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1、中文摘要目前，大型火电单元机组都采用机、炉联合启动的方式，锅炉、汽轮机按照启动曲线要求进行滑参数启动。随着机组容量的增大和参数的提高，机组在启停过程中需要监视和控制的项目也就越来越多，因此人工操作、监视的方式已远远不能满足运行的要求，而必须在启停过程中实现自动控制。这就需要有全程控制系统。 汽包锅炉水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接的表示了锅炉蒸汽负荷和给水量之间的平衡关系。维持汽包水位正常是保正汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。汽包出口蒸汽水分过多，也会使过热气温产生急剧变化，
2、直接影响机主运行的安全性和经济性。汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。 本论文结合元宝山发电厂的实际情况对其给水系统进行了全程控制设计，论文比较详细的论述了控制系统的工作原理及特点，控制对象的动态特性，控制系统的构成以及具体的控制方案与策略。 关键词：给水全程控制系统、汽包水位控制、串级三冲量控制AbstractCurrent, large fire electricity unit machine a way for all adopting machine, boiler uniting starting, boiler, vapor a machine accor
3、ding to start the curve request proceed the slippery parameter starts.Along with the aggrandizement of the machine a capacity with the exaltation of the parameter, machine an item for in start and stop process needing keeping watch on with control too more and more, the for this reason artificial op
4、erates, the monitoring way cant satisfy the request of the movement already and far and far, but must realizes in start and stop process the auto control.This need the whole distance control system. The vapor a boiler water level is a boiler to circulate inside to supervise and control the parameter
5、 importantly.It meant indirectly that the boiler steam carries with the equilibrium relation of the amount of water applied.Maintaining the vapor a water level normal is an important term to protect the positive vapor a machine to circulate with the boiler safety.Boiler vapor a water level over high
6、, will affect the normal work that vapor an inside soda separate equip, making exit steam humidity excessive but made the hot machine take care of the wall knot dirty mark, burn easily bad over hot machine.A safety for exporting steam humidity excessively, and also would making hot air temperature p
7、roducing nasty upheaval turning, directly affecting machine lord circulating with economic.Vapor a water level over low, then may break the boiler water circulates, resulting in the cold wall in water tube burns bad but break.The actual circumstance of the combinative coin in this thesis mountain po
