一种船舶锅炉水位控制系统.pdf

《一种船舶锅炉水位控制系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种船舶锅炉水位控制系统.pdf（15页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号43申请公布日21申请号201410403738222申请日20140815F22B37/4620060171申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南通大街145号72发明人宋福元刘博李彦军孙宝芝杨龙滨张国磊李晓明张鹏韩怀志赵启杨祝仲伦74专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所普通合伙11350代理人汤东凤54发明名称一种船舶锅炉水位控制系统57摘要本发明公开了一种船舶锅炉水位控制系统，通过在原有三冲量控制锅炉汽包水位、蒸汽流量、给水流量基础上，加入了炉膛燃烧信号，由设定的燃油流量计算出给水调节阀的开度，达到克服现有技术的因频繁变化燃烧热负荷引起的“虚假水位”对于水。

2、位变化过于剧烈的影响，实现对船舶增压锅炉“虚假水位”过于剧烈的控制，实现水位控制整体化，并且具有较好的适用性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图4页10申请公布号CN104373926A43申请公布日20150225CN104373926A1/2页21一种船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，包括上位机、PLC控制柜、双锅筒纵置式增压锅炉、燃烧器、给水管路、供油管路、蒸汽管路、过热蒸汽流量计、汽包水位计、给水流量计、燃油流量计、给水电动调节阀、过热器以及过热器集箱；所述双锅筒纵置式增压锅炉包括两个连通且上下位置关系设置的汽包和下锅筒，以及位于。

3、汽包和下锅筒之间的水冷壁、对流管束与炉膛；所述供油管路上设有燃油流量计，且所述供油管路出油端设有燃烧器，所述燃烧器位于炉膛内；所述给水管路在其水流方向上依次设有给水电动调节阀和给水流量计，且所述给水管路出水端设于汽包内部；所述蒸汽管路的进汽端与汽包内部导通，且所述蒸汽管路上设有过热器、过热器集箱以及过热蒸汽流量计；所述汽包水位计的取压口与汽包内部通过管路导通；所述燃油流量计、给水电动调节阀、给水流量计、过热蒸汽流量计以及汽包水位计均分别与PLC控制柜信号线连接，所述PLC控制柜与上位机信号线连接；其中，所述上位机操作监控锅炉的整个过程以及设定PLC控制策略，所述PLC控制柜采集给水流量计、燃油。

4、流量计、过热蒸汽流量计、汽包水位计测量的信号并进行相应的处理，根据设定的PLC控制策略，给出给水电动调节阀的阀位值。2如权利要求1所述的船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，所述PLC控制策略包括单级四冲量水位控制策略，所述单级四冲量水位控制策略包括以下过程将蒸汽流量信号收集进入PLC控制柜，经过传递系数的换算，再由蒸汽流量分压系数共同作用，变换后的蒸汽流量冲量数据传送到比例积分PI调节器里；将给水流量信号收集进入PLC控制柜，经过传递系数的换算，再由给水流量分压系数共同作用，变换后的给水流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；将燃油流量信号经过燃油流量计计算，把采集的数据写入PLC控制柜，经过燃。

5、油流量分压系数作用，变换后的燃油流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；将汽包水位信号经过汽包水位计采集信号进入PLC控制柜后，经传递系数的换算，把水位信号冲量数据传送到比例积分PI调节器中；上述四个数据传送到比例积分PI调节器后，通过调节阀内执行器完成对锅炉水位调节。3如权利要求1所述的船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，所述PLC控制策略还包括串级四冲量水位控制策略，所述串级四冲量水位控制策略包括以下过程1过热蒸汽工况变化水位调节在燃烧调节未改变的条件下，当过热蒸汽流量增加，通过过热蒸汽流量计测定蒸汽流量变化，将这一变化值作为控制系统的前馈信号，将给水电动调阀开度减小响应的值，保证给水流量与。

