基于积分参数和比例或增益参数执行用于比例积分算法的计算，并且生成的输出是流量控制信号。
48.在本发明的第二方面中，以上目的通过一种具有用于控制给水到锅炉中的供应的控制系统的锅炉实现，该锅炉包括用于将给水供应到锅炉中的给水入口、用于从锅炉取得蒸汽的蒸汽出口、以及用于测量锅炉中的液位的液位传感器，蒸汽出口包括限定蒸汽阀开度的蒸汽阀，控制系统基于锅炉中的液位、针对锅炉的参考液位和蒸汽阀开度的变化率，控制给水经由给水入口到锅炉中的供应。
49.根据另一个实施例，根据第二方面的以上锅炉可包括根据第一方面的方法的特征中的任何。
50.在本发明的第三方面中，以上目的通过包括指令的计算机程序实现，当该程序由计算机执行时，指令引起计算机执行根据第一方面的方法。
51.根据前述方面的包括反馈扰动补偿的控制解决方案可优选地实施为可编程逻辑控制器(plc)中的软件。
52.在本发明的第四方面中，以上目的通过其上储存有第三方面的计算机程序的计算机可读介质来实现。
附图说明
53.图1示出了锅炉的示意图。
54.图2示出了示出给水液位控制策略的框图。
55.图3示出了相位超前滤波器的阶跃响应。
56.图4示出了使用给水流量并且没有扰动补偿的模拟结果。
57.图5示出了使用给水流量和前馈补偿的模拟结果。
58.图6示出了使用给水流量和反馈补偿的模拟结果。
59.图7示出了在阀打开并且没有扰动补偿的情况下的模拟结果。
60.图8示出了在阀打开并且前馈补偿的情况下的模拟结果。
61.图9示出了在阀打开并且反馈补偿的情况下的模拟结果。
62.图10示出了使用plc模拟软件的图9的模拟结果。
具体实施方式
63.图1是锅炉10的简化示意图。锅炉10包括容器12。该容器限定了由波纹线示出的液位。液位由液位传感器14测量。在液位下方有液态水和蒸汽气泡的两相流16，而在液位上方主要有蒸汽18。锅炉10进一步包括用于将给水供应到容器12中的给水入口20和用于从容器
12取出蒸汽的蒸汽出口22。给水入口20经由泵24'供应并且由给水入口阀24控制，并且蒸汽出口由蒸汽出口阀26控制。
64.锅炉10进一步包括与容器12一起形成闭环的上升管28和下降管30。热供应到上升管引起沸腾。蒸汽上升到容器并且在上升管28-容器12-下降管30环路中引起循环。在本示意图中，仅呈现了一个上升管和一个下降管，然而，实际上使用了许多上升管和下降管。锅炉10进一步包括用于测量容器12中的压力的压力传感器32。
65.图2是示出根据本发明的给水液位控制策略的框图。具有参考标号34的框是代表设备(即锅炉)的框。因此，到框34的输入是给水qf的供应和热q的供应，而从框34的输出是容器中测量的液位l和测量的压力p。扰动是蒸汽qs的流出流，然而，根据本发明，蒸汽qs的流出流不是直接测量的。蒸汽qs从锅炉的流出流由具有参考标号36的蒸汽阀控制，并且可测量的扰动则为蒸汽阀36的开度od
st
。给水qf的供应由给水阀/泵38控制，给水阀/泵38以给水阀38的开度od
fw
作为输入，并且可选地以锅炉中的压力p和泵的转速ω作为输入。锅炉压力p可影响到锅炉中的给水流量，因为其是给水阀/泵的次级侧上的压力。
66.分别具有参考标号40和42的标有“pi”的框实施针对水位l和锅炉压力p的比例积分控制动作。控制动作应设计成最小化扰动中的变化(即蒸汽负载的变化)对锅炉中的水位的不利影响。作为基准，控制系统配备了两个独立的pi控制器：一个基于压力测量值控制热输入，且另一个基于水位测量值控制给水输入。以下标准pi控制表达式用于两个系统输入qf和q：
67.qf＝ξ
wl-n
wl
(l-l
ref
)
ꢀꢀ
[等式1]
[0068][0069]
q＝ξ
p-n
p
(p-p
ref
)
ꢀꢀ
[等式3]
[0070][0071]
其中ξ(
·
)表示相应的控制器状态；k
(
·
)》0
积分增益；n
(
·
)》0
比例增益；(
·
)
ref
