电厂锅炉给水控制系统2

1、给给 水水 系系 统统 课课 程程 设设 计计 班级：班级：12 热电热电 姓名：马春芳姓名：马春芳 学号：学号：121783042 指导老师：李亮指导老师：李亮 日期日期: :二二一三年十二月二十二日一三年十二月二十二日目录一、摘要 （1）二、概述 （）1 . 锅炉给水系统介 （）2 . 单元机组的生产过程及其对控制的要求 （）3 . 单元机组协调控制系统及其组成 （）三、给水调节对象的动态特性 （） 1 . 给水扰动 （）2 .蒸汽流量扰动 （）3 .燃料量扰动 （）四、给水流量调节方式 （）1 .节流方式 （）2 .给水泵调速方式 （）3 .组合方式 （）五、控制方案选择与设计 （）1

2、.方案选择 （）2 .前馈-反馈三冲量给水控制系统 （） (1) 输入信号之间的静态配合 （） (2) 控制系统的动态整定 （）六、过程检测控制仪表的使用 （）1 .流量变送器的选择 （）2 .液位检测元件的选用 （）3 .阀门定位器 （）4 .调节器 （）5 .执行元件的选用 （）6 .调节仪表技术参数 （）七、参考文献 （）一、摘 要随着科技的发展，人们越来越离不开电。大型火力发电厂地位显得尤其重要。其机组由锅炉、汽轮机发电机组和辅助设备组成的庞大的设备群。工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产

3、要求高度的安全可靠和经济性，尤其是大型骨干机组。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。本次课程设计主要研究发电厂给水控制系统，即锅炉汽包水位控制。其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉发汽量适应符合的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。关键字：

4、蒸汽流量 汽包水位 安全 发电厂锅炉给水控制系统二、概述二、概述大型火力发电机组由锅炉、汽轮机发电机组和辅助设备组成的庞大的设备群。工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的安全可靠和经济性，尤其是大型骨干机组。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。本次课程设计主要研究发电厂给水控制系统，即锅炉汽包水位控制。锅炉

5、汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统。在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。本次课程设计研究发电厂给水控制系统的控制方式及整定。1.1.锅炉给水系统简介锅炉给水系统简介给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力,经过高压加热器进一步加热之后,输送到锅炉的省煤器入口,作为锅

6、炉给水。此外，给水系统还向锅炉加热器的减温器、过热器的一、二级减温器以及汽轮机高压旁路装置的减温器提供减温水，用以调节上述设备出口温度。给水系统的最初注水来自凝结水系统。给水管道系统包括抵压和高压给水管道系统。低压给水管道系统由从除氧器给水箱下降管入口到给水泵进口之间的管道、阀门和附件组成。高压给水管道系统由从给水泵出口经高压加热器到锅炉省煤器前之间的管道、阀门和附件组成。给水系统由给水泵、高压加热器、给水操作台及相关的管路构成。给水系统的主要流程为；除氧器给水箱前置泵流量测量装置给水泵3 号高压加热器2 号高压加热器1 号高压加热器流量测量装置给水操作台省煤器进口联箱。2.2. 单元机组的生

7、产过程及其对控制的要求单元机组的生产过程及其对控制的要求下图为单元机组流程示意图。它是以锅炉以及高压和中、低压汽轮机和发电机为主体设备的一个整体。根据生产流程又可以把锅炉分成燃烧系统和汽水系统。1汽轮机高压缸；2汽轮机中、低压缸；3汽包；4炉膛；5烟道；6发电机；7冷凝器；8补充水；9凝结水泵；10循环水泵；11低压加热器；12除氧器；13给水泵；14高压加热器；15给水调节机构；16省煤器；17过热器；18过热器喷水减温器；19汽机高压调汽门；20再热器；21再热器喷水减温器；22汽机中压调汽门；23煤粉仓；24燃料量控制机构；25喷燃器；26送风机；27空气预热器；28调风门；29水冷壁管

