汽包锅炉给水控制系统
汽包锅炉给水全程控制系统各阶段仿真研究
图 ２ 起 动 阶段 仿 真
３ １ 控 制 原 理 及 仿 真 ．
机 组低 负 荷 阶段 （ ５ ～４ 负 荷 ） 给水 阀 全 ２ ０ 主
图 ２中伺服放 大 器相 当于 一个 Ｐ调节 器 ， 阶段 此
开 ， 过改 变 电动 泵 转 速 来 调节 汽 包 水 位 。 电动 泵 通 通
ｓ—— 拉普 拉斯 算子 ；
ｅ—— 被控 对象 的飞升 速度 ； ｒ —— 被 控对 象 的容 积迟延 。
给水调 节 。在机组 起动 阶段 由给水 旁路 调节 阀控制 汽
包 水位 。
蒸 汽扰 动 时汽包 水位 变化特 性 也是 由一 个积 分 环 节 和 一个惯 性环 节叠 加而 成 ， 传递 函数 为 ： 其
制 系统 之一 ， 其控 制 品质 直 接影 响 电厂 机 组运 行 的经
济性和 安全 性 。 目前 ， 数 电 厂 的汽 包 锅 炉 给水 全 程 多 控 制系统 在机 组起 动和 低负 荷 阶段 ， 自动投 入 率较 低 ，
其 原 因之一是 被 控 对 象可 控 性 较 差 ， 是 控 制方 案 存 二 在缺 陷 。本 文根 据文献 ｒ ］ 出的控制 方案 ， 别对 汽 １提 分 包 锅 炉给水 控制 系统 的启 动 、 负荷 和 高 负荷 各 阶段 低 控制进 行 了全 面细致 的仿 真研究 。 给水 扰动 时汽包 水位 变 化特 性是 由一个 积 分环 节 和一
给 仿 参 控 ［ 关 键 词］ 汽 包锅 炉 ； 水 ； 真 ； 数 整定 ； 制
３ ［ 中图分 类号］ ＴＫ ３２
［ 文献标 识码 ］ Ａ ［ 章 编 号 ］ １０ 文 ０ ２—３ ６ （ ０ ７ ０ ３ ４ ２ ０ ） ２—０ ６ ０ ６—０ ４
汽包锅炉串级三冲量给水全程控制系统设计
…
ｒ
ｓ
ｆ Ｉ （ Ｐ ｈ ） ； Ｇ一
－
㈤
￣ｐ
＿
一 （ １ － ２ ）
Ｃ
ｐ Ｄ 所 以上式可以写为 ｈ： Ｚ —（ Ｊ＿ ＿
Ｇ（ ） Ｓ（ ２ ）蒸 汽流量扰动下水位 的动态性
按照上式可以设计出水位压力 自 动校正线路。 ②过热蒸汽流量信 号压力 、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
时， 锅炉吸收更多的热量 ， 蒸发强度增 加。 如果汽机的进 汽量不加调节 ，
我厂全程给水控制采用两 台给水泵控制 ， 在一台给水泵故障后 ， 机 组将Ｒ Ｂ ，这就为全程给水控制 系统提 出更高的要求 ， 我们应该充分考 虑一台给水泵停 运后对控制系统 的影响 。同时我厂采用循环流化床锅 炉 ，通过循 环灰 量、风煤配 比等手段来控制床温 ， 实现８ ５ ０～９ ５ ０ ℃左右
（ 二 ）串级三 冲量给水控 制系统参数校正 （ １ ） 测量信号的 自动校正 锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中， 蒸汽参数 和负荷在很大 的范 围内变化 ， 这就使水位 、 给水流量和蒸汽流量测量信 号的准确性受到影响 。 为 了实现全程 自动控制 ， 要求这些测量信号能够
包压力 Ｐ ｂ 的函数 ，即
—
水 位在给水扰动下 的传递 函数可表示为 ：
均为汽
旦 ： 三 一
： 兰
锅炉汽包水位控制系统
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。
锅炉的建模与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。
锅炉汽包水位髙度，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，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。
汽包水位三冲量给水调节系统
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。
3.1 汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。
维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
3.2 汽包水位被控对象的扰动有四个来源，包括给水量方面的扰动为内部扰动;其余的如蒸汽负荷的扰动、燃料量的变化及汽包压力的变化等为外部扰动。
锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)
过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2011年1月5号附录：仪表配接图 (20)锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1 自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。
2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。
它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。
电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。
2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。
提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。
蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。
通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。
过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。
如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。
在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。
⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。
⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。
2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。
火力发电厂汽包锅炉给水自动控制
科 技 圈向导
２ １ 年第 １ 期 ０１ ４
火 力发 电厂汽包锅 炉给水 自动控制
（． 津大 港Biblioteka 发 电厂 １天 中国 天津许 明 明 祝 贺 强 ｚ ３ ０ ７ ； ． 拓 能 工 程 咨 询 公 司 山 东 ０ ２ ２ ２ 山东
济南
２０ １） ５ ０ ２
【 要】 摘 工业锅炉的汽 ＆， ＡＡ￣４ ｅ 的一个重要参数 ， Ｋ －ｅ ； － 维持汽 包水位是 保持 汽轮机和锅 炉安全运行的重要条件 ． 炉汽 包水位过 高会 锅 造成汽 包出 口蒸汽 中水分过 多， 使过 热器受热 面结垢 而导致过热 器烧 坏 ， 同时还会使 过热ｔ，ｌ ￣ 急剧 变化 ， ＂ Ｉｇ Ｊ 直接影响机 组运行的 经济性和安全
１１串级三 冲量给水控制 系统工作原理 ． 如 图 ４１ ． 所示 ． 串级三冲量给水控 制系统 由主调 节器 Ｐ１控 制器 Ｉｆ １和副 调节器 Ｐ２ 控制器 ２ 串联构 成。主调节器接受水位 信号 Ｈｆ ） Ｉ（ ） 为 主控 信号 ，其输 出去控制副调 节器 。副 调节器接受 主调节 器信号 Ｉ 外 ． 接 受 给 水 量 信 号 Ｉ 蒸 汽 流 量 信 号 Ｉ。 副 调 节 器 的 作 用 主 要 是 还 和 。 通过 内回路进行蒸汽流量 Ｄ和给水 流量 ｗ 的 比值调节 ．并快速 消除 水侧和汽侧的扰动 主调节器主要是通过 副词节器对 水位进行校正 ． 使水位保持在给定值 串级三冲量给水控制系统有 以下特点 ：①两个 调节器任务不 同 ， 参数整定相对独立 主调节器的任务是校正水位 ． 副调节器 的任务 是 迅速消除给水和蒸汽流量扰动 ． 保持给水和蒸 汽量平衡 给各整定 值 的整定带来很大的便利条件 。②在负荷变化时 ． 可根 据对象在 内外 扰 动下虚假水位 的严重程度 来适 当调 整给水流量 和蒸汽流量 的作用 强 度． 更好 的消除虚假水位 的影响 ． 改善 蒸汽负荷 扰动下水位 控制 的品 质 。 给 水 流 量 和 蒸 汽 流 量 的 作 用 强 度 之 间 是 相 互 独 立 的 ． 也 使 整 定 这
汽包锅炉给水水位自动控制系统的设计(毕业设计论文)
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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锅炉汽包水位的控制
摘要锅炉是电厂和化工厂里常见的生产设备，为了使锅炉能正常运行,必须维持锅炉的水位在一定的范围内，这就需要控制锅炉汽包的水位。
汽包水位很重要，水位过高会影响汽水分离的效果，使蒸汽带液,损坏汽轮机叶片；如果水位过低会损坏锅炉，甚至引起爆炸。
可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
本论文设计的是锅炉汽包水位控制系统，利用控制装置和被控对象组成了一个自动控制系统。
被调量是汽包水位，调节量是给谁量。
它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的挥发量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。
关键词：汽包水位虚假水位给水流量蒸汽流量目录摘要 (1)1 绪论 (3)1.1 锅炉 (3)1。
2 锅炉汽包水位控制系统的发展现状 (3)1。
3 汽包水位调节原理: (4)1.4 本设计的主要工作 (4)2 控制方案设计 (6)2.1 汽包水位的影响因素 (6)2.2 系统方框图 (6)3 硬件选型 (8)3。
1 水位PID控制系统 (8)3.2 PLC的选型 (8)3.3 PLC的I/O分配 (9)3.4 流程控制图 (10)3。
5 PLC程序 (11)4 PID参数整定 (16)4.1 运用试凑法选定PID参数 (16)4。
2 MATLAB仿真结果 (17)5 组态设计 (19)5。
1组态王对PLC的设备组态 (19)5。
2组态王定义数据变量 (19)5.3组态王界面 (19)总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1 绪论1.1 锅炉锅炉由汽锅和炉子组成。
炉子是指燃烧设备,为化石烯料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。
汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。
锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。
生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。
汽包锅炉给水系统工艺流程
汽包锅炉给水系统工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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锅炉给水调节系统
锅炉给水调节系统汽包锅炉给水自动调节系统第一节给水调节任务与给水调节对象动态特性一、给水调节的任务汽包锅炉给水调节的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。
汽包水位反映了汽包锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数，保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器的正常工作，造成出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）而使过热器管壁结垢，容易导致过热器烧坏。
同时，汽包出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性。