相应输出的参考值。使用该基准控制的闭环系统的响应与所需的恰好相反，并且其加重了随后的锅炉水位的下降，见图4。pi控制器对蒸汽负载的增加的初始响应是降低给水的流量。如果锅炉容积相对小，这可能特别成问题。
[0072]
改进闭环系统对蒸汽负载的变化的响应的主要策略是使用滤波器检测扰动的(上升/下降)边缘，该滤波器对于恒定输入具有零输出，并且每当对滤波器的输入信号改变值时给出非零输出。
[0073]
蒸汽值的开度od
st
馈送到生成滤波器输出y
ll
的超前滤波器44。这些部分用虚线框和线标记。通向具有参考标号46的框的路径是前馈策略l
ff
，而通向具有参考标号48的框的路径是反馈策略l
fb
。
[0074]
图3示出了相位超前滤波器的阶跃响应。为了检测扰动kv中的变化的边缘，使用了具有零dc增益的相位超前滤波器，其由以下连续时间微分等式描述：
[0075][0076]
其中p
ll
》0是滤波器的极点。现在，该项并未针对分段常数kv较好限定。然而，为
了示出滤波器背后的直觉知识，可假设其可限定为在其中kv改变值的时间实例处类似于脉冲(狄垃克δ)的事物。由于以上非强制等式描述了积分器，故滤波器对该脉冲的输出响应初始地在脉冲的时候上升到一，并且随后衰减到零。该衰减的速度由极点p
ll
确定。
[0077]
尽管[等式5]的连续时间实施对于不可微分的kv来说有点问题，但最终滤波器需要在计算机上以离散时间实施，只要样本之间的kv的变化有限，这就没有问题。以离散时间，[等式5]可在第k个样本处实施为：
[0078]yll
[k]＝a0kv[k]-a1kv[k-1]+b1y
ll
[k-1]
ꢀꢀꢀ
[等式6]
[0079]
其中a0,a1,b1》0是滤波器的参数。[等式6]的参数可基于由s.w.smith的出版物“数字信号处理的科学家和工程师指南”第二版(加利福尼亚技术出版社，1999年)中给出的建议进行计算：并且0＜b1＝1，其中1-b1是样本之间期望的衰减。也就是说，在x个样本内，滤波器已经衰减到初始值的(b1)
x
。因此，参数b1与连续时间滤波器的极点p
ii
有关。在本情况下，衰减参数b1是按以下方式选择的：可能期望将滤波器设计成在t秒内衰减到初始值的10％。在采样时间t
s1
的情况下，这对应于t/ts个样本，直到滤波器衰减到初始值的0.1倍。然后，b1由下式给出：在下文中，描述了两种策略来使用滤波器的输出以补偿扰动。
[0080]
改进液位控制的响应的第一策略是以前馈方式将[等式5]的滤波器的输出添加到来自pi控制的控制信号。目的在于当扰动发生时，立即向给水控制输入添加校正项，而不必在pi控制器采取校正动作之前等待水位下降。通过将该项作为前馈添加，可避免对pi环路的任何篡改。因此，给水控制输入采用以下形式：
[0081][0082][0083]
其中l
ff
》0是前馈增益。增益l
ff
应位于其中l
ffyii
与pi控制器的输出处于同一数量级的区域中。
[0084]
改进液位控制的响应的第二策略是将[等式5]的滤波器的输出以反馈的方式添加到液位测量。目的在于在水位测量中直接补偿因蒸汽负载增加(降低)而导致的水位的立即上升(下降)。
[0085][0086][0087]
其中l
fb
》0应位于l和l
fbyii
处于同一数量级的区域中。
[0088]
进行了模拟以验证控制方案。用于模拟的模拟模型已由k.j.和r.d.bell
在出版物中进行了描述。模拟模型中使用的锅炉主要在图1中所示。
[0089]
设计成适应水位对扰动的逆响应的不利影响的两种水位控制策略已用于模拟。该不利影响由包括在内以用于比较并且可示为如下的基准控制策略表现：归因于负载增加期间压力下降导致水位的初始上升，故当实际需要增加时，控制将降低给水流量。水流量的该初始降低加剧了随后的水位下降，见图4。因此，期望避免此类初始控制响应。
[0090]