8、wer plant as to its water supply system proceeded whole distance control design, detailed treatise in thesis control work principle and characteristicses of the systems, control the dynamic characteristic of the object, control the composing of the system and in a specific way of control project and
9、 strategy. Key words: feedwater whole distance control system, drum water level control, serial class three element control目录中文摘要IABSTRACTII引言11、设计（论文）课题的目的及意义12、设计（论文）课题的国内外现状及发展趋势13、本课题研究的主要内容11 给水全程控制系统综述21.1 给水控制概述21.1.1给水控制的任务21.1.2给水控制对象的动态特性21.2给水全程控制系统概述61.2.1全程控制的概念61.2.2对给水全程控制系统的要求62 给水全程
10、控制系统构成82.1串级控制系统论述82.1.1串级控制系统概述82.1.2串级控制系统的设计82.2串级三冲量控制系统论述92.2.1单级三冲量控制系统92.2.2串级三冲量控制系统112.3给水全程控制系统142.3.1在给水全程控制中测量信号的自动校正142.3.2在给水全程控制中变速给水泵的安全工作区152.3.3单元制锅炉给水全程控制方案163 本套给水自动控制系统论述183.1 给水热力系统简介183.2本套给水自动控制系统概述183.3 控制过程分析184 控制系统组态分析214.1 INFI-90分散控制系统概述214.2 控制系统组态分析224.3 硬件配置说明224.4 控
11、制系统的仿真225 结论25致谢26参考文献27附录：给水自动控制系统SAMA图及组态图28引言1、设计（论文）课题的目的及意义汽包锅炉给水自动控制的目的是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件，汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。汽包出口蒸汽中水分过多，也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的安全性和经济性。汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管
12、烧坏而破裂。随着锅炉容量和参数的提高，汽包的容积相对减小，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高。因此加快了负荷变化时水位的变化速度。企图用人工控制给水量来维持汽包水位不仅操作繁重，而且是非常困难的。所以，锅炉运行中迫切要求对给水实现自动控制。 2、设计（论文）课题的国内外现状及发展趋势目前，国内外汽包水位控制策略采用三冲量控制，模糊控制及PID自校准与自调整的比较多，特别是前2种，其中模糊控制主要是朝智能化方向发展，表现在模糊控制与智能控制的结合，采用遗传算法优化模糊控制等。主要解决的问题是：规则的完整性、自校正主要采用不同的优化方法对参数进行自调整；预测函数控制、广义预报自适应控制、模型参考自适应
13、控制等基于模型的控制方法发展的比较少，具体在实际应用过程中应用的则更少。3、本课题研究的主要内容 本设计是针对元宝山发电厂的给水系统进行全程控制设计，该设计系统为串级三冲量控制系统，需要考虑到测量信号的校正、系统的无扰切换、手自动的无扰切换以及各种报警设置等问题。从而完成该给水系统在从启动到额定负荷和从额定负荷到停炉的全过程的给水控制。1 给水全程控制系统综述1.1 给水控制概述 1.1.1给水控制的任务 汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。 汽包锅炉水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接的表示了锅炉蒸汽负荷和给水量之间的平衡关系。维持
14、汽包水位正常是保正汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。汽包出口蒸汽水分过多，也会使过热气温产生急剧变化，直接影响机主运行的安全性和经济性。汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。 随着锅炉容量的增大和参数的提高，汽包的容积相对减小，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高，因此，负荷变化时水位的变化速度加快。 锅炉工作压力的提高，使给水管道系统相应复杂，因而对控制系统的功能和调节机构的特性要求更高。 为减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行，实现给水系统的自动控制是非常必要的