8、；30引风机；31烟道挡板。燃烧系统的任务一方面是将燃料 B 由燃料控制机构 24 经 喷燃器 25 送入炉膛燃烧，另一方式将助燃的空气 V 由送风机 26 经空气预热器 27 预热后再经调风门 2822按一定比例送入炉膛。空气和燃料在炉膛内燃烧，产生大量热量传给蒸发受热面（水冷壁）29 中的水。燃烧后的高温烟气经型烟道，不断将热量传给过热器17、再热器 20、省煤器 16 和空气预热器 27，每经过一个设备烟气温度便会降低一次，最后低温烟气由引风机 30 吸出，经烟囱排入大气中。在汽水系统中，锅炉的给水 W 由给水泵 13 打出，先经过高温加热器 14，再经过省煤器 16 吸收一部分烟气的余

9、热后进入汽包 3。汽包中的水在水冷壁中进行自然或强制循环，不断地吸收炉膛辐射热量，由此产生的饱和蒸汽由汽包顶部流出，再经过多级（34 级）过热器 17 进一步加热成过热蒸汽 D。这个具有一定压力和温度的过热蒸汽就是锅炉的产品。蒸汽的高温和高压是为了提高单元机组的热效率。汽轮机高压缸 1 接受从锅炉供给的过热蒸汽，其转子被蒸汽推动，带动发电机转动而产生电能 Pe(MW)。从高压缸汽轮机 1 做功后的蒸汽，其压力、温度都降低了。为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉，在再热器 20 中再次加热，然后再进入汽轮机中、低压缸 2 做功，最后成为乏汽从汽轮机低压缸尾部排入冷凝器 7 冷凝为凝结水。凝结

10、水和补充水 8 一起经凝结水泵 9 先打入低压加热器 11，然后进入除氧器 12，除氧后进入给水泵，从而形成汽水系统的循环。高压加热器 14 和低压加热器 11 是利用汽轮机的中间抽汽来加热给水和凝结水，以提高电厂的热效率的设备。单元机组自动控制的基本任务是：当电网负荷变化时，机组能迅速满足负荷变化的要求，同时又保证机组主要运行参数在允许的范围内。大型单元机组是一机一炉的独立单元，各生产环节间有着密切联系。再热器把机炉连接成不可分割的整体，锅炉和汽机作为蒸汽供需双方需保持一定的平衡，否则就破坏了正常的运行，但锅炉汽机动态特性上又有很大的差别，因而在设计自动控制系统时，必须看到这种差异，将汽轮机

11、、锅炉作为一个整体对象统筹考虑，组织协调控制系统。大型单元机组在运行时需要监测的参数很多，如 300MW 机组需要监视的参数达 600 个以上，操作的项目也在 200 个以上。如此众多的参数需要检测和处理，许多主要参数需要控制，没有高水平的自动控制是难以正常运转的。不仅如此，随着机组设备的大型化，不但要求自动控制能够保证机组的正常运行，还要求进行所谓“全程控制” ，即在机组启停、低负荷、甩负荷乃至部分事故处理等过程中也能发挥作用。可见，大型单元机组的发展对自动化提出了更高的要求，它涉及自动检测、数据处理、事故报警、联锁保护、程序控制和参数控制等许多方面的内容。3.3. 单元机组协调控制系统及其

12、组成单元机组协调控制系统及其组成随着大容量机组在电网中比例不断增大及因用电结构变化引起的峰谷差逐步加大，对大容量机组参与调峰谷、调频的要求日益增加，甚至在机组某些主要辅机出现局部故障的情况下仍然维持机组运行。在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机及要共同保障外不部负荷要求，也要共同维持内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。单元机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压力是否稳定，则反映了机组内部锅炉和汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。然而，锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求响应慢。因而单元机组

13、内外两个能量供应平衡关系相互间受到制约。单元机组协调控制系统则是为解决负荷控制中外部负荷相应性能与内部参数稳定之间固有矛盾的一种控制系统。它将锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行控制，很好地协调机炉两侧控制动作，在保证主汽压力偏差在允许范围内的前提下，使机组输出（实发）电功率很快适应电网负荷变化的需要。为了单元机组安全、经济地运行，必须将生产过程中的主要工艺参数（如主蒸汽压力、温度、再热蒸汽温度、锅炉汽包水位、炉膛气压、过剩空气函数、汽轮机转速等）严格控制在规定的范围内，为此，需设置相当数量的、最基本的控制系统，它们是：汽轮机的功率转速控制系统、锅炉燃烧过程控制系统、汽包水位控制系统、蒸汽温度控制