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。
二、给水调节对象动态特性汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的气泡容积所决定的，因此凡是引起汽包中储水量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水调节的扰动。
（1）给水流量扰动。
这个扰动来自给水调节门的开度变化、省煤器可动喷嘴开关动作、给水压力变化、给水泵转速波动等引起锅炉给水量改变的一切因素。
（2）蒸汽负荷扰动。
这个扰动是指汽轮机负荷变化而引起的蒸汽流量的改变，它使水位发生变化。
（3）锅炉炉膛热负荷扰动。
这个扰动主要是由锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的，它影响锅炉的输出蒸汽流量和汽水容积中的气泡体积。
给水调节对象的动态特性是指由上述引起水位变化的扰动与汽包水位间的动态关系。
当给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征，也就是说，当给水流量改变后水位并不会立即变化。
给水流量增加，一方面使进入锅炉汽包的给水量增加；另一方面使温度较低的给水进入省煤器、汽包及水循环系统，吸收了原有饱和水中的一部分热量，致使水面下气泡体积减小。
当蒸汽流量扰动时，汽包水位将出现“虚假水位” 现象。
原因是在蒸汽负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降）。
第二章+锅炉自动控制系统
串级三冲量给水控制系统图
燃烧率阶跃扰动下的水位响应曲线
在燃烧率Q阶跃变化时，水位的响应曲线如图2-8所示。水位变化的动态特 性用下列传递函数表示：
GHQ ( s)
——为迟延时间（s）。
H (s) K [ ]e s Q( s ) (1 Ts)2 s
上式与蒸汽流量的扰动影响下的传递函数相类似，但增加了一个纯迟延环节。
(4) 根据运行中汽包“虚假水位”现象的 情况。设定蒸汽流量信号强度系数 D 。如“虚假水位”现象严重，可适当加强蒸 汽流量信号，例如可使蒸汽流量信号强度为 给水流量信号强度的1～3倍。但若因此需要 减小给水流量信号强度，则需要重新修正主、 副调节器的整定参数。 (5) 进行机组负荷扰动试验，要求同单级三 冲量系统。
1） 串级三冲量给水控制系统的组成为： (1) 给水流量W、给水流量变送器 rw 和给水流量反馈装置 aw 、副调节器PI2、 执行机构 K Z 、调节阀 K 组成的内回路（或称副回路）。
(2) 由水位控制对象 W01 s 、水位变送器 rH 、主调节器PI1和内回路组成 的外回路（或称主回路）。 (3) 由蒸汽流量信号D及蒸汽流量测量装置 rD 、蒸汽流量前馈装置
本章主要学习模拟量控制系统中锅炉部分的各主要子控制系统：给水控制系统、气 温控制系统和燃烧控制系统。
一、 模拟量闭环控制系统（MCS）
主要包括以下子系统： 1．锅炉给水控制系统 锅炉给水控制系统是调节锅炉的给水量以适应机组负荷（蒸汽量）的变化， 保持汽包水位稳定（对于汽包锅炉）或保持在不同锅炉负荷下的最佳燃水 比（对于直流锅炉） 2．汽温控制系统 汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。它包括主蒸汽温度控制和 再热蒸汽温度控制 （过热气温调节：喷减温水；再热气温调节：烟气挡板位置）
汽包锅炉水位的自动控制。
1选题背景影响水位的因素主要有锅炉蒸发量、给水量、炉膛热负荷及汽包压力，除此之外，还有给水压力、汽轮机调节汽门开度、二次风分配等。
汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。
保证水位控制在给定的范围内，对提高蒸汽品质、减少设备损耗、运行损耗和确保整个网络安全运行都具有重要意义。
因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，需要有一整套较好的控制方案，来实现汽包锅炉水位的自动控制。
2方案论证实现给水全程控制可以采用改变调节门开度，即改变给水管路阻力的方法来改变给水量，也可以采用改变给水泵转速，即改变给水压力的方法来改变给水量。
前一种方法节流损失大，给水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组的大型锅炉中都采用改变给水泵转速来实现给水控制，在给水控制系统中不仅要满足给水量调节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全工作区内。
这就需要有两套给水控制系统来完成，即单冲量给水控制系统和三冲量给水控制系统。
该系统具有以下特点：两个调节器任务不同，参数整定相对独立。
副调节器的任务是当给水扰动时，迅速动作使给水量保持不变；当蒸汽量扰动时，副调节器迅速改变给水量，保持给水和蒸汽量平衡。
主调节器的作用是校正水位，这比单级三冲量给水控制系统的工作更为合理，故串级系统的调解质量比单级系统要好一些。
在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器来维持的，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“静态对比”来进行整定。
恰巧相反，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，以便在负荷变化时，使蒸汽流量信号能更好地补偿虚假水位的影响，从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
对于虚假水位现象较严重的被控对象，这一点就显得更有意义。
当给水流量信号和蒸汽流量信号两个信号中由于变送器故障而失去一个信号，或变送器特性发生变化，和平衡关系失去时，主调节器由于积分作用可补偿失去平衡的电流，使系统暂时维持工作；而单级系统当，或因产生故障而失去时，则无法控制水位在额定值，因此，串级系统的安全性较好。
汽包锅炉给水热力系统图
（一）前馈引入 反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调
节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。