6、过热蒸汽流量值相匹配；对水位进行调节，使水位尽快稳定；2燃烧工况变化水位调节燃烧工况发生改变的条件是燃油流量发生改变，以500MS的时间间隔记录燃油流量，并计算燃油流量的变化信号；通过燃油流量的变化信号计算相应的阀位变化值，使给水电动调节阀的阀位作相应的改变；燃烧条件改变，过热蒸汽流量发生变化，计算给水电动调节阀的开度，使给水流量与蒸汽流量匹配；权利要求书CN104373926A2/2页3由于燃烧条件改变，汽包水位发生变化，检测的当前水位值并计算出与设定水位的差值，计算给水电动调节阀的阀位变化值；计算出相应的阀位变化值，将实际的阀门阀位调整到控制系统的计算阀位值，使水位趋于稳定。4如权利要求2。

7、或3所述的船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，所述过热蒸汽流量计包括标准喷嘴、压差变送器、冷凝罐、导压管、热电偶、压力变送器；所述标准喷嘴设于蒸汽管路上，所述标准喷嘴前端和后端分别连接一导压管，两导压管分别连接一冷凝罐，两冷凝罐分别与压差变送器的高、低取压口通过导压管连接；所述热电偶、压力变送器通过导压管连接在蒸气管路上，所述过热器集箱分别与热电偶、压力变送器连接，用于测量过热蒸汽压力及温度，以计算密度并提供流量补偿。5如权利要求4所述的船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，所述汽包水位计包括高压侧冷凝罐、截止阀、压差变送器、导压管以及一体化三阀组；所述一体化三阀组包括第一阀门、第二阀门以及第三阀门。

8、；其中，所述压差变送器的低取压口通过导压管连接在汽包内，且连接点位于汽包水位之下，该导压管上设有一截止阀以及第一阀门；所述压差变送器的高取压口通过导压管与高压侧冷凝罐的底部连接，该导压管上设有第二阀门；所述高压侧冷凝罐通过又一导压管连接在汽包内，该连接点位于汽包水位之上且与高压侧冷凝罐内水位持平，该导压管上设有一截止阀；所述第三阀门一端连接在压差变送器与高压侧冷凝罐之间的导压管上，且连接点位于压差变送器与第一阀门之间；所述第三阀门另一端连接在压差变送器与汽包之间的导压管上，且连接点位于压差变送器与第二阀门之间。6如权利要求5所述的船舶锅炉水位控制系统，其特征在于，所述燃油流量计为涡轮流量计。权。

9、利要求书CN104373926A1/8页4一种船舶锅炉水位控制系统技术领域0001本发明涉及到锅炉水位控制领域，尤其涉及负荷变化频繁且变化幅度大的船舶锅炉水位控制系统。背景技术0002给水控制系统是汽包锅炉主要的控制系统之一。锅炉汽包水位高度是确保生产和提高优质蒸汽的重要参数。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又较快，因而造成汽包内水位变化速度很快，如不及时控制，就会使汽包内水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；水位过高则会影响汽包的汽水分离，产程蒸汽带水现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降、如果该蒸汽作为汽轮机动力的话，还会损坏汽轮机叶片，影响锅。

10、炉运行安全性和经济性。由此可见，锅炉给水采用自动控制是必不可少的。它对减轻人员劳动强度，保证锅炉安全运行具有重要意义。0003目前锅炉汽包水位控制系统有三种主要的类型，单冲量汽包水位控制系统，单级三冲量汽包水位控制系统，串级三冲量水位控制系统。以上几种控制系统均为电站中常用的控制系统，其控制精度及稳定性经过了长期的实践检验，已被证明是在电站锅炉汽包水位控制中行之有效的控制系统。虽然采用了蒸汽流量作为前馈信号，但由于炉膛放热量增加而引起的虚假水位仍然会影响水位的控制，尤其对船用锅炉负荷变化大，工况变化频繁，三冲量往往不能满足控制精度的要求。发明内容0004为解决现有技术存在的上述问题，本发明针对。

