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，为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。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(烟气含氧量)等。其中锅炉汽包水位的控制又是最主要的，为了克服虚假水位可能引起的误动作以及给水系统的干扰，引入了三冲量控制系统。由于目前国内大多数企业的锅炉系统仍采用老式的仪表盘(柜)控制台，少数采用微机控制，这其中的仪表又主要是常规仪表，这就给三冲量控制系统的投运及整定带来很大的困难，大多数此类系统都未能按照原始设计成功地在生产中运行。本文以某大型装置中废热锅炉的三冲量控制系统为例，来说明三冲量控制系统是如何在DCS(以TDC-3000为例)中实现的。
2、三冲量控制方案的介绍
废热锅炉是重油汽化装置中的一关键设备，它利用重油汽化产生的高温合成气降温所释放的巨大能量来生产高压蒸汽，同时对合成气进行冷却。三冲量控制系统实施的好坏具有举足轻重的作用：供水不足，可导致设备烧坏，甚至爆炸；供水太多，可能生产出不合格的蒸汽，影响到后续工段。其控制方案如图1所示。
图1 废热锅炉的三冲量控制系统
功能框图如图2所示，它是采用APM的标准算法和常规控制点来实现的。
图2 三冲量控制系统功能框图
3、三冲量控制方案的实施
①测控手段
液位测量变送器LT03采用了昌晖仪表生产的YR-ER101单晶硅差压变送器，其安装方法如图3所示。
图3 锅炉汽包水位差压变送器的安装图
具体安装时，带冷凝罐的高端接汽包水位差压变送器的正压室(H)，这样变送器工作在负特性下，线性较好，而且不必进行传统意义上的负迁移。现场引压管的敷设应保证一定的坡度，这样冷态开车时需要的蒸汽冷凝量才会有保证，现场指示与DCS指示才能相符。又因取样管线靠近废热锅炉，冷凝液温度较高，可能会随环境温度变化，从而导致液位测量值轻微波动，为消除此不稳定因素，应采用蒸汽全天侯伴热，并加保温处理。
②锅炉汽包水位测量差压变送器量程范围的确定
YR-ER101单晶硅差压变送器量程、零点的调整是通过HART手操器来实现的。锅炉汽包水位测量差压变送器量程下限和量程上限分别为：
变送器量程下限量程：△P0=ρ1×H=0.958×260=249mmH2O；此时，液位0%，差压变送器输出4mA。
变送器量程上限量程：△PF=△P0-ρ2×H=249-0.703×260=66mmH2O；此时，液位100%，差压变送器输出20mA；
其中ρ1为差压变送器正、负引压管内冷凝液的密度，取958kg/m3；ρ2为废热锅炉内工艺介质的密度，为确保测量精度，根据工艺条件以及液体的平均蒸发率(11.4%)，此时的密度进行如下修正： ρ2=790.4×(1-0.114)+22.4×0.114=702.85kg/m3；
③控制方程
参照上述功能框图，得出控制方程为：
PVCALC=C1×P1+C2×(P2-C3)+C4
公式中PVCALC为计算值(m3/h)；P1为工艺蒸汽量(m3/h)；P2为LIC03的输出值(%)C1-P1的系数(0.0005)(kg/h→m3/h)；C3-50%；C2-P2的系数(0.15)(%→m3/h)；C4偏差(0.0)
故LY03A的PV值=0.0005×FIA10.PV+0.15×(LICA03.OP-50)+0.0；
4、三冲量控制系统投运
组态时将上述参数输入DCS，在手动状态下，将工艺调整稳定后即可对系统进行投运。
①LYC03置自动
进行给水流量单冲量控制(注：DCS软件自身设置为：当LYC03在手动(MAN)或自动(AUTO)方式时，系统只能为单冲量系统；当LYC03投串级(CAS)时，LYC03自动变为AUTO方式，自动投入三冲量控制。按经验法进行PID参数整定，得LYC03的整定，结果为K=0.17，TI=13s(积分时间)，T2=0.0(微分时间)。运行稳定。
②将LYC03投串级
此时LYC03自动变为自动方式，系统即进行三冲量控制。进行LYC03的PID参数整定，结果为：K=0.17，TI=13s(积分时间)，T2=0.0(微分时间)。此时投运工作便告完成。
5、系统变通
本控制系统设计比较灵活，若实际生产需要，也可很容易地在原来的基础上实现二冲量控制。只需将控制方程中的各参数作如下修改：C1=0.0；C2=0.15；C3=0.0；C4=0.4，其投运步骤同三冲量控制系统。
实践证明，与常规仪表(//www.e-cumulus.com/product/)相比， DCS是很容易实现三冲量这类高级控制方案的，该控制系统功能完善，运行可靠，维护量小，保障了废热锅炉的安全稳定运行。此外，对于其它高级先进控制方案，在DCS中也是很容易实现的，这充分体现了DCS的高级控制功能。
作者：北京化工大学自动化系 程新谦、厉玉鸣