除了这两种控制策略之外，还模拟了其中可用传感器和致动器的两种不同情况。在第一种情况下，模拟了理想场景，其中可直接致动给水流，并且蒸汽阀阻力是可测量的扰动。在第二种情况下，模拟了更真实的场景，其中给水流量由阀的开度控制，并且其中蒸汽阀的开度是可测量的扰动。
[0091]
由k.j.和r.d.bell在出版物中推导出的系统模型是具有四个状态变量的非线性状态空间模型。这些状态变量是：汽包压力p；汽包、上升管和下降管中的总水量v
wt
；上升管出口处的蒸汽质量(即蒸汽的质量分数)ar；汽包中的水位以下的蒸汽量v
sd
。对系统的外源输入是：到锅炉中的给水质量流量qf；输入到上升管的热q；流出锅炉的蒸汽质量流量qs，见图1。
[0092]
图4-图6示出了更理想情况下的模拟的结果，其中给水流直接可用于致动并且蒸汽阀阻力是可测量的扰动。在每次模拟中，都会向扰动(这里为阀阻力参数)添加阶跃，并且观察闭环系统响应。在所有三种情况下，扰动阶跃在时间t＝10000s时执行，并且对应于期望能量/蒸汽产量的大约30％的增加。应注意的是，利用每个单独的控制动作所获得的结果都可能潜在地得到改进，因为很少时间花在调谐它们上。
[0093]
图4示出了当使用[等式1]中的标准/基准比例积分控制动作控制锅炉水位时的模拟结果。给出了不同时间序列的四个图。左上图示出了相对于一些期望参考值的锅炉水位l。右上图示出了控制信号qf或给水输入。左下图示出了锅炉压力p。右下图示出了用于热输入的控制信号q。这里的设置是给水控制应将相对锅炉水位保持在0米的参考值，而热控制应将锅炉压力保持在8mpa的参考值。
[0094]
给水控制对扰动的初始响应是降低给水输入，这归因于水位图上明显的膨胀现象，水位大约在时间t＝10100s时达到1.8[cm]的最大值。该控制响应加剧了随后的水位下降，水位大约在时间t＝12900s时达到期望液位以下的-8.5cm的最小值。
[0095]
注意，调谐这些基准控制器的增益所付出的努力最少。然而，为了示出，它们用于该目的。
[0096]
图5示出了当由[等式7]描述的前馈动作添加到锅炉水位控制时的模拟结果。图中的布局与图4中的相同。给水控制对扰动的初始响应现在已经变化，使得尽管有水位的初始逆响应，蒸汽需求增加现在也导致给水的增加。此外，大约在时间t＝15600s时，随后的水位下降现在减少了大约37％到-5.3cm的最小值。然而，大约在时间t＝10700s时，下降前锅炉水位的上升现在增加了370％到8.4cm的最大值。
[0097]
图6示出了当由[等式9]描述的扰动反馈动作添加到锅炉水位控制时的模拟结果。再次，布局与图4和图5中的相同。初始控制响应是增加给水输入，尽管归因于膨胀的水位的初始增加。与基准控制相比，随后的锅炉水位下降减少了大约90％到-0.8cm。此外，与基准控制相比，在时间t＝10100s时，锅炉水位的先前上升增加了172％到4.9cm，这小于使用前馈校正操作获得的增加的一半。
[0098]
图7-图10示出了以上提到的更真实的第二种情况的模拟结果。在图4-图6中呈现的模拟结果中，假设用于控制锅炉水位的pi控制器可以访问蒸汽流量阀阻力的测量值，并且控制器可直接致动给水流。此致动可能潜在地使用内环流量控制器来实现。然而，此类内环控制器将取决于给水流量的测量。
[0099]
该设置是图1中所示的设置。这里示出了进给水到锅炉的设备以及确定蒸汽流量的阀。将假设：1)蒸汽阀的开度od
st
是已知的，并且可用作到锅炉水位控制器的输入，2)给水泵以恒定速度操作，并且3)给水阀的开度od
fw
可用作用于锅炉水位控制器的致动信号。
[0100]
再次，模拟了用于锅炉设置的三个场景：1)第一个模拟场景利用根据[等式1]和[等式2]的基准pi锅炉液位控制，其现在基于锅炉水位的测量值来控制给水阀的开度，即：
[0101]
od
fw
＝ξ
wl-n
wl
(l-l
ref
)
ꢀꢀꢀ
[等式11]
[0102][0103]
其中od
fw