11、船用锅炉运行过程中负荷变化大而导致水位难以控制的特点，提出了一种船舶锅炉水位控制系统，用以减少船用锅炉燃烧及负荷大扰动对水位的影响，维持水位的稳定，并对该系统进行研究和分析。本发明的目的在于提供一种船舶锅炉水位控制系统，旨在解决三冲量往往不能满足控制锅炉水位精度要求的问题。0005本发明是这样实现的，一种船舶锅炉水位控制系统，包括上位机、PLC控制柜、双锅筒纵置式增压锅炉、燃烧器、给水管路、供油管路、蒸汽管路、过热蒸汽流量计、汽包水位计、给水流量计、燃油流量计、给水电动调节阀、过热器以及过热器集箱；所述双锅筒纵置式增压锅炉包括两个连通且上下位置关系设置的汽包和下锅筒，以及位于汽包和下锅筒之间的。

12、水冷壁、对流管束与炉膛；所述供油管路上设有燃油流量计，且所述供油管路出油端设有燃烧器，所述燃烧器位于炉膛内；所述给水管路在其水流方向上依次设有给水电动调节阀和给水流量计，且所述给水管路出水端设于汽包内部；所述蒸汽管路的进汽端与汽包内部导通，且所述蒸汽管路上设有过热器、过热器集箱以及过热蒸汽流量计；所述汽包水位计的取压口与汽包内部通过管路导通；所述燃油流量计、给水电动调节阀、给水流量计、过热蒸汽流量计以及汽包水位计均分别与PLC控制柜信号线连接，所述PLC控制柜与上位机信号线连接；其中，说明书CN104373926A2/8页50006所述上位机操作监控锅炉的整个过程以及设定PLC控制策略，所述P。

13、LC控制柜采集给水流量计、燃油流量计、过热蒸汽流量计、汽包水位计测量的信号并进行相应的处理，根据设定的PLC控制策略，给出给水电动调节阀的阀位值。0007优选地，所述PLC控制策略包括单级四冲量水位控制策略，所述单级四冲量水位控制策略包括以下过程0008将蒸汽流量信号收集进入PLC控制柜，经过传递系数的换算，再由蒸汽流量分压系数共同作用，变换后的蒸汽流量冲量数据传送到比例积分PI调节器里；0009将给水流量信号收集进入PLC控制柜，经过传递系数的换算，再由给水流量分压系数共同作用，变换后的给水流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；0010将燃油流量信号经过燃油流量计计算，把采集的数据写入PL。

14、C控制柜，经过燃油流量分压系数作用，变换后的燃油流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；0011将汽包水位信号经过汽包水位计采集信号进入PLC控制柜后，经传递系数的换算，把水位信号冲量数据传送到比例积分PI调节器中；0012上述四个数据传送到比例积分PI调节器后，通过调节阀内执行器完成对锅炉水位调节。0013优选地，所述PLC控制策略还包括串级四冲量水位控制策略，所述串级四冲量水位控制策略包括以下过程00141过热蒸汽工况变化水位调节0015在燃烧调节未改变的条件下，当过热蒸汽流量增加，通过过热蒸汽流量计测定蒸汽流量变化，将这一变化值作为控制系统的前馈信号，将给水电动调阀开度减小响应的值，保证。

15、给水流量与过热蒸汽流量值相匹配；对水位进行调节，使水位尽快稳定；00162燃烧工况变化水位调节0017燃烧工况发生改变的条件是燃油流量发生改变，以500MS的时间间隔记录燃油流量，并计算燃油流量的变化信号；0018通过燃油流量的变化信号计算相应的阀位变化值，使给水电动调节阀的阀位作相应的改变；0019燃烧条件改变，过热蒸汽流量发生变化，计算给水电动调节阀的开度，使给水流量与蒸汽流量匹配；0020由于燃烧条件改变，汽包水位发生变化，检测的当前水位值并计算出与设定水位的差值，计算给水电动调节阀的阀位变化值；0021计算出相应的阀位变化值，将实际的阀门阀位调整到控制系统的计算阀位值，使水位趋于稳定。。

