摘　要：讨论了集散式锅炉汽包水位调节系统的工作原理，介绍了系统参数整定的方法以及对系统工作性能的影响，分析了系统产生干扰的主要原因，及采取的抗干扰措施。

关键词：集散系统；参数配比；干扰

哈尔滨发电有限责任公司的锅炉集散控制系统投入运行后，对调节系统进行了研究，发现汽包水位调节系统在负荷平稳时运行很正常，当负荷突变或系统遇到干扰时，会出现调节曲线严重变坏的现象。汽包水位过高，会使饱和蒸汽带水，蒸汽品质恶化，造成过热器积盐结垢；汽包水位过低则会破坏锅炉的水循环。另外，保持给水流量的稳定，对省煤器及给水管道的安全运行也起着重要的作用。

良好的调节品质是一个成功调节系统的重要标志，本文对原调节系统的组态、参数配比以及系统受到的干扰进行了研究，以探索改善系统调节的方法。

一、修改系统组态

使用中的水位调节系统组态为供货商提供。给水调节组态是以水位信号为主信号，以水位波动值与给定值比较而产生的偏差信号作为虚拟调节器输出信号，来控制执行机构的开或关。以蒸汽流量信号和给水流量信号为辅助信号，蒸汽流量信号乘以一个系数作为输入值加到另一个调节器，与给水流量信号经过运算产生偏差信号去控制执行器。系数是系统在稳定运行时，由蒸汽流量与给水流量的固定偏差经计算得到的。

实际上，汽包水位所产生的偏差信号，以及由蒸汽流量信号与给水流量信号计算产生的偏差信号，分别作为给定值及测量值在一个调节器中再次运算而产生新的偏差信号来控制执行机构，优点是充分利用集散系统的组态特点和资源优势，使系统产生的两个偏差信号经过一次“整合”后再输出，从而减少了执行机构的动作次数。同时还是要利用给水流量变化时，测量孔板前后压差的快速变化来作为介质反馈信号，令调节器在水位还没有开始变化时，就可以根据前馈信号来消除内扰，使调节系统在运行中能更好地维持稳定的汽包水位和给水流量。

同时又出现了一个新问题，当汽包水位为零时，不产生偏差信号。同样，蒸汽流量和给水流量相等时，也不产生偏差信号，给水系统保持原来的状态。当水位高过零水位时，调节系统按照程序正常动作，恢复水位。但如果水位为零水位以下时，将产生一个水位的负信号，而这时给水流量也超过了正常值，与蒸汽流量信号运算后将同时也产生一个负信号，这样不仅不易于规范信号，而且系统还可能“屈从于”给水流量所产生的负信号，发出一个去关闭执行器的命令，这样就更加重了汽包的低水位，系统恢复起来会很困难，从而影响调节质量。为了解决这一问题，在这两个调节器的输出上各加上一个EX运算模块，将它们的输出信号向正方向迁移50%，这样就避免了调节系统会同时出现两个负信号的情况，解决了上述问题，见图1。

二、系统参数的配比

参数的配比，必须在运行时根据水位变化的实际情况加以适当地调整，在调节中主要以自动调节理论为依据，结合运行方式及需求，正确地调配各调节器的P、I、D参数及死区系数。在实际使用中发现，各参数的配比是随实际而变化的，各台锅炉的情况都不相同，负荷的大小、阀门的漏流量、执行器的死区，甚至环境温度的变化(主要在冬季采暖期)等都会影响参数的选择。调节的过程是一个优化的过程，调节时要以不影响运行为原则，缓慢地加减各项参数，并逐渐摸索、积累经验，以适应在多种情况下锅炉汽包水位调节变化的要求。系统参数配比前后，锅炉水位调节的曲线分别见图2和图3。

三、干扰对调节的影响及防范措施

集散系统是以通信网络技术为基础，将计算机应用在工业控制技术中。干扰在工业控制中普遍存在，集散系统由于采用了计算机和网络连接，所以不可避免地会受干扰信号的影响。由于干扰的存在，就会从很多方面影响和破坏调节系统的调节品质，所以，如何消除或减轻外部的干扰，也是一项值得研究的课题。

