锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。在锅炉控制中，主要冲量是水位。辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入
目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统
单冲量水位调节系统的原理如图1所示。由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略
从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。
为了克服由于蒸汽负荷量波动造成“假液位”的现象，我们把蒸汽流量的信号引
入汽包水位调节系统，这样就构成了双冲量调节系统。
②双冲量水位调节系统
双冲量水位调节系统的原理如图3所示。双冲量液位调节系统是在单冲量液位调节的基础上，引入了蒸汽流量作为前馈信号来消除“假液位”对调节的不良影响，它是采用互补原理对“假液位”现象进行控制的。当出口蒸汽流量突然增大时，它将使液位上升(假液位)，这时调节系统根据变化量大小，使给水量也增大一个数值。当给水量突然增大时，将使汽包液位下降(假液位)。这样，经过叠加作用，将使汽包液位基本维持不变，从而达到克服假液位的目的。缩短了过渡过程的时间，改善了调节系统的静态特性。这是一个前馈-反馈的调节系统。它能在给水压力比较平稳时，克服只是由于负荷频繁变化的工况下较好地完成液位控制任务。(此调节系统比较适合用于30t/h以下的锅炉)。
图3 双冲量水位调节原理图4 双冲量水位调节系统控制策略
从图4可以看出：双冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器、差压式流量计(孔板或喷嘴+差压变送器+流量积算仪)或涡街流量计、数学运算器(加法器)、调节阀(或变频器)构成。
但当给水量频繁扰动时，控制系统却不能及时反映给水侧的扰动，存在一定滞后。若给水母管压力经常有波动，给水调节阀前后压差无法保持正常，给水调节对象却没有自平衡能力。此时的双冲量调节系统还是无法满足汽包液位的正常调节。
为了克服由于给水压力扰动的现象，我们将给水流量的信号也引入汽包液位调节系统，这样就构成了三冲量调节系统。
③三冲量水位调节系统
三冲量水位调节系统是在单冲量调节系统和双冲量调节系统的基础上又引入了给水流量信号。此时的调节系统利用汽包水位、蒸汽流量、给水流量三个参数进行液位调节。蒸汽流量作为前馈信号；汽包水位为主参数，给水流量为副参数构成串级回路。它是一个前馈-串级调节系统。这种调节系统宜用于大型锅炉，因为锅炉容量越大，汽包的相对容水量越小，允许波动的蓄水量就更小。如果给水中断，可能在很短的时间内就会发生危险；这样就对汽包水位控制提出更高的要求。锅炉液位三冲量控制系统的组成形式较多，现分析如下。
2、三冲量调节系统的两种控制方案
①方案1(如图5所示)
图5 三冲量水位调节控制策略一
用加减器位于调节器之前的方案，该方案实质上是前馈(蒸汽流量)加反馈控制系统，但被调参数为几个参数的综合量。此控制方案是把PI调节器放在加减器的后面，因而三个参数都能得到PI调节规律的调节，但由于他们的动态特性各不相同，所以调节器的参数不易整定；同时由于调节器的测量是三个参数运算过后的数值，因此就不能保证汽包水位稳定在给定值上，因此这种控制策略不可行，在此仅作为讲解演示用。
②方案2(如图6所示)
图6 三冲量水位调节控制策略二
加减器和调节器构成了加减器位于调节器之后的方案，该方案与方案1相类似，仅是加法器位置从调节器前移至调节器后。该方案相当于前馈－串级控制系统，此控制方案是把PI调节器放在加减器的前面，好处是抓住了主要矛盾。汽包水位先经PI调节器调节，保证了汽包水位趋于
给定位置。系统稳定时，蒸汽流量信号和给水流量信号在加减器内相互平衡，能使系统趋于稳定。两种方案都是用蒸汽流量、汽包水位、给水流量三冲量控制给水调节阀。就两种三冲量控制方案相比较而言，图4方案优于图3方案。
3、三冲量的前馈-串级反馈控制系统
三冲量的前馈-串级反馈控制系统的原理如图7所示。
图7 三冲量水位调节控制策略三
在三冲量前馈-串级反馈调节系统中，主要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量。汽包液位为主变量，也是被控变量，它是反映锅炉汽包工作状态的主要工艺指标，也是保证锅炉安全工作的必要指标;蒸汽流量作为前馈信号引入，是为了克服蒸汽流量的波动对汽包液位的影响，并有效地克服由于假液位现象引起的控制系统误动作；给水流量为副变量，它引入目的是利用串
级控制系统中副回路克服干扰的快速性来及时的克服给水压力变化对汽包液位的影响。辅助冲量是为了提高控制品质而引入的。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级调节系统。这种控制策略是一种实用、可靠的优选策略，这种控制策略结合最佳PID参数整定，那您的水位控制效
中对该控制策略和参数整定方法做了详尽的介绍，要想成为汽包水位控制系统投自动的高手，不读这篇文章您会后悔。
根据串级控制系统选择主、副调节器正反作用的原则，水位调节器LC选反作用，流量调节器选为正作用；而给水调节阀的气开气关的选择，一般都是从安全角度考虑的。如果高压蒸汽供给蒸汽透平压缩机的重要负荷时，为保护这些设备应选用气开(F.C)阀为宜。如果蒸汽作为工艺生产中的热源时，为保护锅炉，应选用气关(F.O)阀为宜。综合起来考虑，一般选带保位装置(F.I)的给水阀，即事故状态下该阀停在原位，在具体应用中选电动阀作为给水阀。
当水位由于扰动升高时，因LC反作用，它的输出下降进入运算器后，使FC给定值下降而输出增加，调节阀开度减小，给水量减少，水位也下降，直至回到设定值上达到新的平衡。当蒸汽流量增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀开大，给水量增加，保持水、蒸汽平衡，使水位不变。副回路克服给水自身的扰动，更进一步地达到自动控制，稳定水位的目的。
由于汽包液位是锅炉装置关键仪表，针对目前现有的单台变送器测量无法保证仪表的可靠性，如变送器故障、检测元件的故障、取压管路的堵塞、信号电缆的传输故障等问题。因此我们将水位
导致三冲量控制系统失灵。从而提高控制的可靠性。保证了锅炉的安全运行。
总之，锅炉汽包水位控制方案有诸多种，因每台锅炉的特性及实际工况的不同而异，就此所介绍的是使用常规仪表对锅炉汽包水位进行自动控制的几个较为典型的方案。三冲量控制对单、双冲
领域的广泛应用，又为汽包水位自动控制系统开拓了更加广阔的天空。
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法2017/12/23 17:09:380人评论65974次浏览分类：技术方案文章地址：https://www.doczj.com/doc/0213880204.html,/tech/386.html
锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。
目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此昌晖数显仪表与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。
1、水位三冲量调节控制策略
汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。
汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。昌晖仪表在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。
1.1 反馈信号
汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。
5、关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“－”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“”号。 直流炉没有三冲量啊，没有汽包，在直流状态下给多少水就产生多少汽的，是通过中间点温度来调整锅炉燃水比的！ 单冲量三冲量切换条件：一般用给水流量来划分，小于200t/h（30%,我们300MW机组就是这样）时为单冲量，大于则为三冲量 为啥要到30％负荷时，电泵由单冲量切到三冲量啊？要防止汽包的虚假水位。在低负荷的时候，单冲量主要是给系统上水，在高负荷时，给水的任务就是维持汽包水位。