14、系统等。机、炉两大部分既有动态特性差异大的一面，又是一个发电整体。为此，需要在汽轮机和锅炉的多个基本控制系统之上设置一个上位控制系统，以此来实施汽轮机和锅炉在响应负荷要求时的协调动作与配合，这样单元机组的自动控制系统从总体上看，应构成一个由上层的协调控制级（负荷控制系统）和下层各基础控制级两部分组成的分级型控制系统如下图所示。协调控制级由负荷管理控制中心和机炉主控制器组成，起着上位控制作用，也即单元机组的负荷控制系统；而锅炉、汽机各子控制系统是机组主控制的基础级，起着最基本、最直接的控制作用。它们的控制质量将直接地影响负荷控制质量，只有组织好各子控制系统并保证其具备较高控制质量的前提下，才能组

15、织好协调控制，达到要求的控制质量。负荷管理控制中心（LMCC）机炉主控制器锅炉控制系统汽轮机控制系统锅炉汽轮机运行人员负荷指令f（电网频差）电网中心调度所负荷指令ADS（主蒸汽压力给定值）pT0P0（机组负荷指令）（实际主蒸汽压力）pTPe（机组实际电功率）（锅炉主控制指令）NBNT（汽轮机主控制指令）协调控制级基础控制级单元机组 单元机组协调控制系统的组成框架三、给水调节对象的动态特性三、给水调节对象的动态特性汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水间物质是否平衡的重要标志，维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。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的

16、给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定范围内波动。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的两种主要扰动，前者来自调节器，称为内扰，后者来自负荷侧，称为外扰。汽包炉给水控制对象的结构如图2-1所示。影响水位的因素主要有：锅炉蒸发量（负荷D） ，给水量G，炉膛热负荷（燃烧率M） ，汽包压力。bP控制系统的物质平衡方程为： （2-1）dtDGDdtGdtdHA)()( 将式（2-1）进一步变换得： （2-2） DGdtdHA)( 令 ，则上式变为： （2-3）()CADGdtdHC 式中 汽包水位，或 汽水分离面积，或HmcmA2m；2cm水的密度， /或/； 蒸汽密度， /或/；t3mkg3

17、cmt3mkg3cm蒸发量，或； 给水量，或；D/ t h/kg sG/ t h/kg s容量系数。C 图 2-1 给水调节对象1 1 . .给水扰动给水扰动汽包水位在给水流量作用下的动态特性：给水量是锅炉的输入量，如果蒸汽负荷不变，那么给水流量变化时，汽包水位的运动方程式可以表示为： (2-4)WWWWukdtduTdtdhTdthdTT12221可以得到汽包水位在给水流量作用下的传递函数为： (2-5) 1()()(21)(01STSTKSTVSHSGWWSW对于中压锅炉，上式中 Tw 的数值很小，常常可以忽略不计，因此可以进一步改写为：) 1()()(2)(01STSVSHSGSW (2

18、-6)给水量扰动时水位阶跃响应曲线如图 2-2 所示。图 2-2 给水量扰动时水位阶跃响应曲线图2-2中曲线1为沸腾式省煤器情形下水位的动态特性，曲线2为非沸腾式省煤器情形下水位的动态特性。从物质平衡的观点来看，加大了给水量G，水位应立即上升，但实际上并不是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后再上升。这是因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的过冷度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过一段迟延甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入

19、汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。2.2. 蒸汽流量扰动蒸汽流量扰动汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性，可以用下式表示（假定给水量不变） （2-)(12221DDDDukdtduTdtdhTdthdTT7）则 （2-) 1()()(21)(2STSTKSTVSHSGDDSDF8）上式可通过两个动态环节的并联来等效，即 （2-9）11)()(2)(22STKSTVSHSGaSDF式中： 。DaKTT1122/ )(TTTKKDD图2-3 蒸汽量D扰动下的水位阶跃响应曲线如果只从物质平衡的角度来看，蒸发量突然增加时，蒸发量高于给水量，D汽包水

