三冲量控制系统原理教案资料
三冲量汽包水位控制原理及应用教程
三冲量汽包水位控制原理及应用教程本文详细介绍汽包水位三冲量控制系统的原理及控制策略，文章内容通俗易懂、图文并茂，可作为三冲量汽包水位控制系统设计和应用教程使用。
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。
汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。
所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。
在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。
所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。
在锅炉控制中，主要冲量是水位。
辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统单冲量水位调节系统的原理如图1所示。
由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。
它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。
但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理 图2 单冲量水位调节系统控制策略从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。
因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。
此时PID 调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。
三冲量水位控制系统
三冲量水位控制系统三冲量控制系统，以汽包水位为主控制信号，蒸汽流量为前馈控制信号，给水流量为反馈控制信号组成的控制系统。
三冲量水位控制系统如图 3-5。
（a）原理图(b)框图图3-5 三冲量水位控制系统现代工业锅炉都向着大容量高参数的方向发展，一般锅炉容量越大，汽包的容水量就相对越小，允许波动的蓄水量就更少。
如果给水中断，可能在很短的时间内就会发生危险水位；如果仅是给水量和蒸汽量不相适应，也可能在几分钟呢出现缺水和满水事故，这样对汽包水位要求就更高了。
三冲量控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷忽然变化时，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。
当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。
如给水流量减少，调节器立即根据给水流量减小的信号，开大给水阀门，使给水流量保持不变。
I/O 分配表和PLC 外部接线图根据系统的 I/O 点数，并考虑富裕量及今后系统的扩展升级和工艺控制等问题，本系统设计采用三菱公司的 FX2N-48MR 型作为主机，FX2N-48MR 型是三菱公司的典型产品，具有功能强大，处理速度快、容量大等优点，属于高性能小型机，系统 I/O 总点数为 16点，输入、输出均为 8 点，配置扩展单元后可增加 I/O 点数。
根据上述关于 PLC 控制系统的基本单元输入和输出信号统计，制定 I/O 分配表，具体对应关系如下表 4-2 所示。
模拟量模块输入地址分配表如表 4-3 所示。
表4-2 PLC I/O 分配表表4-3 模拟量模块输入地址分配表图 4-2 PLC 外部接线。
串级三冲量控制系统
串级三冲量控制系统对于给水控制通道迟延和惯性较大的锅炉采用串级控制系统将具有较好的控制质量，调试整定也比较方便，因此，在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统。
1、系统结构和工作原理串级三冲量给水控制系统如图所示。
串级三冲量给水控制系统：其给水控制的任务由两个调节器来完成，主调节器PI采用比例积分控制规律，以保证水位无静态偏差。
主调节器的输出信号和给水流量、蒸汽流量信号的都作用到副调节器PI2。
一般串级控制系统的副调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。
串级系统主、副调节器的任务不同，副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量的平衡；主调节器的任务是校正水位偏差。
这样，当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器PI1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“静态配比”来进行整定。
恰恰相反，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，从而改变负荷扰动下的水位品质。
可见，串级三冲量系统比单级三冲量系统的工作更合理，控制品质要好一些。
2、串级三冲量给水系统的分析和整定下图是串级三冲量给水系统的方框图。
这个系统也是由两个闭合回路的前 馈部分组成的。
系统组成如下：1、由给水流量W 、给水流量变送器γW、给水流量反馈装置αW 、副调节器PI2、执行器K Z 和调节阀K μ组成副回路。
2、由被控对象W 01（S ）水位测量变送器γH 、主调节器PI1和副回路组成主回路。
3、由蒸汽流量信号D ，以及蒸汽流量测量变送器γD 及蒸汽流量前馈控制部分。
（1）副回路的分析和整定根据串级控制系统的分析整定方法，应将副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。
用试探的方法选择副调节器的比例带δ2，以保证内回路不振荡为原则，在试探时，给水流量反馈装置的传递函数αW 可任意设置一个数值，得到满意的δ2值，如果αW 以后有必要改变，则相应地改变δ2值，使αw/δ2保持试探时的值，以保证内回路的稳定性。