15、。 1.1.2给水控制对象的动态特性 汽包水位是由汽包中的贮水量和水下面的汽包容积所决定的，因此凡是引起汽包中贮水量变化和水面下的汽包容积变化的各种因素都是给水控制对象的扰动。其中主要的扰动有：给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力P、炉膛热负荷等。给水控制对象的动态特性是指上述引起水位变化的各种扰动与汽包水位间的动态关系。汽包炉给水控制对象结构如图所示。影响水位的因素主要有：锅炉蒸发量（负荷 D），给水量G , 炉膛热负荷（燃烧率M ）,汽包压力 pb 。控制系统的物质平衡方程为：A(/-/)dH=Gdt-Ddt=(G-D)dt将上式进一步变换得：A(/-/) =G-D令C= A(/-/),则上
16、式变为：C =G-D式中 H 汽包水位，m或 cm；A 汽水分离面积，m2或cm2；/水的密度，t/m3或kg/cm3；/蒸汽密度，t/m3或kg/cm3；D蒸发量，t/h或 /kg/s；G给水量，t/h或kg/s；C容量系数。容量系数C是用来表征锅炉的结构系数的，而它的动态特性则往往用飞升速度或飞升时间来表征。对于汽包炉来说,由飞升速度的定义知：=()max/Z=()max/Hmax= 式中飞升速度。把扰动量即水位变化量转成用相对量表示的水位变化范围，通常的水位允许变化范围为200mm，这个范围扰动量的相对极限值为100%。上式中（）max=max右边一项表示汽包内工质的变化量,当给水量G=
17、0,而蒸发量为最大时,变化量最大,因此有：（）max= max可见这时的扰动量是下降的。故有：= max/-H max=（D max /H max）1/A(/-/)式中 Dmax锅炉最大的蒸发量； H max 水位变化允许的最大范围。飞升时间Ta为Ta= 。对于蒸发量为100230t/h的单汽包炉，当水位变化100mm时，Ta=6030s，对于蒸发量为更大的汽包炉Ta=30s，它的意义在于当锅炉在满负荷运行时，如果突然停止供水，则由于蒸发量和给水量的不平衡造成水位迅速下降，在30s内将下降200mm，或者换句话说，如果给水量减少10%，经过30s的时间，水位将下降20mm。1.1.2.1给水流
18、量扰动下水位的动态特性 从物质平衡的观点来看，加大了给水量，水位应立即上升。但是实际上并不是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后上升。这是因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的过冷度，水进入省煤器后，使一部分汽变成水，特别是沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器内的汽包总容积减少。因此，进入省煤器内的水首先用来补偿省煤器中因汽泡破灭、容积减少，而降低的水位，经过一段迟延甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变化，汽包水位仍然在蒸发，因此水位也有下降的趋势。水位在给水扰动下的传递函数可表示为：WOW（s）= H(s)W(s)=/s
19、(1+s)式中 延迟时间，s； 响应速度，即给水流量改变一个单位流量时，水位变化速度。 W H W t t 2-1 给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线1.1.2.2蒸汽流量扰动下的水位的动态特性蒸汽流量扰动主要来自汽轮机发电机组的负荷变化，属外部扰动。蒸汽流量D扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图2-2所示。当蒸汽流量突然阶跃增大时，由于汽包水位对象是无自平衡能力的，这时水位应按积分规律下降，图2-2中H1曲线所示。但是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水下面的汽包容积也迅速增大，即锅炉的蒸发量增加，从而使水位升高,因蒸发强度增加是有一定限度的，故汽包容积增大而引起水位变化可用惯性环节特性来描述H2曲线，
20、实际水位变化曲线H。当锅炉蒸汽负荷增加时，虽然给水流量小于蒸发量，但水位不仅不下降，H反而迅速上升（反之，当负荷减少时，水位反而下降），这种现象称为“虚假水位”现象。这是因为在负荷变化的初始阶段，水面下汽泡的体积变化很快，它对水位的变化起主要影响作用的缘故，因此水位随汽泡体积增大而上升。只有当汽泡容积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物资平衡关系来 定，这时水位就随负荷增大而下降，呈无自平衡特性。蒸汽流量扰动下的水位响应特性可用下述传递函数表示： WOD(s)=H(s)/D(s)=K2/1+T2(S) /s式中 T2H2 曲线的时间常数； K2H2曲线的放大系数； H1 曲线的响应速度。