16、0022优选地，所述过热蒸汽流量计包括标准喷嘴、压差变送器、冷凝罐、导压管、热电偶、压力变送器；所述标准喷嘴设于蒸汽管路上，所述标准喷嘴前端和后端分别连接一导压管，两导压管分别连接一冷凝罐，两冷凝罐分别与压差变送器的高、低取压口通过导压管连接；所述热电偶、压力变送器通过导压管连接在蒸气管路上，所述过热器集箱分别与热电偶、压力变送器连接，用于测量过热蒸汽压力及温度，以计算密度并提供流量补偿。0023优选地，所述汽包水位计包括高压侧冷凝罐、截止阀、压差变送器、导压管以及一体化三阀组；所述一体化三阀组包括第一阀门、第二阀门以及第三阀门；其中，说明书CN104373926A3/8页60024所述压差变。

17、送器的低取压口通过导压管连接在汽包内，且连接点位于汽包水位之下，该导压管上设有一截止阀以及第一阀门；0025所述压差变送器的高取压口通过导压管与高压侧冷凝罐的底部连接，该导压管上设有第二阀门；所述高压侧冷凝罐通过又一导压管连接在汽包内，该连接点位于汽包水位之上且与高压侧冷凝罐内水位持平，该导压管上设有一截止阀；0026所述第三阀门一端连接在压差变送器与高压侧冷凝罐之间的导压管上，且连接点位于压差变送器与第一阀门之间；所述第三阀门另一端连接在压差变送器与汽包之间的导压管上，且连接点位于压差变送器与第二阀门之间。0027优选地，所述燃油流量计为涡轮流量计。0028相比于现有技术的缺点和不足，本发明。

18、具有以下有益效果本发明在相同条件下蒸汽流量扰动情况对汽包水位动态特性影响的试验中，分别比较单级三冲量控制系统和单级四冲量控制系统，串级三冲量控制系统和串级四冲量控制系统中汽包水位的响应曲线，得出结论四冲量汽包水位控制系统对应蒸汽流量的扰动具有与传统三冲量调节系统相似的特性，而对应燃料量的扰动能够使汽包水位变化幅度减小，稳定速度增大。因此本发明的技术方案有助于提高船舶锅炉水位控制的稳定性，精确性。附图说明0029图1是本发明船舶锅炉水位控制系统的结构示意图；0030图2是本发明中过热蒸汽流量计的结构示意图；0031图3是本发明中汽包水位计的结构示意图；0032图4是本发明中单级四冲量水位控制策略。

19、的流程示意图；0033图5是本发明中单级四冲量水位控制策略的方框图；0034图6是本发明中单级四冲量水位控制策略的内回路框图；0035图7是本发明中单级四冲量水位控制策略的外回路框图；0036图8是是不同控制策略下汽包水位对过热蒸汽流量阶跃的动态响应图；0037图9是是不同控制策略下汽包水位对燃料量扰动的动态响应图。具体实施方式0038为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0039一种船舶锅炉水位控制系统四冲量控制系统，如图1所示，包括上位机1、PLC控制柜2、双。

20、锅筒纵置式增压锅炉3、燃烧器4、给水管路5、供油管路6、蒸汽管路7、过热蒸汽流量计8、汽包水位计9、给水流量计10、燃油流量计11、给水电动调节阀12、过热器13以及过热器集箱14；所述双锅筒纵置式增压锅炉3包括两个连通且上下位置关系设置的汽包3A和下锅筒3B，以及位于汽包和下锅筒3B之间的水冷壁、对流管束3C、炉膛3D；所述供油管路6上设有燃油流量计11，且所述供油管路6出油端设有燃烧器4，所述燃烧器4位于炉膛3D内；所述给水管路5在其水流方向上依次设有给水电动调节阀12和给水流量计10，且所述给水管路5出水端设于汽包3A内部；所述蒸汽管路7的进汽端与汽包3B内部导通，说明书CN104373。

