【文章內容簡介】 水擾動是內擾，其它事外擾。3 給水自動控制系統(tǒng)的介紹與分析實現(xiàn)給水全程控制可以采用改變調節(jié)門開度，即改變給水管路阻力的方法來改變給水量，也可以采用改變給水泵轉速，即改變給水壓力的方法來改變給水量。前一種方法節(jié)流損失大，給水泵的消耗功率多，不經濟，故在一般單元機組的大型鍋爐中都采用改變給水泵轉速來實現(xiàn)給水控制，在給水控制系統(tǒng)中不僅要滿足給水量調節(jié)的要求，同時還要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內。 給水控制系統(tǒng)的基本要求根據(jù)我們對給水控制系統(tǒng)對象動態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應符合以下基本要求：首先，由于被控對象在給水量G擾動下的水位階躍反應曲線表現(xiàn)為無自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作用的調節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，由于對象在蒸發(fā)量D的擾動下，水位階躍反應曲線表現(xiàn)有“虛假水位”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應速度比內擾快，為了克服“虛假水位”現(xiàn)象對控制的不利影響，應考慮引入蒸汽流量的補償信號。第三，給水壓力是有波動的，為了穩(wěn)定給水量，應考慮將給水量信號作為反饋信號，用于及時消除內擾?？傊?，由于電廠鍋爐水位控制對象的特點，決定了采用單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足生產對控制品質的要求，所以電站汽包鍋爐的給水自動控制普遍采用三沖量給水自動控制系統(tǒng)方案。 給水自動控制系統(tǒng)的基本結構及分析 單級三沖量給水控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結構與工作原理圖31為常用的單級三沖量給水控制系統(tǒng)圖。給水調節(jié)器接受汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量W三個信號（所以稱三沖量控制系統(tǒng)）。其輸出信號去控制給水流量，其中汽包水位是被調量，所以水位信號稱主信號。為了改善控制品質，系統(tǒng)中引人了蒸汽流量是前饋控制和給水流量的反饋控制，這樣組成的三沖量給水控制系統(tǒng)是一個前饋反饋控制系統(tǒng)，當蒸汽流量增加時，調節(jié)器立即動作，相應地增加給水流量，能有效地克服或減小虛假水位所引起的調節(jié)器誤動作。因為調節(jié)器輸出的控制信號與蒸汽流量信號的變化方向相同，所以調節(jié)器入口處，主蒸汽流量信號VD為正極性的。當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時（例如給水壓力波動引起給水流量的波動），調節(jié)器也能立即動作，控制給水流量使給水流量迅速恢復到原來的數(shù)值，從而使汽包水位基本不變?？梢娊o水流量信號作為反饋信號，其主要作用是快速消除來自給水側的內部擾動，因此在調節(jié)器入口處，給水流量信號VW為負極性的。當汽包水位H增加時，為了維持水位，調節(jié)器的正確操作應使給水流量減小，反之亦然，即調節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號的變化的方向相反，因此調節(jié)器入口處水位信號VH應定義為負極性。但由于汽包鍋爐的水位測量裝置—平衡容器本身已具有反號的靜態(tài)性，所以進入調節(jié)器的水位變送器信號VH應為正極性，如圖41所示。圖31 單級三沖量給水控制系統(tǒng)分析在圖31可以看出，在單級三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位、蒸汽量和給水流量對應的三個信號VH、VD、VW都送到PI調節(jié)器，靜態(tài)時，這三個輸入信號與代表水位給定值的信號VO相平衡，即VDVW+VH=VO 或 VOVH=VDVW如果在靜態(tài)時使送入調節(jié)器的蒸汽流量信號VD與給定水流量信號VW相等，則水位信號VH就等于給定值信號VO，即汽包中的水位將穩(wěn)定在某以給定值。如果在靜態(tài)時VD不等于VW，即汽包中水位穩(wěn)定值將不等于給定值。一般情況下選擇靜態(tài)時VD=VW,因而使控制過程結束后汽包水位保持給定的數(shù)值。 單級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析 單級三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖如圖32所示，從方框圖的結構中可以看出，這個系統(tǒng)由兩個閉合的反饋回來及前饋部分組成：圖32 單級三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖（s）、執(zhí)行機構Kz、調節(jié)閥K、給水流量變送器γW和給水流量反饋裝置αW組成的內回路（或稱副回路）。(S)、水位變送器和內回路組成的外回路（或稱主回路）。、蒸汽流量前饋裝置αD構成的前饋控制部分。 