21、上述蒸汽流量扰动下的水位控制对象动态特性，只是从蒸发强度变化对汽包容积的影响方面说明水位的特点。实际上，改变汽轮机的用汽量引起的蒸汽流量的阶跃扰动，必定引起汽压的变化，汽压的变化也会影响到水面下汽泡的体积变化，所以实际的虚假水位现象会更严重些。1.1.2.3炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性当燃料量扰动时，例如燃料量增加使炉膛热负荷增强，从而使炉锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调节阀开度不变。随着炉膛负荷增加，锅炉出口压力提高，蒸汽流量也相应增加，这 样蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降。但蒸发强度增大同样也使水 面下汽泡容积增大，因此也会出现虚假水位现象。影响水位的因
22、素除上述之外，还有给水压力、汽包压力、汽轮机调节阀门开度、二次风量分配等，不过这些因素几乎都可以用D、M、G的变化体现出来。为了保证汽压的稳定，燃料量和蒸发量必须保持平衡，所以这两者往往是一起变化的，只是先后的差别。给水量是内扰，其他是外扰。 1.2给水全程控制系统概述 1.2.1全程控制的概念 目前，大型火电单元机组都采用机、炉联合启动的方式，锅炉、汽轮机按照启动曲线要求进行滑参数启动。随着机组容量的增大和参数的提高，机组在启停过程中需要监视和控制的项目也就越来越多，因此人工操作、监视的方式已远远不能满足运行的要求，而必须在启停过程中实现自动控制。所谓全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行
23、时均能实现自动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行，在启停过程和低负荷工况下，一般要由手动进行控制，而全程控制系统能使机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。 单元机组全程控制系统由机炉全程控制子系统组成。主要包括锅炉给水全程控制系统、主蒸汽温度全程控制系统、机炉全程协调控制系统等。其中给水全程控制系统的应用最为广泛。1.2.2对给水全程控制系统的要求 显然，汽包锅炉给水全程自动控制应该是在锅炉给水全过程中都是自动控制的。这个过程包括：锅炉点火、升温升压；汽轮机冲转、开始带负荷；带小负荷运行；带大负荷运行；降到小负荷
24、运行；锅炉停火、冷却降温降压。即在上述全过程中，在控制设备正常的条件下，不需要操作人员的干涉，就能保持汽包水位在允许范围内。这比常规给水控制要复杂的多，因此对给水全程自动控制系统有一些特殊的要求：（1）锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响，为了实现全程控制，必须要求这些测量信号能自动地进行压力、温度校正。（2）现代大型单元机组的给水流量控制很少采用阀门节流的方式，而是多通过控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制，因而在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制要求，同时还要保证给水泵工作在安全工作区内。（3）由于锅炉给水
25、对象的动态特性在不同负荷时是不一样的，因此在高、低负荷时要采用不同形式的系统。低负荷（一般指蒸汽流量低于额定值的30%）时，机组处于滑压运行过程，参数较低，负荷变化范围小，虚假水位不太严重，因此可以考虑采用单冲量控制系统，即仅取水位一个反馈信号构成单回路控制系统。因此，随负荷的变化出现两种系统的切换问题，而且必须保证这种切换应是双向无扰的。（4）在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰，高、低负荷需用不同的调节阀门，必须解决切换问题。在低负荷时采用改变阀门开度来保持泵的出口压力，高负荷时用改变调速泵的转速保持水位，这又产生了阀门与调速泵间的过渡切换问题。 （5）给水全程
26、控制还必须适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。12 给水全程控制系统构成2.1串级控制系统论述2.1.1串级控制系统概述 与简单控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一个内回路，收到了明显的控制效果。串级控制系统具有以下几方面的特点：1、串级控制系统具有很强的克服内扰的能力。我们可以把串级控制系统用方框图表示成一般的形式。系统的开环放大系数越大，稳态误差越小，克服干扰的能力也就越强，副调节器的放大倍数整定得越大，这个优点越显著。2、串级控制系统可以减小副回路的时间常数，改善动态特性，提高系统的工作频率。在外扰的作用下，由于副回路减小了对象的时间常数，使整个系统的工