可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的 影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控 制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按 扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就 直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。 称为 “前馈控制”或“扰动补偿”
Z
WDZ(s) +Y
1、引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变
WF(s)
X
WT(s)
-
+ W(s)
复合控制系统原理方框图
未加反馈作用时完全补偿条件为：
Z
WDZ(s) +Y
WF
s
WDZ s W s
加上反馈后有：
Y
s
1
WT
WT
sW s sW s
X
s
WF sW
1 WT
s WDZ sW s
WDZ
s WT
s W
sK
0
所以,前馈控制器控制规律为：
WT
s
WDZ KW
s s
负号表示控制作用的方向与干 扰作用相反。
K是变送器系数，可作为已知。若W(S)和WDZ(S)可以准确测 出，且其比值满足已知控制器方程表达式。则不论干扰信号是怎 样的形式，前馈控制都能起到完全补偿的作用，从而使被调量因 干扰而引起的动态和稳态偏差均为零。
2、蒸汽流量D扰动下汽包水位变化的动态特性
在蒸汽流量D产生阶跃 D
扰动下，汽包水位 H 变化的
锅炉汽包水位控制系统的设计讲解
过程控制系统实验报告专业 xxxxxx班级 xxxxxxxxx学生姓名 xxxxxx学号 xxxxxxxx锅炉汽包水位控制系统设计一、控制要求设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。
二、完成的主要任务1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能指标8.总结实验课程设计的经验和收获过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 -1.1概述............................................ - 3 -1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 -1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 -............... - 5 -2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 -2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 -2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 -2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 -2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 -2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 -2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 -2.4.2执行器的选择........................................... - 8 -2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。
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? w ? ? s ? f2 ( pb )
H ? f1 ( pb )L ? ? p f2 ( pb )
图18 密度与汽包压力关系
由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为 B mm ，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为
h? H ? B? a
a为修正值
P1——变动工况下级组前的蒸汽压力， MPa ； T1——变动工况下级组前的蒸汽温度， K；
P2——变动工况下级组后的蒸汽压力， MPa 。
（2）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有
一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状 态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不 可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真 空的机组，这时
图19 差压汽包水位测量原理图
2. 给水流量测量
每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主 给水管道．上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。
W ? k ? p?
只考虑温度 修正
W ? k ? (t, p) ? ? p ?0
3. 蒸汽流量测量
弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。
三个主要扰动因素： 给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动
1、给水流量扰动下水位的动态特性
W
?
ΔW
W
s
+H
0
t
1 2
H
??
－
1 ? ?s
α
0
A ΔH
ετ
t
3
Bτ
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
G HW
(s) ?
