三冲量汽包液位控制系统设计.docx

第一章工程实例
1、三冲量汽包液位控制系统应用
1.1三冲量控制系统的构成
在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量及给水流量等3个被控变量会安装相应的调节器，在锅炉运行的过程中，这三个信号作用于调节器，会适时调整，做相应的改变。
在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量、给水流量都是串联关系，其中汽包液位是三者中的主冲量，能够反映整个汽包的工作状态和运行状况；而蒸汽流量和给水流量分别担任辅助冲量，蒸汽流量就是一个前馈系统，通过这个系统，能够消除“假液位”现象，保证整个系统的准确性；给水流量是一个反馈系统，它能够副回路减少水压改变对汽包液位的影响。主冲量和辅助冲量之间相互配合、相互影响，共同保证前馈-串级反馈的三冲量控制系统的正常有效运行。
1.2三冲量控制系统的工作原理
三冲量控制系统的工作原理是：将三个信号中的汽包液位当做主信号，当锅炉中的水位改变时，与之相对应的调节器输出也会发生相应的变化，在此基础上的给水流量也会发生改变，这样就能够使锅炉的水位达到给定值。在这个过程中，蒸汽流量充当着前馈作用，其作用是防止“假液位”干扰调节器的工作。而给水流量充当着反馈的作用，当前馈的蒸汽流量发出干扰信号时，给水流量会在锅炉水位未改变之前，消除这种干扰，使调节器正常工作，使给水流量更加稳定。
1.3三冲量控制系统在锅炉汽包液位中的应用
在锅炉生产中，三冲量控制系统作为前馈-串级反馈系统，其运行遵循着主控制器的正作用和副控制器的反作用原则。在三冲量控制系统中，流量控制器FC作为主控制器，起着正作用功能；水位控制器LC作为副控制器，起着反作用的功能；而调节器则起着调节阀的作用。
通常当锅炉的水位升高时，LC就会产生反作用，其输出就会相应减少，通过加法器，FC的给定值减少，而调节器的输出却增加，故而要减小调节器的阀门开度，缩小FA2101（给水流量），使水位下降至给定值。
在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情况下，FC的给定值会相应的减少，而调节器的输出增加，故而要扩大调节器的阀门开度，增加给水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在给定值上。
当FA2102（给水流量）增加时，FC调节器的输出也会相应增加，这时要减小调节阀开度，减少给水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不变。另外，在选择给水流量的调节阀时，要保证锅炉的安全。比如当生产的热源是蒸汽时，就应该选择气关阀来保护锅炉；而当蒸汽的供给超过蒸汽压缩机时，就应该选择气开阀来保护锅炉设备。
通过三冲量控制系统，能够利用调节器的开关阀对锅炉生产中的汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行有效调节，消除了“虚假液位”现象，保证水位的稳定，很好地控制了锅炉汽包液位，保证整个锅炉系统和整个生产工艺的安全可靠，同时也促进了锅炉生产技术的改进和完善。
2.系统控制流程图

图1-1系统控制的程序流程图

第2章标准节流装置设计及计算程序设计
1.给水调节对象的动态特性
锅炉的给水系统，汽包液位的动态特性似乎与单容水槽一样，但是实际情况却要复杂的多。其中最突出的一点就是水循环系统中充满了夹带着大量的蒸汽气泡的水，而蒸汽气泡的总体积是随着气泡压力和炉膛热负荷的变化而改变的。如果有某种原因使蒸汽泡的总体积改变了，即使水循环系统中的总水量没有变化，汽包水位也会随之发生改变。
汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响汽水分离效果；水位过低容易使水全部被汽化烧坏锅炉。影响汽包液位的因素，除了加热汽化外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动，当负荷突然增大、汽包压力突然降低时，水就会被急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。
根据所给任务书中的要求，水位H与给水W之间的传递函数为一个一阶对象，时间常数为5s，静态放大倍数为8。
2.系统控制框图
单级三冲量控制系统如下图所示：

图2-1三冲量控制系统
从系统框图可以看出，单级三冲量控制系统有两个闭合回路：一个是由给水流量W、给水变送器、调节器和调节阀组成的内回路；另一个是由汽包水位对象和内回路构成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽变送器未包含在这两个闭合回路之内。但它的引入可以改善控制质量，且不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。
综上所述，本系统应选用水位串级控制。主回路用于直接控制水位，主调节器一般都采用比例积分动作，维持水位不变。副回路是流量系统，副调节器可以用比例或比例积分动作。结合题意设计系统框图如下：
Hr+
Gc1(s)
Gc2(s)
Ku
Kw
Kh
Gp(s)
Kd
H
W
——
——

其中，Hr——水位设定值
W——给水量
H——水位值
Gc1（s）——主控制器
Gc2（s）——副控制器
Gp（s）——被控对象传递函数
Kd——蒸汽流量检测变送器放大倍数
Kw——给水流量检测变送器放大倍数
Kh——水位检测仪表放大倍数