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。在锅炉控制中，主要冲量是水位。辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。 1、三冲量控制的引入 目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。 ①单冲量水位调节系统 单冲量水位调节系统的原理如图1所示。由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略 从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。 当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。 为了克服由于蒸汽负荷量波动造成“假液位”的现象，我们把蒸汽流量的信号引
xxxx大学 本科生课程设计论文 题目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真学生姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师： 时间：2013年12月8日
内蒙古科技大学课程设计任务书
目录 第一章汽包水位控制的概述.................................................................................................... - 1 - 1.1 锅炉汽包水位的动态特性........................................................................................... - 1 - 1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 ................................................................. - 1 - 1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响 ............................................................ - 2 - 第二章三冲量串级给水控制系统设计.................................................................................... - 4 - 2.1 单冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 4 - 2.2 双冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 5 - 2.3 三冲量汽包水位控制原理........................................................................................... - 5 - 2.3.1 三冲量控制方案之一........................................................................................ - 5 - 2.3.2三冲量控制方案之二......................................................................................... - 7 - 2.3.3三冲量控制方案之三......................................................................................... - 8 - 第三章汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计 ........................................................... - 10 - 3.1 控制系统模型图的绘制............................................................................................. - 10 - 3.1.1 Simulink模块的调用 ....................................................................................... - 10 - 3.1.2 PID子系统的建立以及封装 ........................................................................... - 10 - 3.2 PID控制器的参数整定 .............................................................................................. - 12 - 第四章总结.............................................................................................................................. - 15 - 参考文献.................................................................................................................................... - 16 -
摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。 1、水位三冲量调节控制策略 汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。 1.1?反馈信号 反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。 水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有： （1）执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。 （2）执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。
锅炉三冲量控制原理及调节过程。 令狐文艳 原理：冲量控制系统从结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。汽包液位LIA2104是主变量、给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的波动是引起汽包液位LIA2104变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC，使给水流量FA2101作相应的变化，所以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制的。 调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC 给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸汽平衡。 汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水
流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量， 使水位恢复到给定值； 蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作； 给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配