20、位是无自平衡能力的，所以水位应该直线下降，如图2-3中所示那样，1( )H t但实际水位是先上升，后下降，这种现象称为“虚假水位”现象，如图中所示。( )H t其原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M还来不及增加，汽包中汽压下降，汽包bp膨胀，使汽泡体积增大而水位上升。如图2-3中所示。在开始的一段时间2( )Ht的作用大于。当过了一段时间后，当汽泡容积和负荷相适应而达到稳定2( )Ht1( )H t后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。因此，水位的变化应是上述两者之和，即 12( )( )( )H tHtHt3.3. 燃料量

21、扰动燃料量扰动图 2-4 燃料量扰动下水位阶跃响应曲线炉膛热负荷扰动即是指燃料量 M 的扰动。燃料量增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸汽量扰动时要小一些，但其持续时间较长。以上三种扰动在锅炉运行中都可能经常发生。但是由于控制通道在给水侧，因此蒸汽流量D和燃料量M习惯上称为外部

22、扰动，它们只影响水位波动的幅度。而给水量G扰动在控制系统的闭合回路里产生，一般称为内部扰动。因此，汽包水位对于给水扰动的动态参数是给水控制系统调节器参数整定的依据，此外，由于蒸汽流量D和燃料量M的变化也是经常发生的外部扰动。所以常引入D、M信号作为给水控制系统里的前馈信号，以改善外部扰动时的控制品质。影响水位的因素除上述之外，还有给水压力、汽包压力、汽轮机调节汽门开度、二次风分配等。不过这些因素几乎都可以用 D、M、G 的变化体现出来。为了保证汽压的稳定，燃料量和蒸发量必须保持平衡，所以这两者往往是一起变化的，只是先后的差别。四、给水流量调节方式四、给水流量调节方式1 1 . .节流方式节流方

23、式 优点：简单可靠；缺点：节流损失大。 节流调节系统示意图 节流调节原理2.2.给水泵调速方式给水泵调速方式 水泵变速调节系统示意图 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。 3.3.组合方式组合方式（1）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，即由汽动给水泵、电动调速给水泵及调节阀三者相结合的方法来调节给水量。（2）在低负荷阶段利

24、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；（3）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；（4）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。五、控制方案选择与设计五、控制方案选择与设计 1.1. 方案选择方案选择从反馈控制的思想出发，自然想到一水位信号为被调量，构成单回路控制系统。对于小容量锅炉来说，它的蓄水量较大，水面以下气泡的体积不占很大比

25、重，因此给水容积迟延和假水位现象不明显，可以采用单冲量控制系统。单冲量控制系统即为汽包水位的单回路反馈液位控制系统。单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号。单冲量水位控制系统由汽包、变送器、调节器、执行器及调节阀等组成，水位测量信号经变送送到水位调节器，水位调节器根据水位测量值与给定值的偏差去控制给水阀门，改变给水量来保持汽包水位在允许的操作范围内。这种控制系统是典型的单回路定值控制系统。对于水在汽包内的停留时间较长，且负荷又比较稳定的情况，“虚假水位”现象不严重采用单冲量控制系统，进行 PID 调节一般就能满足生产要求。单冲量汽包水位调节存在着一些缺点，主要是这种调节方案只根据水位调

26、节给水量，在负荷变化时，由于“虚假水位”现象，在调节过程一开始，给水量的变化将与负荷变化的方向相反，扩大了进出流量的不平衡，而且从给水扰动下水位变化的动态特性可以估计到，当水位已经偏离给定值后再调节给水量，因给水量改变后要经过一定迟延时间才能影响到水位，因此必将导致水位波动幅度大、调节时间长。对于大型超高压锅炉也可以采用这种控制对象，因为在超高压下，汽和水的密度相差不大，假水位并不显著。但是，对于大中型锅炉来说，这种系统不能满足要求。因为汽机耗汽量改变所产生的假水位将引起给水调节机构的的误动作，致使汽包水位激烈地上下波动，严重影响设备的寿命和安全。从物质平衡的观点来看，只要保证给水量永远等于蒸