1、干扰源

（1）电磁干扰

在电机(特别是大功率电机)、变压器及有大电流通过的电缆周围都有很强的交变磁场，可在周围的导体中产生感应电势，这类干扰会使现场控制器内的CPU运行出错，导致通信数据改变等严重情况的发生。

（2）电源系统产生干扰

集散系统使用的是直流稳压电源，这种电源如果在滤波电容上积蓄了能量，使端电压的某一值不能保证集散系统正常工作时的电压，就会造成整个系统瞬间死机，因而有可能会发生生产事故。

若供电系统远离控制系统、供电线的阻抗比较大，就会造成供电电压的降落和输入电压波形的失真。同样可以干扰系统的运行。

（3）接地点产生干扰

如果设备绝缘性能不良，会对地产生漏电流。另外，用大地作为输电线的电气接地线，也会产生较大的地电流。若接地点选择不当，接地不良，漏电流和地电流会造成集散系统中各点上存在电位差，这种干扰可能是直流电压，也可能是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。它的影响实际上是转化成串模干扰的形式而加入到放大器的输入端。

（4）其它干扰源

集散控制系统设备的运行，也遇到诸如温度、湿度、振动超标等问题，电源频率和电压的极限也应控制在一定的范围内。集散系统内部有大量的导线，导线之间的相互耦合也是可以干扰系统工作的。

此外，来自宇宙的电磁波辐射干扰，如雷电、电离层变化、太阳黑子的电磁波辐射，以及现场使用的无线通信工具等等，其中雷电干扰最为严重，如果串入系统，将会烧毁输入模块。

2、生产现场的抗干扰措施

（1）屏蔽

为从根本上消除电磁干扰，必须对系统仪表进行良好的电磁屏蔽，集散系统应安装在磁场强度小于200A/m，电场强度小于0.5V/m的空间内，现场控制器应安装在有金属外壳的机柜里。操作员站应安装在采取了屏蔽措施的机房里，房间应该铺设防静电地板，减少静电的影响。

控制系统内部可以采取一些必要的方式来消除干扰。易受干扰的弱信号线应避免与强信号线相邻平行布线，而应该使两者尽量正交布线，可以使产生的感应电势互为反向抵消，或两者布线的远离距离至少是导线内径的40倍以上。在输入/输出模块的同一电缆槽内不要布置强弱两种信号导线。

（2）控制回路的抗干扰措施

为了更好地抑制干扰对系统的不良影响，必须对控制回路采取有效的措施。控制回路的信号电缆最好敷设在自己专用的电缆槽内，电缆槽应该可靠地接地。信号线应采用有屏蔽层的电缆，并注意将屏蔽层接地。为了避免干扰信号的窜入，还可在信号输入端装设由电阻、电容和电感等无源元件构成的无源滤波器。

在实际工作中，两种接地方式是应该避免的：一是利用电缆的备用芯进行两端的同时接地，这种抗干扰措施的效果是很差的。因为现场的地电位是不相等的，必然会造成接地的两端存在一个电位差，所以接地的备用芯中仍然会有电流，这会使其它的电缆芯产生出感应电势；二是只将电缆屏蔽层的一端接地。这样的接地方式会使得没有接地那端的屏蔽层对地和电缆芯对地之间出现一个暂态电压，幅值会达到十几伏甚至几十伏，对装置造成较强的干扰。另外，在接地前应该对屏蔽层进行检测，屏蔽层中间断开或屏蔽层不完整都会影响屏蔽效果。

（3）对系统电源采取的抗干扰措施

电源应能满足系统在负载稳定和受到冲击时的供电要求，选择的直流电源应能满足系统所有功率需求，并有比较大的余量。

为减少电压波形的失真而干扰整个控制系统的正常运行，电源应靠近控制站，供电电缆的阻抗应尽量小。附近不应有大功率的用电设备。

抗干扰的方法还有很多，特别是可以采用滤波算法程序对数据进行处理以消除干扰，主要优点是可以兼顾数据采样的实时性和采样数据的连续性等。

四、结论

通过对水位调节系统参数的优化、整定和对系统采取有效的抗干扰措施，大大地提高了水位调节的品质，减小了汽包水位的波动对整个锅炉供水系统的影响，保证了企业的安全生产和经济运行。