论锅炉汽包液位的三冲量调节 (新版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0843
论锅炉汽包液位的三冲量调节(新版) 介绍了锅炉汽包液位的控制方法,讨论了三冲量调节系统的原理和适用条件及其应用。 0引言 锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,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,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。 如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图1所示),
一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。 为此,图2采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a要关小给水阀,而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。 这就要用如图3所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即再加一个给水流量的冲量c,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。 1原理 根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有
锅炉三冲量控制原理及调节过程。 原理：冲量控制系统从结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。汽包液位LIA2104是主变量、给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的波动是引起汽包液位LIA2104变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC，使给水流量FA2101作相应的变化，所以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制的。 调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸汽平衡。 汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值； 蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作； 给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。 5、关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流
三冲量控制原理 根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。图1 中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。 图1 在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 为液位调节器的输出电流; I2 为蒸汽流量变送器的电流; I3 为给水流量变送器的电流; K1 、K2 、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。设计K2I2 = K3I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1将增大。由于进入加法器的两个信号相反,蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假液位输出电流I1, 所以, 假液位所带来的影响将局部或全部被克服。
待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0 减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。 图2 为三冲量液位调节方案图, 图3 为三冲量液位调节方框图。 图2 反作用就是偏差越大输出越小，正作用就是偏差越大输出越大 此时如果控制器选反作用，则控制器输出就变小，阀的开度变小，进水量变小 图3
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、
内蒙古科技大学 本科生课程设计论文 题目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真 学生姓名：xxxx 学号：xxxx 专业：xxxx 班级：xxxx 指导教师：李x 时间：2013年12月8日
目录 第一章汽包水位控制的概述................................ 错误!未定义书签。 锅炉汽包水位的动态特性.............................. 错误!未定义书签。 给水流量W对汽包水位H的影响.................... 错误!未定义书签。 汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响................. 错误!未定义书签。第二章三冲量串级给水控制系统设计........................ 错误!未定义书签。 单冲量水位控制系统的介绍............................ 错误!未定义书签。 双冲量水位控制系统的介绍............................ 错误!未定义书签。 三冲量汽包水位控制原理.............................. 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之一.............................. 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之二............................... 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之三............................... 错误!未定义书签。第三章汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计............... 错误!未定义书签。 控制系统模型图的绘制................................ 错误!未定义书签。 Simulink模块的调用 ............................. 错误!未定义书签。 PID子系统的建立以及封装 ........................ 错误!未定义书签。 PID控制器的参数整定 ................................ 错误!未定义书签。 第四章总结...................................... 错误!未定义书签。参考文献................................................. 错误!未定义书签。
冲量控制系统原理 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
锅炉三冲量控制原理及调节过程。 原理：冲量控制系统从结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。汽包液位LIA2104是主变量、给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的波动是引起汽包液位LIA2104变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC，使给水流量 FA2101作相应的变化，所以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制的。 调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸汽平衡。 汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值； 蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作； 给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