21、926A4/8页7且所述蒸汽管路7上设有过热器13、过热器集箱14以及过热蒸汽流量计8；所述汽包水位计9的取压口与汽包3A内部通过管路导通；所述燃油流量计11、给水电动调节阀12、给水流量计10、过热蒸汽流量计8以及汽包水位计9均分别与PLC控制柜2信号线连接，所述PLC控制柜2与上位机1信号线连接；其中，所述上位机1操作监控锅炉的整个过程以及设定PLC控制策略，所述PLC控制柜2采集给水流量计10、燃油流量计11、过热蒸汽流量计8、汽包水位计9测量的信号并进行相应的处理，根据设定的PLC控制策略，给出给水电动调节阀12的阀位值。0040在本发明实施例中，更具体的，如图2所示，所述过热蒸汽流量。

22、计8包括标准喷嘴8A、压差变送器8B、冷凝罐8C、导压管、热电偶8D、压力变送器8E；所述标准喷嘴8A设于蒸汽管路7上，所述标准喷嘴8A前端和后端分别连接一导压管，两导压管分别连接一冷凝罐8C，两冷凝罐8C分别与压差变送器8B的高、低取压口分别通过导压管连接；所述热电偶8D、压力变送器8E通过导压管连接在蒸气管路上，所述过热器集箱14分别与热电偶8D、压力变送器8E连接，用于测量过热蒸汽压力及温度，以计算密度并提供流量补偿。工作过程中，流体流经管道内的喷嘴8A，流束在节流处形成局部收缩并使流速增加，静压力降低，在节流件前后产生静压力差，从而通过测量差压来衡量流体流过喷嘴的流量大小。此外，在过热。

23、器集箱14处设置压力变送器8E和热电偶8D，测量过热蒸汽压力及温度，用以计算密度，以提供流量补偿。0041在本发明实施例中，更具体的，所述给水流量计10的设计与过热蒸汽流量计8的设计相似，由于给水具有不可压缩性，因此未采用密度补偿，过热蒸汽流量计8和给水流量计10均采用标准喷嘴8A配合电容式压差变送器对流量进行测量，再把流量信号传送给PLC的流量测量系统。0042在本发明实施例中，更具体的，如图3所示，汽包水位计9采用双室平衡容器测量系统，所述汽包水位计9包括高压侧冷凝罐9A、截止阀9B、压差变送器9C、导压管以及一体化三阀组9D；所述一体化三阀组9D包括第一阀门9D1、第二阀门9D2以及第三。

24、阀门9D3；其中，所述压差变送器9C的低取压口通过导压管连接在汽包3A内，且连接点位于汽包3A水位之下，该导压管上设有一截止阀9B以及第一阀门9D1；所述压差变送器9C的高取压口通过导压管与高压侧冷凝罐9A的底部连接，该导压管上设有第二阀门9D2；所述高压侧冷凝罐9A通过又一导压管连接在汽包3A内，该连接点位于汽包3A水位之上且与高压侧冷凝罐9A内水位持平，该导压管上设有一截止阀9B；所述第三阀门9D3一端连接在压差变送器9C与高压侧冷凝罐9A之间的导压管上，且连接点位于压差变送器9C与第一阀门9D1之间；所述第三阀门9D3另一端连接在压差变送器9C与汽包3A之间的导压管上，且连接点位于压差变。