27、发量，就可以保证汽包水位大致不变，因此可以采用比值控制系统，用汽机耗汽量 D 作为调节系统的设定值，使给水量 W 跟踪耗汽量 D。然而，它对于汽包水位来说只是开环控制。如果耗汽量和给水量的测量不准，或者由于有锅炉排污及管道泄漏等，蒸汽量和给水量并非总是确定的比值，此系统不能达到水汽平衡，因为汽包水位 H 对于（D-W）是一个积分关系，微小的 D 和 W 之差可以在长时间的积累中形成很大的水位偏差。所以不能单独使用比值控制系统。所以将两种方案结合构成三冲量控制系统。 “冲量”即为变量，三冲量锅炉汽包给水自动控制系统是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

28、系统。三冲量水位控制系统有两个闭合回路：一个是由给水流量、给水变送器、调节器和调节阀组成的内回路；另一个是由汽包水位对象和内回路构成的主回路。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。 2.2.前馈前馈- -反馈三冲量给水控制系统反馈三冲量给水控制系统三冲量控制系统的方框图如图 3-1 所示。 当负荷(蒸汽流量)突然发生变化，蒸汽流量信号能使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向误动作。当水压变化使给水流量改变时，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少的信号开大给水阀，从而使给水量保持不变。另外给水流量

29、信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以使用三冲量控制系统能使调节器动作加快，还可以避免调节过量，减少水位波动，防止失控。 （1 1） 输入信号之间的静态配合输入信号之间的静态配合参照图3-2，设调节器采用PI调节规律，静态时，输入增量为0，输出为定值，即有如下关系： （3-1）0rHDWIIII上式可变为： （3-2）rrHHWWDDK Hn K Hn K Wn K D考虑到给水系统处于稳态时，给水量等于蒸汽量，即W=D,所以有图 3-1 三冲量控制系统框图调节器调节阀变送器变送器汽 包变送器0H+_蒸汽量H （3-3）)(rrHHWWDDK Hn K Hn Kn

30、KD转动定值器旋钮，可以改变，使, ,代入式（3-3）可得： rK0DD rHH （3-4）0)(rrHHWWDDK Hn K Hn Kn KD式（3-3）与式（3-4）相减得： （3-5） 0()WWDDrHHKn Kn KnHHDD依据上式可有以下三个结论： 时，为无差调节，如图3-3所示曲线1；WWDDnn KrHH 时，D越大，H与Hr的负差值越大。这是一根向下的特性曲线，WWDDnn K如图3-3所示曲线2； 时，D越大，H与Hr的正差值越大。这是一根向上的特性曲线，WWDDnn K如图3-3所示曲线3。 H 2 1 3 D 图3-3 三冲量给水控制系统水位静态特性（2 ）控制系统的

31、动态整定对于三冲量控制系统来说，需要进行整定的参数有 5 个，分别为分流系数,Wn ,和调节器的比例带及积分时间常数。HnDnIT内回路是一个流量自稳定系统，由于流量调节系统的响应很快，有 （3-6） *WWWIIn K W (3-7)*1( )cWWWGsIn K是一个近似比例环节，因此调节器的比例带和积分时间都可以取得很小，它们的具体值可以通过试探法来决定，以保证内回路不振荡为目的。一般取积分时间，试探过程中，可以任意设置值，得到一个满意的比例带值后，再次10iTsWn改变值，改变时须使保持不变，即保证内回路的开环放大倍数不变。Wn/Wn在试探时可将外回路开路，切除水位信号，使 Vg=0，