27、作频率得以提高，因此仍能改善整个系统过渡过程的品质。3、串级控制系统具有一定的自适应能力：串级控制系统主回路是一个定值系统，其副回路是一个随动系统，它的定值是主调节器的输出，是一个变化量，主调节器按照被控对象的特性和扰动变化的情况，不断的纠正着副调节器的给定值，副调节器使系统时间常数缩短，能很快克服扰，改善动态特性，这就是一种自适应能力。而采用单回路控制系统就没有这种随动控制的作用。为充分发挥串级控制系统的上述优点，在设计控制系统时，还应当合理选择主副回路及主副调节器的规律。2.1.2串级控制系统的设计为了充分发挥串级控制系统的优点，在设计实施控制系统时，还应当合理设计主、副回路及选择主、副调
28、节器的控制规律。1、主、副回路的设计原则（1）副参数的选择应使副回路的时间常数小，控制通道短，反应灵敏。通常串级控制系统是被用来克服对象的容积迟延和惯性。因此，在设计串级控制系统时，应设法找到一个反应灵敏的副参数，使得干扰在影响主参数之前就得到克服，副回路的这种超前控制作用，必然使控制质量有很大提高。（2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰。串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力，为发挥这一特殊作用，在系统设计时，副参数的选择应使得副回路尽可能多地包括一些扰动但这将与要求副回路控制通道短，反应快相矛盾，应在设计中加以协调。在具体情况下，副回路的范围应当多大，决定于整个对象的容积分布情
29、况以及各种扰动影响的大小副回路的范围也不是愈大愈好。太大了，副回路本身的控制性能就差，同时还可能使主回路的控制性能恶化。一般应使副回路的频率比主回路的频率高得多，当副回路的时间常数加在一起超过了主回路时，采用串级控制就没有什么效果。（3）主副回路工作频率应适当匹配。由于串级系统中主、副回路是两个相互独立又密切相关的回路。如果在某种干扰作用下，主参数的变化进入副回路时，会引起副回路中副参数振幅增加，而副参数的变化传到主回路后，又迫使主参数变化幅度增加，如此循环往复，就会使主、副参数长时间大幅度地波动，这就是所谓串级系统的“共振现象”。一旦发生了共振，系统就失去控制，不仅使控制品质恶化，如不及时处
30、理，甚至可能导致生产事故，引起严重后果。为确保串级系统不受共振现象的威胁，一般取 Tdl =（310）Td2 式中： Tdl 为主回路的振荡周期；Td2为副回路的振荡周期。要满足上式，除了在副回路的设计中加以考虑之外，还与主、副调节器的整定参数有关。2、主、副调节器的选型串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，对于它们的选型即控制规律的选择也有不同考虑。（1）副调节器的选型副调节器的任务是要决速动作以迅速消除进入副回路内的扰动，而且副参数并不要求无差，所以一般都选 P 调节器也可采用 PD调节器，但这增加了系统的复杂性。在一般情况下，采用 P 调节器就足够了，如果主、副回路频率相差很大，
31、也可考虑采用 PI 调节器。（2）主调节器的选型主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求。凡是需采用串级控制的生产过程，对控制品质的要求总是很高的，不允许被调量存在静差。因此主调节器必须具有积分作用，一般采用PI调节器，如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时有主要扰动落在副回路以外的话就可以考虑采用 PID调节器。9 2.2串级三冲量控制系统论述 2.2.1单级三冲量控制系统根据汽包锅炉给水控制对象动态特性的特点我们可以提出确定给水控制系统结构的一些基本思想：（1）由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性，所以给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统，则控制过程中水位将出现较大的动态偏
32、差，给水流量波动较大。因此，对给水内扰动态特性迟延和惯性大的锅炉应考虑采用串级或其他控制方案。 过热器 D WwPKzDPPIP图2.2.1-1单级三冲量给水控制系统图（2）由于对象在蒸汽负荷扰动（外扰）时，有虚假水位现象。因此给水控制若采用以水位为被调量的单回路系统，则在扰动的初始阶段，调节器将使给水流量向与负荷变化方向相反的方向变化，从而扩大了锅炉进、出流量的不平衡。所以在设计给水控制系统时，应考虑采用以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的控制品质。总之，由干电厂锅炉水位控制对象的特点，决定了采用单回路反馈控制系统不能满足生产对控制品质的要求，所以电站汽包锅炉的给水自动控制