25、送器9C与第二阀门9D2之间。由于汽包3A为密闭的压力容器，因此在汽包3A底部和顶部各开一个取压口，分别连接至差压变送器的两个入口，用以抵消汽包内部压力的影响。测量系统主要由高压侧冷凝罐9A，导压管，压差变送器9C以及一体化三阀组9D构成，压差变送器9C一端接受高压侧冷凝罐9A传递的压力，再通过汽包3A压力和汽包3A相对地面的水位高度推算出汽包内水位的高度，最后将水位信号上传至PLC的水位测量系统。0043在本发明实施例中，更具体的，燃油流量计11更具体为涡轮流量计，当被测流体通过传感器时，传感器内叶轮借助于流体动能发生旋转，叶轮周期性地改变磁电感应系统的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生周期性变。

26、化而产生电脉冲信号，经放大器放大后传送说明书CN104373926A5/8页8至相应的流量积算仪表，从而进行流量测量。之后把流量信号传送给PLC的流量测量系统。0044在本发明实施例的实际应用过程中，过热器13的作用是将饱和蒸汽转化为过热蒸汽，有利于提高锅炉效率。PLC控制柜2采集给水流量计、燃油流量计、过热蒸汽流量计、汽包水位计等测量设备的信号并进行相应的处理，给水电动调节阀由PLC模拟量输出模块提供控制信号，操作员通过上位机1操作监控锅炉的整个过程以及设定PLC控制策略。0045通过在PLC中的硬件组态以及在西门子公司提供的WINCC60上位机1软件组态程序进行软件组态。控制系统原理如图4。

27、、图5所示，为设定的控制策略；图6为单级系统方框图，对应图4、5。图6中，B、燃油量，B、燃油流量分压系数，GBS、燃油流量传递函数，D、过热蒸汽流量，D、蒸汽流量变送器传递系数，D、蒸汽流量分压系数，GDS、过蒸汽流量传递函数，IHO、初始水位，PI、比例积分调节器，KZ、执行机构特性系数，K、给水电动调节阀特性系数，W、给水量，GWS、给水流量传递函数，W、蒸汽流量变送器传递系数，W、给水流量分压系数，H、汽包水位变送器的传递系数，H、调节后的水位。水位控制系统中包含两个闭合回路即内回路和外回路和两个前馈环节即蒸汽流量和燃料量的微分信号。内回路由给水流量测量装置，调节器，执行器和调节阀组成。

28、，外回路由汽包水位测量装置，调节器，执行器和调节阀构成的回路。过热蒸汽流量测量装置及燃油流量测量装置给出前馈信号。燃油流量信号经过燃油流量计，把采集的数据写入PLC控制柜2，经过燃油流量分压系数B作用，变换后的燃油流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中。蒸汽流量信号经过数据采集进入PLC控制柜2，经过蒸汽流量变送器传递系数D的作用，再由蒸汽流量分压系数D作用，变换后的蒸汽流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中。0046给水流量信号经过数据采集进入PLC控制柜2，经过给水流量变送器的传递系数W的作用，再由给水流量分压系数W作用，变换后的给水流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中。0047汽包水位。

29、信号经过双室平衡容器测量系统采集信号进入PLC控制柜2，经汽包水位变送器的传递系数H的换算，把水位信号冲量数据传送到比例积分PI调节器中。0048四组信号经过PI调节器后由执行机构特性系数KZ作用，再经过给水电动调节阀特性系数K作用，再经过给水流量传递函数作用，与燃油流量经过燃油流量传递函数作用结果和蒸汽流量经过蒸汽流量传递函数作用的结果共同作用对液位进行调节。0049以图4为例具体说明船舶锅炉水位控制系统下述控制系统由上位机1和PLC控制柜2构成流程00501蒸汽流量经过数据采集进入PLC控制柜2，经过过热蒸汽流量计8的压差变送器的传递系数D的换算图4中为根号项，再由蒸汽流量分压系数D共同作。