三冲量控制原理和调节过程
三冲量控制原理和调节过程1. 引言大家好，今天我们聊聊一个听起来有点高大上的话题——三冲量控制原理和调节过程。
哎，别着急，听上去复杂，其实这就像我们日常生活中的调味品，调得好，味道鲜美，调不好，就得捏着鼻子吞下去。
就像咱们喝酒，有时候你得先闻一下，再慢慢品尝，才能知道这酒的好坏。
三冲量控制原理也差不多，咱们一起来看看吧！2. 三冲量控制原理2.1 什么是三冲量？好啦，先说说什么是三冲量。
简单来说，三冲量就是指在控制系统中，影响系统的三种主要力量。
这就像是一个小团体，大家都得齐心协力，才能把事情做好。
你想想，家里做饭的时候，火候、调料和食材缺一不可，才能做出美味的菜肴。
三冲量也是这样，分别是：输入冲量、输出冲量和反馈冲量。
2.2 输入、输出与反馈那么，输入冲量就好比是我们向系统里加的“原料”，比如说电压、温度或者是压力。
这些原料越多，系统的表现也可能越好，但可不能过量哦，不然就像炒菜时油倒多了，油烟四起，最后难以下咽。
接下来是输出冲量，就是你得到的结果，可能是电流、温度变化或者别的什么。
最后，反馈冲量就像是你品尝菜肴后的感受，告诉你要不要再加点盐，还是该降点火。
通过反馈，我们可以调整输入，达到最优的控制效果。
3. 调节过程3.1 调节的重要性说到调节，这可是重中之重！想想，如果你的饭煮过头了，那可真是欲哭无泪。
所以，调节过程就是为了确保我们的输出结果能够跟上我们的需求。
这就像你跟朋友约会，如果你们俩的步伐不一致，那可真是个尴尬。
控制系统也是一样，调节得当，系统运行得就稳稳的，反之则可能出现“失控”的局面。
3.2 调节方法说到调节，常用的方法可多着呢！比如说PID控制，这可是行业里的明星，像极了电影里的大明星，风头无二。
PID分别代表比例（P）、积分（I）和微分（D），就像是菜谱里的调料，三者搭配得当，才能让菜肴出彩。
比例控制就像是你对菜肴的直观判断，积分控制则是对过往经验的累积，而微分控制就好比是你对当前状况的快速反应。
锅炉三冲量控制方法原理
三冲量控制原理根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。
图1 中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。
系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
图1在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 为液位调节器的输出电流; I2 为蒸汽流量变送器的电流; I3 为给水流量变送器的电流; K1 、K2 、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。
设计K2I2 = K3I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号。
假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。
但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1将增大。
由于进入加法器的两个信号相反,蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假液位输出电流I1, 所以, 假液位所带来的影响将局部或全部被克服。
待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0 减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。
调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。
当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。
由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。
三冲量汽包液位控制系统设计
第一章工程实例1、三冲量汽包液位控制系统应用1.1 三冲量控制系统的构成在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量及给水流量等3个被控变量会安装相应的调节器，在锅炉运行的过程中，这三个信号作用于调节器，会适时调整，做相应的改变。
在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量、给水流量都是串联关系，其中汽包液位是三者中的主冲量，能够反映整个汽包的工作状态和运行状况；而蒸汽流量和给水流量分别担任辅助冲量，蒸汽流量就是一个前馈系统，通过这个系统，能够消除“假液位”现象，保证整个系统的准确性；给水流量是一个反馈系统，它能够副回路减少水压改变对汽包液位的影响。
主冲量和辅助冲量之间相互配合、相互影响，共同保证前馈-串级反馈的三冲量控制系统的正常有效运行。
1.2 三冲量控制系统的工作原理三冲量控制系统的工作原理是：将三个信号中的汽包液位当做主信号，当锅炉中的水位改变时，与之相对应的调节器输出也会发生相应的变化，在此基础上的给水流量也会发生改变，这样就能够使锅炉的水位达到给定值。
在这个过程中，蒸汽流量充当着前馈作用，其作用是防止“假液位”干扰调节器的工作。
而给水流量充当着反馈的作用，当前馈的蒸汽流量发出干扰信号时，给水流量会在锅炉水位未改变之前，消除这种干扰，使调节器正常工作，使给水流量更加稳定。
1.3 三冲量控制系统在锅炉汽包液位中的应用在锅炉生产中，三冲量控制系统作为前馈-串级反馈系统，其运行遵循着主控制器的正作用和副控制器的反作用原则。
在三冲量控制系统中，流量控制器FC作为主控制器，起着正作用功能；水位控制器LC作为副控制器，起着反作用的功能；而调节器则起着调节阀的作用。
通常当锅炉的水位升高时，LC就会产生反作用，其输出就会相应减少，通过加法器，FC的给定值减少，而调节器的输出却增加，故而要减小调节器的阀门开度，缩小FA2101（给水流量），使水位下降至给定值。