表示给水阀的开度。
[0104]
2)第二个模拟场景利用使用蒸汽阀开度信号od
st
的超前滤波版本的前馈扰动补偿，即
[0105]yll
[k]＝a0od
st
[k]-a1od
st
[k-1]+b1y
ll
[k-1]
ꢀꢀ
[等式13]
[0106]
并且根据的前馈扰动补偿控制可由以下描述
[0107][0108][0109]
3)第三个模拟场景利用再次使用滤波的od
st
信号的反馈扰动补偿，使得扰动补偿控制可由以下等式描述：
[0110][0111][0112]
图7示出了使用控制器等式[等式11]中限定的基准锅炉水位控制器获得的模拟结果。再次，扰动(这里是od
st
)中的阶跃在时间t＝10000s时引入。如先前模拟的，锅炉水位对扰动的直接响应是大约在时间t＝10060s时上升到1.7[cm]。如可看出，锅炉水位的后续响应是大约在时间t＝10200s时下降到-3.25cm。在此下降之后，存在恢复，并且然后大约在时间t＝12000s时，液位随后下降到-1.55cm。
[0113]
再次注意，调谐基准控制器的增益所花的时间并不多。然而，总而言之，这里的基准控制器似乎调谐为比第一轮模拟中的反应更积极。
[0114]
图8示出了使用如控制器等式[等式14]中限定的前馈扰动补偿获得的模拟结果。这里看出，与基准控制器相比，锅炉水位的初始上升加剧了大约130％，使得大约在时间t＝
10060s时其达到3.88cm的最大值。这随后紧接着锅炉水位的下降，其与基准情况下的最大下降相比减少了40％，使得大约在时间t＝12050s时其达到-1.92cm的最小值。
[0115]
图9示出了使用如控制器等式[等式16]中限定的反馈扰动补偿获得的模拟结果。可再次看出，与基准控制相比，液位的上升加剧。这里最大(第二)上升增加了96％，使得大约在时间t＝10600s时其达到3.34cm的最大值。锅炉水位的最大下降大约发生在时间t＝10180s时，并且最低液位为-0.72cm，其与基准情况相比减少了78％。
[0116]
图10示出了包括在plc(可编程逻辑控制器)软件中实施的反馈扰动补偿的以上控制解决方案的模拟的结果。该实施方式已使用由西门子的“plcsim”软件在闭环中进行了测试以对plc仿真。可将图10中所示的结果与图9中所示的结果比较以验证plc实施方式的正确性。总的来说，除了归因于plc中控制输出的有限表达引起的舍入误差的一些量化噪声之外，结果是相同的。此量化在图10中的缩放区域中指示。

技术特征：
1.一种控制给水到锅炉(10)中的供应的方法，所述锅炉(10)包括用于将给水供应到所述锅炉(10)中的给水入口(20)、用于从所述锅炉(10)取得蒸汽的蒸汽出口(22)以及用于测量所述锅炉(10)中的液位的液位传感器(14)，所述蒸汽出口(22)包括限定蒸汽阀(26)开度的蒸汽阀(26)，所述方法包括：使用所述液位传感器(14)测量所述锅炉(10)中的液位，确定所述蒸汽阀(26)开度的变化率，以及基于所述锅炉(10)中的液位、针对所述锅炉(10)的参考液位和所述蒸汽阀(26)开度的变化率，控制给水经由所述给水入口(20)到所述锅炉(10)中的供应。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述给水入口(20)包括限定给水阀(24)开度的给水阀(24)，其中所述方法包括通过所述给水阀(24)开度来确定给水到所述锅炉(10)中的供应。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述给水入口(20)连接到泵(24')，所述泵(24')限定流速，其中所述方法包括通过所述流速确定给水到所述锅炉(10)中的供应。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述流速基于所述泵(24')的转速。