第11章计算机控制系统实例
前面几章着重介绍了计算机控制系统涉及到的软硬件知识、控制算法及设计方法等方面的内容，本章将结合两个有代表性的计算机控制系统设计和应用实例：工业锅炉计算机控制系统、硫化机计算机群控系统。
锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。
按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的有燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉。在化工、造纸、制糖等工艺过程中，还会产生各种毫无规则的聚合物、残渣等，可利用这些“燃料”产生的热量以及在化工生产中化学反应生产的热量，来生产各个部门所需要的蒸汽，因此又形成了废热锅炉。所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。
燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。
如果蒸汽负压发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；锅炉是一个典型的多变量对象，要
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进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。目前，锅炉控制系统大致可划分为三个控制系统：锅炉燃烧控制系统、锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制系统。
燃烧过程控制系统 (1)燃烧过程控制任务
锅炉的燃烧过程是一个能量转换和传递的过程，其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要(常以蒸汽压力为被控变量)；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的燃烧(常以烟气成分为被控变量)，提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。
在多变量对象中，调节量和被调量之间的联系不都是等量的，也就是说，对于一个具体对象而言，在众多的信号通道中，对某一个被调量可能只有一个通道对它有较重要的影响，其它通道的影响相对于主通道来说可以忽略。协调跟踪的原则，就是在多个单回路基础上，建立回路之间相互协调和跟踪的关系，以弥补用几个近似单变量对象来代替时所忽略的变量之间的关联。
此例中，锅炉燃烧过程的上述三个子系统间使彼此仍有关联。②为了保持在任何时刻都有足够的空气以实现完全燃烧，当热负荷增大时，应先增加送风量，后增加燃料量；由此可得到最佳空燃比α与空气量、燃料量测量信号IV和IB之间的关系如下：
假设机组所需负荷的信号为IQ，当系统处于稳态时，则有：
表明系统的燃料量适合系统的要求，而且达到最佳空燃比。进一步分
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析可知，燃料量控制子系统的任务在于，使进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应，维持主压力为设定值。为了使系统有迅速消除燃料侧自发扰动的能力，燃料量控制子系统大都采用以蒸汽压力为主参数、燃料量为副参数的串级控制方案。
保证燃料在炉膛中的充分燃烧是送风控制系统的基本任务。在大型机组的送风系统中，一、二次风通常各采用两台风机分别供给，锅炉的总风量主要由二次风来控制，所以这里的送风控制系统是针对二次风控制而言的。送风子控制系统的最终目的是达到最高的锅炉热效率，保证经济性。α是由烟气含氧量来反映的。因此常将送风控制系统设计为带有氧量校正的空燃比控制系统，经过燃料量与送风量回路的交叉限制，组成串级比值的送风系统。结构上是一个有前馈的串级控制系统。
锅炉给水控制系统
其任务是考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内，实现给水全程控制。给水控制也称为汽包水位控制。(2)给水控制系统的基本结构
单冲量控制系统
以水位信号H为被控量、给水流量作为控制量组成的单回路控制系统称为单冲量控制系统。单级三冲量控制系统
汽包水位、蒸汽流量和给水流量。蒸汽流量信号是前馈信号，当负荷变化时，它早于水位偏差进行前馈控制，及时的改变给水流量，维持进出汽包的物质平衡，有效地减少假水位的影响，抑制水位的动态偏差；稳态时使给水流量信号与蒸汽流量信号保持平衡，以满足负荷变化的需要；汽
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