30、用，变换后的蒸汽流量冲量数据传送到比例积分PI调节器里；00512给水流量信号经过数据采集进入PLC控制柜2，经过给水流量变送器的传递系数W的换算图4中为根号项，再由给水流量分压系数W共同作用，变换后的给水流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；00523燃油流量信号经过涡轮流量计计算，把采集的数据写入PLC控制柜2，经过燃油流量分压系数B作用，变换后的燃油流量冲量数据传送到比例积分PI调节器中；00534汽包水位信号经过双室平衡容器测量系统采集信号进入PLC控制柜2后，经汽包水位变送器的传递系数H的换算，把水位信号冲量数据传送到比例积分PI调节器中。说明书CN104373926A6/8页90。

31、054上述四个数据传送到比例积分PI调节器后，通过调节阀内执行器完成对锅炉水位调节。执行器接收控制信号，将其转换成角位移或直线位移来操纵调节阀。0055串级四冲量水位控制系统图5与单级四冲量水位控制系统图4的不同之处为串级四冲量水位控制系统在汽包水位串接了两个PI调节器，上侧PI调节器为主调节器，为比例加积分调节器，其目的在于调整给水流量与蒸汽流量以及燃烧引起的蒸发变化量相平衡。下侧PI调节器为副调节器，也为比例加积分调节器，其目的在于调整水位与设定水位的偏差。0056而在图6单级四冲量系统方框图中，系统中包含两个闭合回路即内回路和外回路和两个前馈环节即蒸汽流量和燃料量的微分信号。单级四冲量和。

32、串级四冲量的前馈信号都由蒸汽流量测量装置及燃料量测量装置给出，其目的在于在锅炉非稳态运行时对蒸发量和蒸汽流量不平衡的关系进行补偿。0057内回路主要调节目的是在给水流量产生扰动时内扰，迅速消除扰动，维持汽包水位稳定。当内回路外部的扰动产生，汽包水位发生变化时，内回路要具有随动特性使给水流量尽快调节汽包水位，使汽包水位维持在安全范围内。内回路方框图如图7所示由比例积分PI调节器，执行机构特性系数KZ，给水电动调节阀特性系数K，给水流量变送器的传递系数W，给水流量分压系数W的计算回路组成。0058注明以上图5图7中，三个圆圈中间带叉号的代表控制系统中的比较元件，它将测量元件检测到的被控量与输入量进。

33、行比较。“”表示两者符号相反，即负反馈，“”表示两者符号相同，即正反馈。0059内回路系统是一阶的。理论上，无论调节器整定参数如何选取，内回路都不会发生振荡。然而，实际上由于存在一些非线性环节，系统框图和实际回路存在差别，因此，在比例系数和积分时间T1取较小值时，系统的非线性因素会突出，可能发生振荡。0060内回路中可调参数除和T1外，还有给水流量分流系数W。将分流系数W与PI调节器整合为一个调节器，其传递函数00610062整定参数时，采用工程整定方法，最终达到将内回路整定为能迅速消除自发性内扰的具有快速响应的随动系统的目的。0063外回路方框图如图8所示。由比例积分PI调节器，执行机构特性。

34、系数KZ，给水电动调节阀特性系数K，给水流量传递函数GWS，汽包水位变送器的传递系数H组成回路，外回路也可看做单回路系统，因此，采用整定单回路调节系统的方法整定外回路，在该回路中，内回路处于调节器的位置，因此外回路的传递函数为00640065外回路稳定性取决于比例带，又W为一确定常数，因此，外回路的稳定性及调节性能是由W决定的。整定外回路时，通过工程方法，由汽包水位对给水流量阶跃响应曲线获得W的取值。0066燃料量扰动信号的微分信号和蒸汽流量在系统中为前馈信号，因此蒸汽流量信号说明书CN104373926A7/8页10强弱与燃料量影响因子B的取值并不影响系统稳定性。为克服稳态误差，选取DW；燃。