對兩個閉合回路進行分析(1)內回路(副回路)分析圖33 內回路等效圖可以把內回路作為一般的單回路系統(tǒng)進行分析。如果把調節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對象,那么被控對象動態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)(因為執(zhí)行器、調節(jié)閥、變送設備和給水流量反饋裝置都可以近似認為是比例環(huán)節(jié))。以給定值Vg為基值，考慮增量情況，這時可把它當作一單回路來分析。如果把調節(jié)器、分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調節(jié)對象，那么廣義調節(jié)對象是一個近似比例環(huán)節(jié)，因此調節(jié)器的比例帶和積分時間都可以取得很小，它們的具體值可以通過試探法來決定，以保證內回路不振蕩為目的。一般取積分時間，試探過程中，可以任意設置值，得到一個滿意的比例帶值后，再次改變值，改變時須使保持不變，即保證內回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。在試探時可將外回路開路，切除水位信號，使Vg=0，設置Ti和的值，手動操作給水閥門，使給水量產生一個階躍變化后立即投入自動，觀察給水量過渡過程曲線形狀，能快速穩(wěn)定即可。（2）主回路分析在內回路經過正確整定以后, 和Ti又設置的較小,△V改變時,調節(jié)器幾乎立即成比例地改變給水流量W,使△V=Vw,即△V=αWγWW圖中為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把WD1(s)和看作一個等效調節(jié)器所控制的對象，則： 而內則是一個常數(shù)，這是一個等效比例調節(jié)器，其比例帶外圖34 主回路等效圖另外，WD1(s) 的對象特性可用試驗方法測得，它實際上就是在水位G擾動下，VH的變化曲線，從曲線上可求出飛升速度，遲延時間。在遲延時間較大的情況下，可按下列近似公式整定：外 （31）又因為外=外，故有： （32）從內、外回路的比例帶來看，給水流量的分壓系數(shù)對內外回路影響正好是相反的，若增大，主回路穩(wěn)定性增強，副回路則減弱，反之則情況相反。因此在整定外回路時若要改變，應相應改變PI調節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，以保證內回路穩(wěn)定性。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)分析對于給水控制通道延遲和慣性較大的鍋爐，采取用串級控制系統(tǒng)將具有較好的控制質量，調試整定也比較方便，因此，在大型汽包鍋爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。另外,控制對象在蒸汽負荷擾動(外擾)時存在“虛假水位”現(xiàn)象,因此在擾動的初始階段調節(jié)器將使給水流量向與負荷變化相反的方向變化,加劇了鍋爐進、出流量的不平衡。因此應采用以蒸汽流量D為前饋信號的前饋控制,從而能夠根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度,以改善蒸汽負荷擾動下的水位控制品質。串級三沖量給水控制系統(tǒng)圖如圖35所示。與單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比，其給水控制的任務由兩個調節(jié)器來完成，主調節(jié)器PI1采用比例積分控制規(guī)律，以保證水位無靜態(tài)偏差。主調節(jié)器的輸出信號和給水流量、蒸汽流量信號都作用到副調節(jié)器PI2。一般串級控制系統(tǒng)的副調節(jié)器可采用比例調節(jié)器，以保證副回路的快速性。三沖量汽包水位控制以串級方式為基礎。水位調節(jié)器接收實測水位和水位給定值的差值，經過PI作用之后，其輸出作為給水流量調節(jié)器的流量給定值分量，該值和蒸汽流量之和（相加）作為總的給水流量的給定值。給水流量調節(jié)器接受實測流量和給水流量給定值之和（相減），經過PI作用之后，其輸出控制100%給水調節(jié)閥。串級系統(tǒng)主、副調節(jié)器的任務不同，副調節(jié)器的任務是用以消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸發(fā)負荷改變時迅速調節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡；主調節(jié)器的任務是校正水位偏差。這樣，當負荷變化時，水位穩(wěn)定值是靠主調節(jié)器PI1來維持的，并不要求進入副調節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態(tài)配比”來進行整定。恰恰相反，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度，從而改變負荷擾動下的水位控制品質。串級三沖量系統(tǒng)比單級三沖量系統(tǒng)的工作更合理，控制品質要好一些。圖35 串級三沖量給水控制系統(tǒng) 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析圖36是串級三沖量給水系統(tǒng)的方框圖。這個系統(tǒng)也是由