锅炉三冲量祥解

锅炉三冲量简介及组态一、实验装置硬件组成实验平台是个过程控制综合实验系统，系统由实验控制对象、实验控制台、和上位监控PC机三部分组成。

对象参数包括了液位、流量、压力、温度等热工参数，并可设置纯滞后环节。

控制设备配置了智能仪表与PLC两种形式，可以实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制。

1. 系统总貌：2.装置简述：装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。

供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。

3. 仪表显示控制箱：仪表控制箱左上方标有本套装置的具体型号，面板示意图如图1-3：图1-3 仪表控制箱面板图1.2.3.1无纸记录仪：本无纸记录仪表可以对现场变送器输出的变量电压值和阻值进行实时曲线和历史曲线的记录，当记录间隔为1S时，可连续记录36H的数据，当记录间隔为4min时可记录360天的数据。

它拥有128*64点阵式液晶显示屏、三通道万能输入和RS485通讯功能，是一款功能强大的无纸记录仪表。

4.智能调节仪：本套装置配备两只智能调节仪，可同时控制两个执行器作用于不同的对象系统，每套仪表均带有三种输入规格、一路4～20mA电流信号输出、测量/输出分屏显示、模糊PID算法控制及RS485通讯功能，是工业中最常见的仪表之一。

5.流量积算仪：与智能仪表不同的是流量积算仪不仅可以采集模拟量信号，而且可以将流量信号进行时间轴上的累积，并可进行相应的流量批量控制实验，这些都是工业现场常用的功能，此外流量积算仪还具有RS485通讯功能。

6.各种传感器、变送器和控制信号接口：本套对象系统共配置10件检测装置，它们接口按输出信号的不同，分类排列在面板上，以供仪表引用。

两套执行器的输入信号，位于检测信号的下面，它们主要由仪表控制输出连接用。

另外还有一路开关量控制离心泵自动运转开关，为仪表控制箱流量积算仪最下面位置的两排强电接线柱，由流量积算仪作批量控制时自动控制泵的开启。

7. 检测装置：1）扩散硅液位变送器：传感器为扩散硅压阻材料，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级，是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。

2）电容式液位变送器：传感器为电容式检测机构，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.25级，是高精度型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。

3）差压液位变送器：传感器为扩散硅压阻材料，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，它的一端通有大气，是一种表压检测机构的传感器，为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级，是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。

4）涡轮流量计：传感器为涡轮结构，是一种速度式检测仪表，本套装置中用于检测水流量大小，在小流量时拥有很高的精度，变送器为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度1.0级，是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。

5）电磁流量计：传感器为电磁法兰结构，利用法拉第电磁感应原理对导电介质水进行测量，变送器为交流220V供电、4～20mA变送输出、精度0.5级，是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。

6）孔板流量计：采用标准孔板环式，孔径比及相关详细参数见节流装置技术资料。

孔板两侧所产生的压力差由差压变送器进行测量。

7）电容式差压变送器：传感器为电容式检测机构，用于检测由于孔板节流而产生的压力差，为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级，。

8) PT100铂电阻温度传感器：本套装置中共有两只PT100铂电阻温度传感器，一只安装在孔板节流装置的下游管道中，用以检测流过节流装置的介质水的温度；另一只安装在复合加热水箱的顶盖上，用以检测加热系统介质水的温度。

9)Cu50铜电阻温度传感器：铜电阻温度传感器也安装在复合加热水箱的顶盖上，与安装在同样位置的PT100温度传感器进行对比实验用。

8. 执行器：1) 电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。

它具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为DC4～20mA，使用和校正非常方便。

二、几种锅炉汽包水位的控制方案1. 单冲量控制系统单冲量控制系统(冲量一词指的是变量,单冲量即汽包液位) 是采用汽包液位直接控制给水调节阀(如图4 所示) ,它是汽包液位自动控制中最简单最基本的一种形式,是典型的单回路定值控制系统。

特点：该系统结构简单投资少容易实现,用于小型低压锅炉。

因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定,汽包的相对容积大,用户对蒸汽的要求往往不十分严格,该控制系统若再配上一些报警联锁装置,也可以满足生产要求。

图4 单冲量控制系统方框图在停留时间较短,负荷变化较大时,就不能采用单冲量液位控制系统。

这是因为:(1) 负荷变化时产生的“虚假液位”将使调节器反向错位动作,负荷增大时反而关小给水调节阀,当闪急化平息下来时,会使水位严重下降,产生剧烈波动,调节的动态品质很差。

(2)负荷变化时,从负荷变化到水位下降再到调节阀动作,滞后时间太长,如果水位过程时间常数很小,偏差必然很显著。

(3) 给水系统扰动时,例如给水泵压力变化,进水量立即变化,而到水位产生偏差时才使调节阀动作,同样不够及时。

2. 双冲量控制系统在汽包的水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化,那么引入蒸汽流量来校正,不仅可以补偿“虚假液位”所引起的误动作,而且使给水调节阀的动作及时,这就构成了双冲量控制系统。

从本质上看,双冲量控制系统是一个前馈(蒸汽流量FTS) 加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。

图5 双冲量控制系统方框图双冲量控制系统有两个缺点:(1) 调节阀的工作特性不一定完全是线性,这样要做到静态补偿就比较困难;(2) 对于给水系统的扰动不能直接补偿。

为此将引入给水流量信号,构成三冲量控制系统。

3. 三冲量控制系统1）三冲量控制方案Ⅰ———前馈(蒸汽流量) 加反馈(液位,给水流量) 控制系统该系统可看作三冲量的综合信号作为被控变量的单回路控制系统,投运和整定与单回路控制系统一样,但是如果系统参数设置不能确保物料平衡,则负荷变化时,水位将有余差。

图6 三冲量控制方案Ⅰ方框图2)三冲量控制方案Ⅱ———蒸汽流量前馈给水流量串级控制系统方案Ⅱ与方案Ⅰ相类似,仅是加法器位置从调节器前移至调节器后。

该方案不管λS 与λW 如何设置,当负荷变化时,液位可以保持无差,以改善负荷扰动下的调节品质。

图7 三冲量控制方案Ⅱ方框图4.几种控制方案的比较1)单冲量液位控制是汽包液位自动控制中最简单最基本的一种形式,是典型的单回路定值控制系统,但它不能克服“虚假液位”的影响,而且没有给水流量信号的反馈,所以液位波动较大。

2)双冲量液位控制系统是在单冲量控制的基础上,引进蒸汽流量作为前馈信号。

该控制系统的特点是:引入的蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假液位”对调节品质的不良影响,而且引入的蒸汽流量的前馈信号,能改善调节系统的静特性,提高调节质量。

双冲量液位控制系统适用于小型低压而且给水压力较稳定的锅炉。

3)三冲量液位控制系统抗干扰能力强,适用于大中型中压锅炉。

三、MCGS组态软件MCGS是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

MCGS 5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

1 概述什么是MCGS组态软件MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。

组态（Configuration）为模块化任意组合。

通用组态软件主要特点有：（1）延续性和可扩充性。

当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用）。

通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程。

MCGS组态软件的系统构成1）MCGS组态软件的整体结构MCGS 软件系统：包括组态环境和运行环境组态环境：相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统；生成用户应用系统的工作环境运行环境：则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

用户应用系统的的运行环境。

MCGS组态软件的系统构成四、MCGS组态软件五大组成部分2 MCGS组态软件的工作方式1） MCGS的组态与动画效果：MCGS提供图库，并为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。

我们在组态环境中生成的画面都是静止的，图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。

2）如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。

MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。

所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。