【文章內(nèi)容簡介】 水?dāng)_動(dòng)是內(nèi)擾，其它事外擾。3 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的介紹與分析實(shí)現(xiàn)給水全程控制可以采用改變調(diào)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(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)，故在一般單元機(jī)組的大型鍋爐中都采用改變給水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)給水控制，在給水控制系統(tǒng)中不僅要滿足給水量調(diào)節(jié)的要求，同時(shí)還要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。 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(dòng)態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求：首先，由于被控對象在給水量G擾動(dòng)下的水位階躍反應(yīng)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(diào)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(dòng)下，水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)有“虛假水位”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服“虛假水位”現(xiàn)象對控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號。第三，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號作為反饋信號，用于及時(shí)消除內(nèi)擾?？傊捎陔姀S鍋爐水位控制對象的特點(diǎn)，決定了采用單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水自動(dòng)控制普遍采用三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及分析 單級三沖量給水控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)器接受汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量W三個(gè)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(diào)量，所以水位信號稱主信號。為了改善控制品質(zhì)，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(gè)前饋反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作，相應(yīng)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(diào)節(jié)器誤動(dòng)作。因?yàn)檎{(diào)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(diào)節(jié)器入口處，主蒸汽流量信號VD為正極性的。當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)（例如給水壓力波動(dòng)引起給水流量的波動(dòng)），調(diào)節(jié)器也能立即動(dòng)作，控制給水流量使給水流量迅速恢復(fù)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(cè)的內(nèi)部擾動(dòng)，因此在調(diào)節(jié)器入口處，給水流量信號VW為負(fù)極性的。當(dāng)汽包水位H增加時(shí)，為了維持水位，調(diào)節(jié)器的正確操作應(yīng)使給水流量減小，反之亦然，即調(diào)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(diào)節(jié)器入口處水位信號VH應(yīng)定義為負(fù)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(jìn)入調(diào)節(jié)器的水位變送器信號VH應(yīng)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(yīng)的三個(gè)信號VH、VD、VW都送到PI調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時(shí)，這三個(gè)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(shí)使送入調(diào)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(shí)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(shí)VD=VW,因而使控制過程結(jié)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(jié)構(gòu)中可以看出，這個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)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(jī)構(gòu)Kz、調(diào)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(nèi)回路（或稱副回路）。(S)、水位變送器和內(nèi)回路組成的外回路（或稱主回路）。、蒸汽流量前饋裝置αD構(gòu)成的前饋控制部分。 對兩個(gè)閉合回路進(jìn)行分析(1)內(nèi)回路(副回路)分析圖33 內(nèi)回路等效圖可以把內(nèi)回路作為一般的單回路系統(tǒng)進(jìn)行分析。如果把調(diào)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(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)(因?yàn)閳?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、變送設(shè)備和給水流量反饋裝置都可以近似認(rèn)為是比例環(huán)節(jié))。以給定值Vg為基值，考慮增量情況，這時(shí)可把它當(dāng)作一單回路來分析。如果把調(diào)節(jié)器、分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)節(jié)對象，那么廣義調(diào)節(jié)對象是一個(gè)近似比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)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(nèi)回路不振蕩為目的。一般取積分時(shí)間，試探過程中，可以任意設(shè)置值，得到一個(gè)滿意的比例帶值后，再次改變值，改變時(shí)須使保持不變，即保證內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。在試探時(shí)可將外回路開路，切除水位信號，使Vg=0，設(shè)置Ti和的值，手動(dòng)操作給水閥門，使給水量產(chǎn)生一個(gè)階躍變化后立即投入自動(dòng)，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(nèi)回路經(jīng)過正確整定以后, 和Ti又設(shè)置的較小,△V改變時(shí),調(diào)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(gè)等效調(diào)節(jié)器所控制的對象，則： 而內(nèi)則是一個(gè)常數(shù)，這是一個(gè)等效比例調(diào)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(yàn)方法測得，它實(shí)際上就是在水位G擾動(dòng)下，VH的變化曲線，從曲線上可求出飛升速度，遲延時(shí)間。在遲延時(shí)間較大的情況下，可按下列近似公式整定：外 （31）又因?yàn)橥?外，故有： （32）從內(nèi)、外回路的比例帶來看，給水流量的分壓系數(shù)對內(nèi)外回路影響正好是相反的，若增大，主回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，副回路則減弱，反之則情況相反。因此在整定外回路時(shí)若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變PI調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，以保證內(nèi)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(zhì)量，調(diào)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(fù)荷擾動(dòng)(外擾)時(shí)存在“虛假水位”現(xiàn)象,因此在擾動(dòng)的初始階段調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負(fù)荷變化相反的方向變化,加劇了鍋爐進(jìn)、出流量的不平衡。因此應(yīng)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(yán)重程度來適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度,以改善蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。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(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器來完成，主調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)器PI2。一般串級控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)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(chǔ)。水位調(diào)節(jié)器接收實(shí)測水位和水位給定值的差值，經(jīng)過PI作用之后，其輸出作為給水流量調(diào)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(diào)節(jié)器接受實(shí)測流量和給水流量給定值之和（相減），經(jīng)過PI作用之后，其輸出控制100%給水調(diào)節(jié)閥。串級系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及當(dāng)蒸發(fā)負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡；主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。這樣，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1來維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度按所謂“靜態(tài)配比”來進(jìn)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(yán)重程度來適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度，從而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。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(zhì)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(gè)系統(tǒng)也是由