32、设置 Ti和的值，手/Wn动操作给水阀门，使给水量产生一个阶跃变化后立即投入自动，观察给水量过渡过程曲线形状，能快速稳定即可。图中为快速副回路的等效环节，把 WD1(s)和看作一个等效调节器所控1/GGnHn制的对象，则： （3-8）*1( )( )HHDDVWsn WsG外而内则是一个常数，这是一个等效比例调节器，其比例带外W( )1/()GGsn另外，WD1(s) 的对象特性可用试验方法测得，它实际上就是在水位 G 扰动下，GGnVH的变化曲线，从曲线上可求出飞升速度，迟延时间。在迟延时间较大的情况下，可按下列近似公式整定：外 （3-9）又因为外=外，故有：WWn K （3-10）WWnK

33、从内、外回路的比例带来看，给水流量的分压系数对内外回路影响正好是相Gn反的，若增大，主回路稳定性增强，副回路则减弱，反之则情况相反。因此在整Wn定外回路时若要改变，应相应改变 PI 调节器的比例带，使两者的比值不变，Wn以保证内回路稳定性。我们知道，前馈部分对系统稳定性没有影响，因此在整定前馈通路时可以独立考虑， （3-11）WWDDn KnK 六六、过程检测控制仪表的使用过程检测控制仪表的使用1 1 . .流量变送器的选择流量变送器的选择根据生产工艺的要求选择变送器的型号和精度等级。要根据控制对象要求的控制范围，允许误差等。选用所匹配的类型的型变送器来实现水流量的测量和变送。2 2 . .液

34、位检测元件的选用液位检测元件的选用通过液位的测量可以知道容器里的水位，以便调节容器中流入流出物料的平衡，保证生产过程中各环节所需的物料或进行经济核算；另外，通过液位的测量，可以了解设备是否正常工作，以便及时监视或控制容器的液位，保证安全生产。液位计有很多种。 浮力式液位计是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等于物体所排开液体的重量。分为两种：一种为恒浮力式液位计，在整个测量过程中其浮力维持不变，在工作时浮标随液位高低而变化；另一种为变浮力式液位计，它根据浮筒在液体内浸没的深度不同而所受浮力不同来测量液位。 静压式液位计对于不可压缩的液体，液位高度与液体的静压力成正比，所以，测

35、出液体的静压力，即可知道液位的高度。 在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容量的大小是不同的。所以，可以用测量电容量的变化来检测液位或两种不同介质的液位分界面。在实际应用中，电极的尺寸、形状已定，介电常数亦是基本不变的。所以，测量电容量的变化就可以知道液位的高低。 激光式液位计因为激光光能集中，强度高，而且不易受外来光线干扰，甚至在1500度左右的高温下也能正常工作。另外，激光光束扩散很小，在定点控制液位时，具有较高的精度。 液位检测仪表的选用，根据检测精度、工作条件、测量范围，结合课程设计任务书，可以选用浮力式液位计。3 3 . .阀门定位器阀门定位器阀门定位器是气动执行器的主要附件，与气

36、动执行器配套使用可组成闭环回路，利用负反馈原理来改善调节阀的定位精度和提高灵敏度，从而使调节阀能按调节器来的控制信号实现准确定位。阀门定位器的主要功能：（1）实现准确定位。使用阀门定位器可以克服阀杆的摩擦和消除提阿姐发不平衡力的影响，保证法门位置按调节器输出信号正确定位。 （2）改善调节阀的动态性能。利用阀门定位器，可以有效的客服气压信号的传递滞后，改变原来调节阀的一阶滞后特性，使之成为比例特性。 （3）改变调节阀的流量特性。通过改变阀门定位器对反馈凸轮的几何形状可以改变调节阀的流量特性，即可使调节阀的直线流量特性、对数流量特性互换。 （4）实现分程控制。当用一个调节器的输出信号分段分别控制两只启动执行器工作室，可用两个阀门定位器，使它们分别在信号的某一区段完成全行程动作从而实现分程控制。4 4 . .调节器调节器根据过程特性与工艺要求，达到无静差调节可选用 PI 控制规律。根据构成系统负反馈的原则，确定调节器的正、反作用方向。调节阀气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全来考虑：当气源一旦中断时，阀门处于全开还是全关状态，在生产上要能保证设备和人身的安全。本系统的阀门是控制给水流量的，应该选择气开式，当气源中断时，仍有