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用pi控制方案(40)来执行给水到所述锅炉(10)中的供应的控制。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制给水到所述锅炉(10)中的供应包括：基于所述锅炉(10)中的液位与针对所述锅炉(10)的参考液位之间的差异生成给水控制动作，以及基于所述给水控制动作和所述蒸汽阀(26)开度的变化率的总和来确定给水到所述锅炉(10)中的供应。7.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法，其中，控制给水到所述锅炉(10)中的供应包括：基于所述蒸汽阀(26)开度的变化率和所述锅炉(10)中的液位与针对所述锅炉(10)的参考液位之间的差异的总和来生成给水控制动作，以及通过所述给水控制动作确定给水到所述锅炉(10)中的供应。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括通过对所述蒸汽阀(26)开度使用相位超前滤波器(44)来确定所述蒸汽阀(26)开度的变化率。9.根据权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：使用压力传感器(32)测量所述锅炉(10)中的压力，以及基于所述锅炉(10)中的压力和针对所述锅炉(10)的参考压力控制输入到所述锅炉(10)中的热。10.根据权利要求9所述的方法，其中，控制输入到所述锅炉(10)中的热包括：基于所述锅炉(10)中的压力与针对所述锅炉(10)的参考压力之间的差异生成热输入控制动作，以及通过所述热输入控制动作确定输入到所述锅炉(10)中的热。11.根据权利要求9至权利要求10中任一项所述的方法，其中，使用pi控制方案(42)来执行对输入到所述锅炉(10)中的热的控制。12.一种具有用于控制给水到锅炉(10)中的供应的控制系统的锅炉(10)，所述锅炉(10)包括用于将给水供应到所述锅炉(10)中的给水入口(20)、用于从所述锅炉(10)取得蒸汽的蒸汽出口(22)以及用于测量所述锅炉(10)中的液位的液位传感器(14)，所述蒸汽出口
(22)包括限定蒸汽阀(26)开度的蒸汽阀(26)，所述控制系统基于所述锅炉(10)中的液位、针对所述锅炉(10)的参考液位和所述蒸汽阀(26)开度的变化率，控制给水经由所述给水入口(20)到所述锅炉(10)中的供应。13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括权利要求1至权利要求11的特征中的任何。14.一种包括指令的计算机程序，当所述程序由计算机执行时，所述指令引起所述计算机执行权利要求1至权利要求11中任一项所述的方法。15.一种其上储存有权利要求所述的计算机程序的计算机可读介质。

技术总结
本发明涉及一种控制给水到锅炉(10)中的供应的系统和方法。锅炉(10)包括用于将给水供应到锅炉(10)中的给水入口(20)、用于从锅炉(10)取得蒸汽的蒸汽出口(22)以及用于测量锅炉(10)中的液位的液位传感器(14)。蒸汽出口(22)包括限定蒸汽阀(26)开度的蒸汽阀(26)，该方法包括使用液位传感器(14)测量锅炉(10)中的液位，确定蒸汽阀(26)开度的变化率，以及基于锅炉(10)中的液位、针对锅炉(10)的参考液位和蒸汽阀(26)开度的变化率，控制给水经由给水入口(20)到锅炉(10)中的供应。入口(20)到锅炉(10)中的供应。入口(20)到锅炉(10)中的供应。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：阿法拉伐股份有限公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2023/8/4