33、普遍采用三冲量给水自动控制系统方案，如图2.2.1-1所示。单级三冲量给水控制系统的系统结构和工作原理。图2.2.1-1为常用的单级三冲量给水控制系统图。给水调节器接受汽包水位 H 、蒸汽流量 D 和给水流量 W三个信号（所以称三冲量控制系统）。其输出信号去控制给水流量，其中汽包水位是被调量，所以水位信号称为主信号。为了改善控制品质系统中引入了蒸汽流量的前馈控制和给水流量的反馈控制，这样组成的三冲量给水控制系统是一个前馈一反馈控制系统。当蒸汽流量增加时调节器立即动作，相应地增加给水流量，能有效地克服或减小虚假水位所引起的调节器误动作。因为调节器输出的控制信号与蒸汽流量信号的变化方向相同，所以调
34、节器入口处，主蒸汽流量信号VD为正极性的。当给水流量发生自发性扰动时（例如给水压力波动引起给水流量的波动），调节器也能立即动作，控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号，其主要作用是映速消除来自给水侧的内部扰动，因此在调节器入口处给水流量信号 Vw 为负极性的。当汽包水位 H 增加时，为了维持水位，调节器的正确操作应使给水流量减小，反之亦然，即调节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反，因此调节器入口处水位信号 VH 应定义为负极性。但由于汽包锅炉的水位测量装置平衡容器本身已具有反号的静特性所以进入调节器的水位变送器信号VH应为正极
35、性，如图2.2.1-1所示。由图2.2.1-1可以看出，在单极三冲量给水控制系统中水位、蒸汽流量和给水流量对应的三个信号VH、VD、VW、都送到 PI调节VH器静态时，这三个输入信号与代表水位给定值的信号V0相平衡，即 VD VW+ VH = V0 或 V0 VH = VDVW如果在静态时使送入调节器的蒸汽流量信号VD与给定水流量信号VW相等，则水位信号 VH就等于给定值信号V0，即汽包中的水位将稳定在某一给定值。如果在静态时VD 不等于VW，则汽包中的水位稳定值将不等于给定值（即 VH不等于V0）。一般情况下选择静态时 VD等于VW，因而使控制过程结束后汽包水位保持给定的数值。 2.2.2串
36、级三冲量控制系统对于给水控制通道迟延和惯性较大的锅炉采用串级控制系统将具有较好的控制质量，调试整定也比较方便，因此，在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统。1、系统结构和工作原理串级三冲量给水控制系统如图所示。串级三冲量给水控制系统：其给水控制的任务由两个调节器来完成，主调节器PI采用比例积分控制规律，以保证水位无静态偏差。主调节器的输出信号和给水流量、蒸汽流量信号的都作用到副调节器PI2。一般串级控制系统的副调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。串级系统主、副调节器的任务不同，副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量
37、，以保证给水流量和蒸汽流量的平衡；主调节器的任务是校正水位偏差。这样，当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器PI1来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配比”来进行整定。恰恰相反，在这里可以根据对象在外扰下“虚假水位”的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动下的水位品质。可见，串级三冲量系统比单级三冲量系统的工作更合理，控制品质要好一些。2、串级三冲量给水系统的分析和整定下图是串级三冲量给水系统的方框图。这个系统也是由两个闭合回路的前馈部分组成的。系统组成如下：1、由给水流量W、给水流量变送器W 、给水流量反馈装置W 、副调节器PI2、执行器KZ和
38、调节阀K组成副回路。2、由被控对象W01（S）水位测量变送器H、主调节器PI1和副回路组成主回路。3、由蒸汽流量信号D，以及蒸汽流量测量变送器D及蒸汽流量前馈控制部分。（1）副回路的分析和整定根据串级控制系统的分析整定方法，应将副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。用试探的方法选择副调节器的比例带2，以保证内回路不振荡为原则，在试探时，给水流量反馈装置的传递函数W可任意设置一个数值，得到满意的2值，如果W以后有必要改变，则相应地改变2值，使w/2保持试探时的值，以保证内回路的稳定性。（2）主回路的分析整定在主回路中，如果把副回路近似看作
39、比例环节，则主回路的等效方框图如X下图所示。这时，主回路等效为一个单回路控制系统。如果给水流量W作为被控对象的输入信号水位变送单元的输出VH为输出，则可把PI1调节器与副回路两者看作为等效主调节器，它的传递函数为：WT1*（S）= （1+ ） 可见，等效主调节器仍然是比例积分调节器，但等效比例带为：1*=1ww式中1 主调节器PI1的比例带。等效主调节器的积分时间Ti1*就是P11调节器的积分时间Ti1。主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过实验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线，并由曲线上求得 和再按响应曲线整定法中给出的公式计算等效主调节器的整定参数为：1*=1.1则PI1调节器的参