35、料量扰动对汽包水位变化的影响较慢，B不宜取过大，B的值由汽包水位对燃料量阶跃响应曲线获得。0067图6中GDS，GBS分别为蒸汽流量和燃油流量对过锅炉汽包水位影响的传递函数，比例积分控制器PI为具有比例控制规律的控制器与具有积分控制规律的控制器的双重运算法则的控制器。0068最后执行器按照比例积分器运算法则直接控制就地单元给水电动调节阀致使锅炉汽包水位控制在理想范围内。0069对于串级四冲量，与单级四冲量类似，燃料量作为副回路的前馈信号，由于副回路中主要是对流量信号的矫正调节，因此，燃料量前馈信号应给出流量量级的前馈信号，对此可确定B的值0070当过热蒸汽工况变化时的水位调节0071在燃烧调节。

36、未改变的条件下，过热蒸汽流量突变，以蒸汽量增加为例，系统调节过程为当过热蒸汽流量增加，PLC通过过热蒸汽流量计测定蒸汽流量变化，将这一变化值作为控制系统的前馈信号，将给水调阀开度减小响应的值，保证给水流量与过热蒸汽流量值相匹配；控制器的主调节回路对水位进行调节，使水位尽快稳定，此时，燃油流量没有变化，四冲量控制系统的燃油流量前馈保持，没有动作。0072当燃烧工况变化时的水位调节0073燃烧工况发生改变的条件是燃油流量发生改变，控制系统以500MS的时间间隔记录燃油流量，并计算燃油流量的变化信号。0074控制系统的前馈控制通过燃油流量的变化信号计算相应的阀位变化值，使给水调节阀位作相应的改变。0。

37、075燃烧条件改变，过热蒸汽流量发生变化，控制系统的前馈控制计算给水调阀的开度，使给水流量与蒸汽流量匹配。0076由于燃烧条件改变，汽包水位发生变化，控制系统检测的当前水位值并计算出与设定水位的差值，控制系统外回路计算给水调节阀的阀位变化值。0077控制系统计算出相应的阀位变化值，由控制系统的内回路将实际的阀门阀位调整到控制系统的计算阀位值，使水位趋于稳定。0078为对四冲量给水控制策略进行验证和分析，综合小型增压锅炉高热负荷、蒸汽产量和蒸汽参数较低等特点，并考虑到工程实际应用以及操作的复杂性等问题，选取单级三冲量控制策略作为验证四冲量水位控制系统的主要对照。控制参数选取主要见表1。0079表。

38、1不同控制策略的控制器参数表0080说明书CN104373926A108/8页110081根据以上参数，分别使用单级三冲量控制系统和单级四冲量控制系统，串级三冲量控制系统和串级四冲量控制系统在系统蒸汽流量扰动和燃料量扰动情况下对汽包水位进行控制。0082在蒸汽流量扰动情况下，单级三冲量控制系统和单级四冲量控制系统，串级三冲量控制系统和串级四冲量控制系统中汽包水位的响应曲线如图9。蒸汽流量扰动情况对汽包水位动态特性影响的试验中蒸汽流量的扰动条件同。得出以下结论对应蒸汽流量扰动情况，单级三冲量和单级四冲量控制系统具有极为相似的响应特性，串级三冲量和串级四冲量控制系统具有极为相似的响应特性，串级控制。

39、系统明显由于单级控制系统。0083如图9，由曲线中可以看出，在增加了燃料量的微分信号作为汽包水位的前馈后，其对于由于燃料量增加而引起的水位波动变化控制响应明显优于三冲量控制系统，特别是串级四冲量控制系统将水位控制在要求的波动范围内。0084本发明适用于负荷变化较剧烈的船舶锅炉水位水位调节，达到克服现有技术的因频繁变化燃烧热负荷引起的“虚假水位”对于水位变化过于剧烈的影响，实现对船舶增压锅炉“虚假水位”过于剧烈的控制，实现水位控制整体化，并且具有较好的适用性，有助于提高船舶锅炉水位控制的稳定性、精确性。0085以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104373926A111/4页12图1图2说明书附图CN104373926A122/4页13图3图4说明书附图CN104373926A133/4页14图5图6图7说明书附图CN104373926A144/4页15图8图9说明书附图CN104373926A15。