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图4.6三冲量水位单回路控制系统方框图 Ho——给定值； H——水位输出信号；
fD——蒸汽扰动信号；fW——给水扰动信号
从系统组成方框图可以看出，三冲量水位控制系统有两个闭合回路：（1）是由给水流量W、给水分流器、调节器、调节阀组成的内回路；（2）由汽包水位对象和内回路构成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽分流器均在闭合回路之外，它的引入可以改善控制质量，但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。三冲量给水单级控制系统的特点是：控制系统所用的设备少，结构简单，给水流量调节动作平稳，整定方法易于掌握，一般情况下能满足锅炉生产控制的要求。但是，三冲量给水单级控制系统的静态特性不仅和调节器的动作规律有关，还取决于信号之间的静态配合关系，当aD不等于aW时，控制系统会有静差存在，为了克服这一缺点， 、
常采用三冲量串级控制系统。关于蒸汽流量分流系数aD的选择问题：蒸汽流量信号不在控制系统闭合回路之内，因此它的大小不影响控制系统的稳定性。蒸汽流量信号的大小原则上可以这样来确定，当蒸汽流量发生扰动时，就利用这个扰动信号作为控制信号，通过调整aD使水位变化很小或者基本不变。这样就要求：aWD(S)=DWw(S)aW aD=aW WD(S)Ww(S)
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式中
Ww(S)——给水流量扰动下汽包水位的传递函数；WD(S)——蒸汽流量扰动下汽包水位的传递函数；aD、aw——蒸汽流量和给水流量的分流系数。
4.3.3三冲量控制方案Ⅱ——蒸汽流量前馈--给水流量串级控制系统三冲量控制方案Ⅱ方案
三冲量给水串级控制系统如图4.7所示，它相当于前馈加串级的控制系统。主信号汽包水位H接入主调节器PI*，副调节器输入主调节器的输出信号以及前馈信号蒸汽流量D与反馈信号给水流量W。由于副调节器接三个信号，因此也存在信号间的配合问题。但是，系统的静态特性主要决定于主调节器，就不一定要求aD和aw非相等不可，aD可以根据“虚假水位”的具体情况来选定。 、
图4.7三冲量给水串级控制系统示意图 DBC——差压变送器；DJK——开方器； aD、aW ——分流器；
PI*——主调节器；PI——副调节器；CF——伺服放大器；SD——执行器 给水串级控制系统的特点是：汽包水位偏差△H可以由主调节器来校正。理论上讲，由于主调节器是PI*调节器，所以汽包水位H可实现无差调节。主调节器的整定参数是控制系统的主要整定参数，副调节器的整定参数则跟给水单级控制系统相同。
图4.8三冲量给水串级控制系统方框图
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Ho——给定值； H——水位输出信号； 、
fD——蒸汽扰动信号；fw——给水扰动信号；根据工艺安全性要求，为确保汽包在故障出现时不至于干锅，给水调节阀应采用反作用执机器，当输入信号增加时，阀门开度减小。控制原理为：当给水流量由于扰动而增加时，副调节器根据PID参数进行运算，应增大输出，使调节阀开度减少，克服干扰，所以副控制器应选择正作用方式。根据工艺指标，主调节器给出设定值，当变送器测量的汽包水位高于设定值时，主调节器根据PID参数进行运算，应减少输出使输入副调节器的给定信号减小，由于给水流量暂时未变，副调节器输出增大，调节阀随之减小开度，因此，给水流量减小，水位降低，接近设定值。反之亦然。故主调节器应选用“反作用”方式。主调节器的输出信号作为副调节器的给定值，蒸汽流量作为前馈信号输入，给水流量作为反馈信号。
4.3.4几种控制系统的比较几种控制系统的比较系统
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。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，当蒸汽流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量向同方向变化的信号，可以减小或抵消由于“虚假液位”引起的给水量与蒸汽量反方向变化的误动作，使调节阀从一开始就向正确的方向移动。因而大
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大减小了给水量与液位的波动，缩短调节的时间。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。当给水压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制；另外在大型锅炉的控制中，锅炉容量越大，压力越来越高，汽包的相对容水量就越小，允许波动的储水量就更少。为了把液位控制平稳，在双冲量液位调节的基础上引入了给水流量信号，由液位﹑蒸汽流量和给水流量就构成了三冲量液位控制系统，在这个系统里，汽包液位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量﹑给水流量是两个辅助冲量信号。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。三冲量控制方案Ⅰ：方案Ⅰ宜作为一般锅炉液位的控制方案，其特点是使用的设备少，调节机构动作比较平稳，但不易实现给水流量系数和蒸汽流量系数的配合。三冲量控制方案Ⅱ：其主调节器的输出值作为副调节器的给定值，即使出现物料不平衡的现象，只要液位有偏差，调节器的积分作用就能消除偏差，系统整定更易实现。
所以，综上所述，选择三冲量给水串级控制系统虽然有些复杂，但是它能够适用以对汽包水位要求严格或负荷变化频繁，虚假水位较为严重的锅炉使用。
第5章锅炉热工检测方案的选定
工业锅炉生产热工检测，是自动检查和测量反映锅炉生产过程进行情况的各种物理量、化学量以及锅炉设备工作状态的参数。因此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。 、
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