《过程控制》课程设计报告 题目: 锅炉汽包液位的三冲量调节 姓名: 学号: 姓名: 学号: 姓名: 学号: 2010年12月10日
《过程控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2010年12 月4 日
1 问题重述 锅炉汽包液位是锅炉运行中一个重要的监控参数，反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，要求汽包液位控制在一定范围内。锅炉汽水系统结构如图1 所示。 图1锅炉汽水系统 1—给水泵；2—给水母管；3—调节阀；4—省煤器 5—锅炉汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管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”。 单冲量控制系统的负荷一旦急剧变化就会出现虚假液位，因液位升高，调节器就会关小供水阀门而造成事故。双冲量控制系统，是在单冲量控制系统的基础上加上一个蒸汽冲量，以克服虚假液位。三冲量调节系统，它是在双冲量控制系统上再加上一个给水流量的冲量。由蒸汽流量、给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量控制系统，如下图所示。
三冲量控制系统框图 D W H a a a 、、分别为蒸汽流量变送器、给水流量变送器、差压变送器的转换系数。已知某供汽量为120t/h 的锅炉，给水流量与水位的传递函数1()G S ，蒸汽流量与水位的传递函数2()G S 分别为： 1()0.0529()()(8.51)H S G S ==W S S S + (1) 22() 2.6130.0747()()(6.71)H S G S D S S S ==-+ (2) D W H a a a 、、分别为：0.0667，0.0667及0.0333。调节阀采用线性阀，增益为15。 试用PID 、模糊PID 控制等方法实现对锅炉液位的控制。 要求： 1、超调小、调节时间短，对扰动的抑制效果好； 2、给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程； 3、给出MATLAB 下的仿真曲线。 4、给出硬件实现方案，包括控制器和检测回路芯片的具体型号。
本科毕业设计论文 题目电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计 专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间
毕业设计任务书 一．题目 电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计 二、指导思想和目的要求 通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。 要求在毕业设计中： 1.分析研究大中型火力发电厂锅炉汽包水位控制要求，特点及控制系 统设计方法，设计蒸汽锅炉汽包水位单级三冲量控制系统，其主要技术指标达到设计要求； 2.开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，进行水位控制系统分 析； 3.设计水位三冲量控制系统控制规律，进行参数整定； 4.进行数学仿真，验证设计； 三、主要技术指标 1. 锅炉汽包内径1.8 m,筒身长20m； 2，正常水位在汽包几何中心线下100mm50 ±mm 处； 给水流量W=0~450t/h，蒸汽流量D=0~500t/h； 3.在给水流量变化和蒸汽流量扰动下，锅炉汽包水位控制系统能稳定运行， ? 衰减系数；9.0 = .0 ~ 75 4.过程动态性能指标为： 1)水位波动最大偏差不超过80 ±mm； 2)水位恢复到15 2； ±mm范围内的时间不大于min 5．锅炉稳定运行时，汽包水位应在给定值的15 ±mm范围内变化。
1. 1-3周：收集查阅资料； 2. 4-6周：完成总体方案设计和建模； 3. 7-8周：完成系统分析和控制规律设计； 4. 9-11周：完成仿真验证及修改； 5. 12-13周：完成毕业设计论文. 五、主要参考书及参考资料 1 金以慧等《过程控制》，清华大学出版社，2002年； 2 张栾英，孙万云，《火电厂过程控制》，中国电力出版社，2004年； 3 于希宁，刘红军，《火电场自动控制理论》，中国电力出版社，2004年. 学生指导教师系主任
锅炉汽包水位控制系统设计 南华大学 过程控制仪表课程设计 设计题目锅炉汽包水位控制系统设计 学生姓名_________欧鹏___________ 专业班级_______自动化1201________ 学号________20124460140______ 指导老师__ ____刘冲______________ 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模及控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点
之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。 维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。 汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等，其精确
如何判断虚假水位 如何判断可以从他的产生原因上来找到。 虚假水位是指水位计指示水位与真实值不符的现象：它是主要是由于负荷的变化而引起的，一般当汽压升高时，过热蒸汽温度也要升高。这是由于汽压升高时，饱和温度随之升高，则从水变为蒸汽需要消耗更多的热量，在燃料不变的情况下，锅炉的蒸发量瞬间减少，既过热器所通过的蒸汽量减少，相对蒸汽的吸热量增大，导致过热蒸汽温度升高。 汽压变化对水位的影响：当汽压降低时，由于饱和温度的降低使部分炉水蒸发，引起炉水体积膨胀，故水位上升。反之,当汽压升高时，使炉水的部分蒸汽要凝结，引起炉水体积的收缩，故水位下降。如果汽压变化是由于负荷引起的，则上述的变化是暂时的现象，接着就要向相反的方向变化。还有一种情况是当出现汽水共沸时也会显示虚假水位 锅炉水水质问题也可以导致虚假水位，发泡或其它妨碍因素所致，导致显示液位大于实际液位。 再者锅炉水位计上部连通的是气相，下部连通的是液相；上下部连通管、管件的任何一个部位发生渗漏，均可导致出现假水位仪表是否准确也是一个可能导致的原因。 汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除 系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈
论锅炉汽包液位的三冲量调节 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制：___________________ 日期：___________________
论锅炉汽包液位的三冲量调节 温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、管理活动的正常、有序、优质进行。 本文档可根据实际情况进行修改和使用。 介绍了锅炉汽包液位的控制方法,讨论了三冲量调节系统的原理和适用条件及其应用。0 引言 锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,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,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。 如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图1 所示) ,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。 为此,图2 采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的