40、数为：1= =1.1 Ti1=Ti*=3.3通过对串级三冲量给水控制系统反馈回路的分析，可以看出它与单级三冲量给水控制系统的不同点：串级系统主、副回路的工作可以认为基本上是各自独立的。给水流量W、给水流量反馈装置的传递系数w虽然也同时对主、副回路的工作产生影响，但他们在系统中的作用却比在单级系统中小的多。在单级三冲量控制系统中，主回路的等效调节器比例带*=ww，可以通过改变w来调整*，但w的选择还必须同时兼顾内回路的稳定性。串级三冲量系统中等效主调节器的比例带1*=1ww，可以改变PI1调节器的比例带1*来调整。因此，调整1*时并不会影响到副回路的工作稳定性，从而做到主副回路互不影响，即回路的
41、稳定性由改变w来保证，主回路的稳定性又改变1来保证。（3）蒸汽流量前馈装置的传递函数D的选择在串级三冲量给水控制系统中，水位偏差完全由主调节器来校正，使静态水位值总是等于给定值。因此，就不要求送到副调节器的蒸汽流量信号VD等于给水流量信号VW ，所以前馈装置的传递函数D 选择将不受静态特性无差条件的限制。而可根据锅炉“虚假水位”的严重程度来确定，从而改善负荷扰动时控制过程质量。一般使蒸汽流量信号大于给水流量信号，即DD=Kww K1如果给水流量变送器和蒸汽流量变送器的斜率相等，则 D=Kw由于在负荷扰动时，水位的最大偏差（第一个波幅）往往出现在扰动发生后不久（虚假水位现象造成的），这个水位最大
42、偏差的数值决定扰动的大小、扰动的速度和锅炉的特性，蒸汽流量信号加强后的控制作用对水位的最大偏差的减小起不了多大的作用。加强蒸汽流量信号的作用在于减少控制过程中第一个波幅以后的水位波动幅度和缩短控制过程的时间，因此蒸汽流量信号也不需过分加强（一般可取K=2）。12.3给水全程控制系统2.3.1在给水全程控制中测量信号的自动校正1、锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响，为了实现全程控制，必须要求这些测量信号能自动地进行压力、温度校正。测量信号校正的基本方法是：先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型，然后利用各种元件构成
43、运算电路进行运算，便可实现自动校正。按参数变化范围和要求的校正精度不同，可建立不同的数学模型，因而可设计出不同的自动校正方案。（1）水位信号的压力校正由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化，所以影响水位测量的准确性。通常可以采用以下两种压力校正的方法。一种为采用电气校正回路进行校正。另外一种为采用具有双室平衡容器的水位取样装置进行水位校正。（2）过热蒸汽流量信号的压力、温度校正过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴，这种喷嘴基本上是按定压运行额定工况参数设计，在该参数下运行时，测量精度是较高的。但在全程控制时，运行工况不能基本固定。当被测过热蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大，这就
44、会给流量测量造成误差，所以进行压力和温度的校正，可以按一定的公式进行校正。（3）给水流量信号的温度校正计算和试验结果表明：当给水温度为100不变，压力在0.19619.6MPa范围内变化时，给水流量的测量误差为0.47%；若给水压力为19.6 MPa 不变，给水温度在100290范围内变化时，给水流量的测量误差为13%。所以对给水流量信号可以只采用温度校正。若给水温度变化不大，则不必对给水流量信号进行校正。2.3.2在给水全程控制中变速给水泵的安全工作区现代大型单元机组的给水流量控制很少采用阀门节流的方式，而多通过控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制。因而在给水全程控制系统中不仅要满足给水
45、量控制的要求，同时还要保证给水泵工作在安全工作区内。 变速给水泵的安全工作区可在泵的流量压力特性曲线上表示出来，变速泵的安全工作区由六条曲线围成：泵的最高转速曲线 和最低转速曲线；泵的上限特性曲线和下限特性曲线；泵出口最高压力和最低压力曲线。若泵的工作点在上限特性之外，则给水流量太小，将使泵的冷却水量不够而引起泵的汽蚀，甚至振动；若泵工作在下限特性以外，则泵的流量太大，将使泵的工作效率降低。此外，变速泵的运行还必须满足锅炉安全运行的要最低给水压力 。此外，变速泵的运行还必须满足锅炉安全运行的要求，即泵出口压力（给水压力）不得高于锅炉正常运行的最高给水压力且不得低于最低给水压力 。因此，采用变速泵的给水全程控制系统，在控制给水流量过程中，必须保证泵的工作点落在安全区域内。在锅炉启动、停
