三冲量控制原理

信号采集与输入

汽包水位信号：通过安装在汽包上的水位测量装置（如差压式水位计）来获取。这个信号能直观反映汽包内实际水位的高低情况。例如，在一个典型的工业锅炉中，差压式水位计利用汽包内汽水介质密度的差异产生的压力差来测量水位。汽包水位是三冲量控制系统中的主信号，它的作用是和设定水位值进行比较，产生水位偏差信号，用于后续的控制运算。

蒸汽流量信号：由安装在蒸汽管道上的流量计（像涡街流量计、孔板流量计等）进行采集。蒸汽流量信号是一个前馈信号，这是因为蒸汽流量的变化会直接且快速地影响汽包水位。例如，当锅炉的蒸汽输出量突然增加时，汽包内的汽水混合物中的蒸汽含量迅速减少，导致水位下降。所以蒸汽流量信号能够提前告知控制系统蒸汽流量的变化情况，以便及时调整给水流量来补偿水位的变化。

给水流量信号：通过安装在给水管路上的流量计获取。这个信号是反馈信号，用于实时监控实际进入汽包的给水量。在控制过程中，它与根据水位偏差和蒸汽流量计算出的应该给水量进行比较，从而调整给水调节阀的开度。

信号处理与运算（以 PID 控制器为例）

水位偏差计算：将汽包水位信号与设定的水位值进行比较，得到水位偏差信号。例如，如果设定水位为 500mm，而实际测量水位为 480mm，那么水位偏差就是 - 20mm。这个水位偏差信号是控制的基础，后续的控制动作主要是为了消除这个偏差。

前馈控制部分：根据蒸汽流量信号，通过一定的比例关系来提前调整给水流量。假设蒸汽流量每增加 1t/h，根据经验或者系统动态特性分析，需要预先增加 1.2t/h 的给水流量来补偿水位下降。这个比例关系可以通过系统建模、现场调试等方式确定。这样，当蒸汽流量发生变化时，系统能够在水位还未出现明显下降之前就开始调整给水流量，起到预先补偿的作用。

反馈控制部分：利用给水流量信号进行反馈调节。将实际的给水流量与根据水位偏差和蒸汽流量计算出的应该给水量进行比较。如果实际给水流量小于应该给水量，就增大给水调节阀的开度；反之，如果实际给水流量大于应该给水量，就减小给水调节阀的开度。这种反馈调节能够保证给水流量的实际调整情况与控制目标相符合，使控制更加精准。

综合控制输出：通过 PID 控制器将水位偏差信号、蒸汽流量前馈信号和给水流量反馈信号进行综合运算。PID 控制器的比例（P）部分根据水位偏差的大小成比例地输出控制信号，偏差越大，输出信号越强，能快速调整给水调节阀的开度。积分（I）部分主要用于消除系统的稳态误差，当水位偏差存在较长时间时，积分作用会不断累积，使控制信号持续变化，直到水位偏差为零。微分（D）部分则根据水位偏差的变化速率来输出控制信号，当水位偏差变化很快时（如突然出现大幅度下降），微分作用会输出较大的控制信号，使给水调节阀快速反应，加快控制速度。最终输出的控制信号用于驱动给水调节阀，调节给水流量，使汽包水位稳定在设定范围内。

控制输出与执行

经过 PID 控制器等控制算法综合运算后的控制信号被发送到给水调节阀的执行机构。执行机构根据接收到的信号改变给水调节阀的开度。例如，如果控制信号要求增大给水流量，执行机构就会将给水调节阀的开度增大，从而使更多的水进入汽包，提高汽包水位；反之，如果控制信号要求减小给水流量，就会减小给水调节阀的开度。通过这种方式，实现对汽包水位的精确控制。