PID调节器在燃气锅炉中的应用采暖,地暖,上海诺科暖通工程有限公司
PID
调节器在燃气锅炉中的应用
祁增慧
张一哲
桂
垣
范永胜
（河北建筑工程学院
电气工程系，河北
张家口）
摘要
：为使冬季采暖温度实现自动控制，保持室温恒定，且达到节能要求。针对燃气锅炉燃烧器阀门的
PID
控制，结合非线性开关控制，使温度快速、准确、平稳、高效的调节。本文介绍了系统的构成、
PID
调节及开关调节原理和
PID
调节器参数的整定方法，使系统达到最佳的动、静态性能。
关键词
：燃气锅炉，燃烧器，
PID
调节器，开关控制
0
．引言
在我国，随着新型能源的开发及对绿色环保的重视，以天然气为主要清洁能源的燃气供暖锅炉正大幅度增加。我课题组立足于对燃气锅炉的节能及智能化研究，通过对锅炉系统多参量信号采集并构成多闭环控制系统，实现温度等参数的自动控制，可使冬季室温保持恒定且随意调节，同时起到节能作用。其中，对燃烧器的
PID
控制及开关控制，可根据温度变化曲线及时、准确的调节燃气阀的开度，且成比例的调节风门，使燃气和空气有良好的混合比，并使燃气充分燃烧，达到节能、无污染的效果。
1
．关于
PID
控制
PID
控制是指比例、积分、微分控制，实现
PID
控制的装置称为
PID
调节器。其传递函数为
G
（
s
）
=K (1+1/τ s+τ
比例控制可快速、及时、按比例调节偏差，提高控制灵敏度。但有静差，控制精度低。积分控制能消除偏差，提高控制精度、改善稳态性能，但易引起震荡，造成超调。微分控制是一种超前控制，能调节系统速度、减小超调量、提高稳定性，但其时间常数过大会引入干扰、系统冲击大，过小则调节周期长、效果不显著。比例、积分、微分控制相互配合，合理选择
PID
调节器的参数，即比例系数
K 、积分时间常数
τ 和微分时间常数
τ ，可迅速、准确、平稳的消除偏差，达到良好的控制效果。图
1
中各曲线反映不同参数对系统响应的影响。
2
．温度
PID
及开关控制系统的组成
图
2
是温度控制系统的组成原理图。被控对象为燃烧器的燃气蝶阀和空气风门；其开度大小是
由电动执行器（伺服电动机又称伺服马达）通过减速器带动可调凸轮机构控制的。凸轮机构通过连杆带动燃气蝶阀改变开度，同时还通过另一连杆带动风门旋转，改变风门开度，实现同步、比例的改变空气和燃料的进给量。调整两连杆的位置，可获得最佳的风气比，使燃料充分燃烧，提高燃烧效率和节能效果，实现无污染
。
调节器根据预置的温度设定值
T 与检测的温度反馈值
T 偏差的大小进行连续的
PID
调节或进行非线性开关调节。
3
．温度的自动调节原理
为达到良好的控制效果，本系统对燃气阀既可连续调节同时具备开关控制。图
3
为调节示意图。开关控制时，燃烧器阀门和空气风门只有两个状态即最大开度和最小开度。即预先设定一个偏差带，
T 的偏差在偏差带外进行非线性开关控制，进入偏差带则进行连续的
PID
调节。
当温度
T 低于设定值
T 较多时，
PID
调节器不起作用，燃烧器阀门开至最大。当
T 接近
T 时，随温度升高阀门关小，形成
PID
调节。若温度升高超过偏差带上限，燃烧器关至最小。图
4
为温控调节曲线示意图。当锅炉负载较轻时温度变化快，震荡较剧烈，负载较重时变化较为平缓。
微分控制的作用是：室温较锅炉水温有一个滞后，当检测温度升高时再调整燃气阀，室温将继续升高。采用微分控制即对温度的变化率进行控制，可降低温度震荡幅值，保持温度恒定。
4．PID调节器参数的整定
锅炉温度控制系统较复杂，很难用解析法建立其数学模型。故
PID
调节器参数的确定，可按
Z
—
N
法则的第二法初步选取
PID
参数：先设
τ =
∞，
τ = 0
即只有比例控制。
K 由零逐步增大到使温控曲线振荡并超出偏差带，此时的
K 为临界增益
K ，记录并估算振荡周期
T 。初选
K ，
τ ，
τ =0.125T 。在其基础上，根据经验法及试验对
PID
参数作进一步的调整，一般要多次调整，每次调整幅度不大于
10%
，直到获得满意的温控曲线。这种方法准确、方便，具有普遍性。若根据试验测试的温度曲线应用计算机软件优化
PID
参数，效果更好。
由于负载大小对温度变化的动态过程有影响，若按轻载整定，重载时调节较慢，节能效果差。而按满载整定，轻载时温度变化快，稳定性较差。根据经验，按满负荷的
85%
整定
PID
调节器的参数，较为合适。
5．结束语
燃气锅炉系统是集温度、压力、流量、水位等参数控制、顺序控制及各种保护于一体的综合控制系统。本文只介绍了以燃烧器为控制对象的
PID
调节及开关调节，以达到较为稳定的温度、取得较好的节能效果。与大、小火二级负载控制相比，具有很好的动、静态性能，并可节能
5%
以上。结合烟气冷凝热能回收系统，以及燃气锅炉本身较高的热效率且对大气无污染，该系统将有良好的推广应用前景。
参考文献
：
<1>
邹伯敏
.
自动控制理论
.
机械工业出版社
<2>
沈贞珉等
.
燃气供热锅炉技术培训教材
.
航空工业出版社
The application of PID
regulator in the gas fired boiler Qi Zeng-hui
Zhang Yi-zhe
Gui Yuan
Fan Yong-sheng
institute
Architecture
and Civil EngineeringElectrical engineer department
zhangjiakou
075024)
Summary
:
In order to make the room’s temperature realize automatic control in winter,keep the constant temperature in the room, and reach the energy-conservation, we take the PID Control to the burning device valve of
gas fired boiler, and the non-linear on-off control, so that the temperature in the room is gotten the fast, accurate,steady , and high-efficient regulation. This paper introduced the composition of system ,the principle of PID regulation ,the adjustment of the PID regulator ‘s parameter, so as to make the system reach the best performance figure of dynamic and static state.
Keyword:
PID regulator , the gas fired boiler, burning device , on-off control
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