在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情况下，FC的给定值会相应的减少，而调节器的输出增加，故而要扩大调节器的阀门开度，增加给水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在给定值上。
锅炉三冲量控制课件
压力控制策略
总结词
压力控制是锅炉三冲量控制中的关键 环节，主要通过调节进气和排气压力 来维持锅炉压力稳定。
详细描述
根据锅炉的进气和排气压力，通过调 节燃烧器、引风机等设备进行压力控 制，确保锅炉压力稳定，防止超压或 欠压情况的发生。
温度控制策略
总结词
温度控制是锅炉三冲量控制中的核心环节，主要通过调节燃料和空气流量来维持锅炉温度稳定。
由于三冲量控制能够提前预测和应对潜在 的异常工况，因此增强了锅炉运行的安全 性。
研究不足与展望
模型精度需进一步提高
考虑多种影响因素
实际应用验证
推广应用价值
尽管本研究取得了一定的成果 ，但在某些工况下，模型的预 测精度仍有待提高。未来研究 可考虑引入更先进的算法和模 型优化技术。
目前的研究主要集中在基本的 控制策略上，未充分考虑环境 、燃料种类等其他影响因素。 未来的研究应将这些因素纳入 考虑范围，以构建更为完善的 控制体系。
可靠性。
03
环保化
随着环保意识的提高，锅炉三冲量控制将更加注重环保性能，采用更加
高效、低污染的燃烧技术和排放处理技术，降低锅炉运行对环境的影响
。
应用前景展望
工业领域
锅炉三冲量控制在工业领域的应用将进一步扩大，尤其在化工、制药、造纸等高耗能行业 中，锅炉三冲量控制将发挥更加重要的作用，提高能源利用效率和生产安全性。
详细描述
根据锅炉的燃烧温度和热水温度，通过调节燃料流量和空气流量进行温度控制，确保锅炉温度稳定，保证热水的 供应和节能减排的需求。
04
CATALOGUE
锅炉三冲量控制应用案例
案例一：某电厂锅炉三冲量控制系统的应用
总结词
成功应用、节能减排
阐述串级三冲量给水自动控制原理
串级三冲量给水自动控制原理1. 引言给水自动控制系统是现代工业生产过程中不可或缺的一部分，用于保证工业生产中给水的安全和稳定。
而串级三冲量给水自动控制原理就是其中的一种常用控制策略。
串级三冲量给水自动控制原理基于给水系统中的三个关键参数进行测量，分别是前冲量、后冲量和补充冲量。
通过控制系统对这三个参数进行动态调节，可以实现对给水流量的精确控制和调节。
本文将详细介绍串级三冲量给水自动控制原理的基本原理，包括系统组成、参数测量、控制策略等内容。
2. 系统组成串级三冲量给水自动控制系统由以下几个部分组成：•水箱：存储给水的容器，用于调节给水流量；•水泵：提供给水的动力，根据控制信号调节流量；•流量计：用于测量水流的流量；•压力传感器：用于测量给水系统的压力；•控制系统：根据测量结果和设定值，对水泵进行控制。
3. 参数测量为了实现对给水流量的精确控制，需要测量三个关键参数：前冲量、后冲量和补充冲量。
3.1 前冲量前冲量是指给水系统在开始给水前的瞬间冲入管道中的水量。
为了测量前冲量，可以在给水系统出口处安装一个流量计，通过测量流量计的输出信号来得到前冲量的数值。
3.2 后冲量后冲量是指给水系统在停止给水后，管道中的水仍然冲入设备中的水量。
为了测量后冲量，可以在水泵停止运行后，利用压力传感器测量给水管道中的压力变化。
根据压力变化的大小，可以推算出后冲量的数值。
3.3 补充冲量补充冲量是指在正常给水过程中，由于管道漏水或其他原因而需要额外补充的水量。
为了测量补充冲量，可以在给水系统入口处安装一个流量计，通过测量流量计的输入信号来得到补充冲量的数值。
4. 控制策略基于测量得到的前冲量、后冲量和补充冲量的数据，可以采用不同的控制策略来实现给水流量的精确控制。
4.1 基于PID控制器的控制策略一种常见的控制策略是基于PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器的控制策略。
PID控制器根据前冲量、后冲量和补充冲量的测量值和设定值之间的误差，进行比例、积分和微分运算，得到控制信号，调节水泵的运行状态。
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三冲量控制系统原理
锅炉三冲量控制原理及调节过程。
原理：冲量控制系统从结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统。
液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。
汽包液位LIA2104是主变量、给水流量是副变量。
副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力。
蒸汽流量的波动是引起汽包液位LIA2104变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC，使给水流量FA2101作相应的变化，所以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制的。
调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。
当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸汽平衡。
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，
即三个被控变量对应一个调节器。
工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，
使水位恢复到给定值；
蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；
给水流量作为反馈信号，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。
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。