簡介
工業鍋爐給水自動控制系統，原則上可從影響被控對象動態特性的給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負荷等主要因素中，選擇一個因素作為調節手段(即調節參數)，將被控變數通過調節器和執行器構成一個閉合迴路，組成給水自動控制系統。對鍋爐給水自動控制系統來說，蒸汽量及爐膛熱負荷都是由外界負荷所決定的，它必須隨時滿足外界負荷的需要。因此，只有給水量可作為給水自動控制的調節手段(調節參數)。
常用的給水自動控制系統有以水位為唯一調節信號的單參數控制系統、以水位為主要調節信號，又以蒸汽流量作為補充信號的雙參數控制系統，又稱為雙參數給水控制系統、仍以水位為主要調節信號，又以蒸汽流量和給水流量作為補充信號的三參數控制系統，稱為三參數給水控制系統。
單參數給水自動控制系統
圖1 單參數給水自動控制系統單參數給水自動控制如圖1所示。它是汽包給水自動控制中最簡單、最基本的一種形式。它以水位為唯一的控制信號。即調節器只根據水位變化去改變給水調節閥的開啟度。這種控制系統由汽包、 水位變送器 LT、調節器 LC與給水調節閥組成。當汽包水位發生變化時，水位變送器發出信號並輸入調節器，調節器將水位信號與沒定值相比較得出偏差信號，經過運算放大後輸出控制信號，然後通過執行機構帶動給水調節閥，對給水量進行自動控制，來保持汽包水位在允許的波動範圍內。
中小型鍋爐的汽包相對負荷的容量較大，水位受擾動後的反映速度較慢，“虛假水位”現象不很嚴重，對汽包水位控制的要求不高，採用比例積分控制規律，可以實現無差控制，使水位的波動幅度減小，可滿足鍋爐運行的要求。
單參數給水自動控制系統，在鍋爐負荷變化幅度與速率很大時，受鍋爐“虛假水位”的影響，勢必會使控制質量下降，例如蒸汽負荷增加時，水位一開始先上升，調節器只根據水位作為控制信號，就去關小調節閥而減少給水量，這個動作對鍋爐流量平衡是錯誤的，它在控制過程一開始就擴大了蒸汽流量與給水量的差值，使水位和給水量的波動幅度增大。又例如由於給水總管壓力改變等原因所造成的給水量變動時，調節器要等到水位改變後才開始動作，而在調節器動作後又要經過一段滯後時間才能對水位發生影響，因此。水位不可避免地會發生較大的波動變化。由於單參數控制系統存在這些缺點，對於“虛假水位”現象嚴重及水位反應速度快的鍋爐不宜使用。為了改善控制品質，滿足運行要求，需採用雙參數給水自動控制系統。
雙參數給水自動控制系統
圖2 雙參數給水自動控制系統在單參數給水控制的基礎上，引入蒸汽流量作為前饋信號。構成如圖2所示的雙參數給水自動控制系統。
雙參數給水自動控制系統由汽包水位變送器、蒸汽流量變送器、調節器和執行器組成。這種系統中的調節器接受汽包水位和蒸汽流量兩個信號，蒸汽流量信號是為了克服蒸汽流量擾動對 “虛假水位”影響而引入的補償信號。
這種系統在運行中，當蒸汽量突然減小時，按蒸汽流量信號應該關小給水調節閥，而此時“虛假水位”信號卻要開大給水調節閥，這兩個信號在調節器中是互相制約的，因此，調節器暫時基本上不會動作。只有當給水流量與蒸汽流量的不平衡引起水位上升時，調節器才發出信號。相應地減小給水流量，由於蒸汽流量信號的超前作用，可以克服“虛假水位”引起的調節器誤動作，使控制過程比較平穩。
當給水母管壓力或汽包壓力波動時，會引起給水調節閥前後壓差的變化，使給水量在調節閥開度沒有改變的情況下也發生變化，因此，經過一段延遲時間後，汽包水位也發生變化，這個變化過程是比較緩慢的。當水位變化後，調節器才接受水位信號，再改變給水調節閥的開度以恢復原來的給水流量。在這個控制過程中，汽包水位將有較大的動態偏差。
由此可見，雙參數單迴路給水自動控制系統，由於有蒸汽流量信號的超前作用，可以克服“虛假水位”引起的調節器誤動作，改善了在蒸汽流量擾動下的控制品質。但是，這種系統仍不能迅速消除給水流量擾動的影響。
三參數給水自動控制系統
圖3 三參數給水自動控制系統圖三參數給水自動控制系統由汽包水位、變送器 LT、蒸汽流量變送器 F T、給水流量變送器 F T 、調節器 LC和給水調節閥組成，如圖3所示。
在這種控制系統中，調節器接受汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號，進入調節器的信號極性標以“+”的表示信號增大時調節器應使調節閥關小。因此，水位信號的極性為“+”。因為水位信號的增大是汽包水位下降的反映，此時調節器應開大給水調節閥。同樣，蒸汽流量信號的極性也是“+”，而給水流量信號的極性則為“-”。調節器的內部設定信號即水位定值信號，它與水位信號相平衡，所以水位定值信號的極性應為“-”。
在這種控制系統中，汽包水位信號是主信號，也是校正信號，因為任何擾動引起的汽包水位變化，都會使調節器動作，而改變給水調節閥的開度，使汽包水位恢復到設定值。因此，被控變數水位信號構成的迴路能消除各種內、外擾動對水位的影響，保證汽包水位在工藝要求所允許的波動範圍內。蒸汽流量信號為前饋信號，當蒸汽流量突然增大時，“虛假水位”現象要使調節器發出關小調節閥的信號，與此同時，外擾信號一蒸汽流量作為前饋信號加到調節器，使調節器發出開大給水調節閥的信號。這兩個信號相互制約，減少或抵消了“虛假水位”的影響，從而改善了控制品質。
給水流量信號是反饋信號，它能及時反映給水流量的變化。因為當給水調節閥的開度改變或由於內擾使給水流量變化時，給水流量信號反應很快，遲延很小(約為1～3s)，在被控變數水位還未及變化的情況下，調節器即可消除內擾而使控制過程穩定。因此，給水流量信號局部反饋形成的內迴路能迅速消除給水側的擾動，穩定給水流量。例如給水流量減少，則調節器立即根據給水流量減少的信號開大給水調節閥，使給水流量維持不變，使汽包水位很少受到影響。此外，給水流量信號也是調節器動作後的反饋信號，使調節器及早知道控制的效果。
這種控制系統對三個信號的靜態配合有嚴格的要求，蒸汽流量信號和給水流量信號的大小應當正確選擇，通常取兩者相等，這樣在控制結束後這兩個訊號恰好抵消，被控變數水位必然等於設定值。在三參數給水自動控制系統中，由於引入了蒸汽流量與給水流量的控制信號，控制系統動作及時，所以它有較強的抗干擾能力，在較大的擾動時也能有效地控制水位的變化，顯著地改善了控制系統的控制品質。
對於現代大、中型鍋爐來說、對象控制通道的遲延和飛升速度都比較大，“虛假水位”現象也比較嚴重，工藝上對控制質量的要求又比較高，因此，普遍採用了具有蒸汽流量前饋信號及給水流量反饋信號和汽包水位主信號的三參數給水自動控制系統。