H (s) W (s)
?
?
s
?
?? 1 ? ?s
?
? s(1 ? ?s)
2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
三、组合方式
? 300MW及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方 式相组合的方式调节给水量。
? 在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差 压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀） 来调节给水流量，进而控制汽包水位；
? 在负荷超过某一值（对应的给水流量需求接近调节阀的最 大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水 泵来调节给水流量，进而控制汽包水位；
适应冷态启动和热态启动情况。
二、信号测量校正
? 1. 汽包水位测量
图17 单室平衡容器水位测量示意图 平衡容器输出差压Δp 为
? p ? p? ? p? ? ? a L ? ? wH ? ?s (L ? H ) ? (?a ? ?s )L ? (? w ? ? s )H
H ? (? a ? ? s )L ? ? p (? w ? ? s )
（1）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅 中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则
D ?
D0
p12 ?
p
2 01
?
p
2 2
p
2 02
?
T01 T1
式中D0——参考工况下级组内的蒸汽流量， kg／h； p01——参考工况下级组前的蒸汽压力， MPa ； T 01——参考工况下级组前的蒸汽温度， K； P02——参考工况下级组后的蒸汽压力， MPa ； D——变动工况下级组内的蒸汽流量， kg／h；
变速泵
高压加热器
图11－9 水泵变速调节系统示意图
M
n min A
泵特性曲线
W
W min
W
Wmax
图11-10水泵变速调节原理
调速泵有：
（1）电动调速泵，原动机是定速电动机，电 动机与水泵之间的轴联接采用液力联轴器， 改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵 转速的改变。
（2）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小 汽轮机的进汽流量实现给水泵转速的改变。 小汽轮机转速由独立的MEH控制。
D ?
p1 ?
T01
D0 p01
T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D ? D0
T01 T1
?
p1 p01
? D0
273 ? t01 ? p1 273 ? t1 p01
D——主蒸汽流量，t／h； D0——额定工况下的主蒸汽流量，为985t／h； p1——调速级压力； p01——额定工况下的调速级压力， 13．16MPa ； t1——调速级温度，℃； t01——额定工况下的调速级温度, 540．6℃；
过热蒸汽 H
汽包
过热器
μ V=5％
管路性能曲线
A
n=c M μV
μ V=100% B
给水
调节器 省 煤 器
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
泵特性曲线
WB
W
W WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式
过热蒸汽
汽包
过热器 H n max
管路性能曲线 B
调节器
省 煤 器
给水
D
K2
ΔD
D
1 ? T2 s
+H
0
t
?
_
Hsຫໍສະໝຸດ H20 tH H1
图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
GHD (s) ?
H (s) D(s)
?
K2 1 ? T2 s
?
?
s
3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性
B
D 0 H
ΔB t
H 0
t
图11－6 燃料量扰动下的水位特性
第二节 给水流量调节方式
一、节流调节方式
以上关系式确定的首要前提是：汽机通流部分
的结构特征保持不变。当汽机通流部分由于叶片 表面结垢、破损、变形或动静部分间隙发生变化 而导致汽道面积改变时，应用上述公式计算所得 的数值中会附带有相应的误差。所以要以汽机运 行及其性能试验中实测的数据为准。
＋ －
αD Gc2(s)
γD KZ
D
GHD(s)
W
H
Kμ
G HW (s)
αW
γW
γH 图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
? D? D ? ? W ?W
第四节 给水全程控制
一、对给水全程控制系统的要求 （1）对测量信号进行压力、温度校正。 （2）保证给水泵工作在安全工作区内。 （3）保证控制系统切换应是双向无扰的。 （4）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。 （5）适应机组定压运行和滑压运行工况，必须
? 在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动 给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或 汽动给水泵故障时使用。
第三节 给水控制基本方案
一 、单冲量给水控制系统
汽包水位 水位给定值
△ PID
调节机构 图11－11 单冲量给水控制系统
二. 串级三冲量给水控制系统
HS＋ －
＋
Gc1(s)
汽包锅炉给水控制系统
第一节 概述
一、给水控制任务
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，同时保持稳定的给水流量。
汽包水位反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平 衡关系。
二、对象特性
汽包
省 煤 器 给水
给水调节阀
过热器
过热蒸汽
水 循 环 管 路
图11－1 给水调节对象结构示意图