典型过程控制系统设计课件
合集下载
典型过程控制系统应用PPT课件
2、详细工程设计阶段 在详细工程设计阶段，主要完成下列工作： (1)提交仪表连接、安装设计条件； (2)接受管道平面图和分包方技术文件； (3)配合系统专业完成P&ID E版、F版、G版； (4)完成工程设计文件。
六、自控工程设计的方法
1、熟悉工艺流程； 2、确定自控方案，完成工艺控制流程图(PCD)，并 配合工艺系统专业完成各版管道仪表流程图(P&ID) 3、仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件； 4、控制室设计； 5、节流装置和调节阀的计算； 6、仪表供电、供气系统的设计； 7、依据施工现场的条件，完成控制室与现场间联 系的相关设计文件；
《化工装置自控工程设计规定》是把自控 专业工程设计阶段应完成的工作，所需涉及 列的设计程序、设计方法、设计内容、设计 管理等方面规定，以及工程设计所需用的图 表、标准规范而综合编制成的行业标准。
本设计标准适用于化工、石油化工、石 油、轻纺、国防等行业的自控专业工程设计。
包括4项化工行业标推，共含22个分规定 1《自控专业设计管理规定》(HG／T20636)(含10个分规定)
二、自控工程设计阶段的工作分为六个方面
(1)根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图 (PCD)； (2)配合系统专业绘制各版管道仪表流程图(P&ID)； (3)征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见； (4)编制仪表采购单，配合采购部门开展仪表和材料 的采购工作；
(5)确定仪表制造商的有关图纸．按仪表制造商返回 的技术文件，提交仪表接口条件，并开展有关设计 工作：
2、《自控专业工程设计文件的编制规定》(HG／T20637) (含8个分规定)
(1)“自控专业工程设计文件的组成和编制”(～.1)； (2)“自控专业工程设计用图形符号和文字代号”(～.2)； (3)“仪表设计规定的编制”(～.3)； (4)“仪表施工安装要求的编制”(～.4)； (5)“仪表采购单的编制”(～.5)： (6)“仪表技术说明书的编制”(～.6)； (7)“仪表安装材料的统计“(～.7)： (8)(仪表辅助设备及电缆、管缆的编号)(～.8) 3、《自控专业工程设计文件深度的规定》(HG／T20638) 4、《自控专业工程设计用典型图表及标准目录》(HG／ T20639) (1)“自控专业工程设计用典型表格”(HG／T20639.1)： (2)“自控专业工程设计用典型条件表”(～.2)； (3)“自控专业工程设计用标准目录”(～.3)。
典型工业过程控制系统PPT课件
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 LC
单冲量控制系统
第9页/共80页
单冲量汽包水位控制系统的特点
•结 构 简 单 ， 投 资 少 。 •适用于虚假水位不严重 ，负荷较平稳的场合 (小型锅炉)。 •为 安 全 运 行 ， 可 设 置 水 位 报 警 和 联 锁 控 制 系 统 。 •但 由 于 存 在 虚 假 水 位 的 反 向 特 性 ， 当 负 荷 变 化 比 较 大 时 ， 会 造 成 控 制 器 输 出 误 动 作 ， 影响控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改 变给水量，因此，控制不及时。
第2页/共80页
锅炉设备的控制问题
工程上一般将锅炉的控制系统划分为：汽包水位控制系统、燃烧控制系统和过 热蒸汽控制系统，下面分别对这三个控制系统的典型方案进行讨论。
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
负 荷 锅炉设备
第3页/共80页
水位 蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
一、锅炉汽包水位的控制 被控变量：汽包水位，用H (s)表示； 控制变量：汽包给水量流量，用G (s)表示； 主要干扰：蒸汽负荷(蒸汽流量)，用D (s)表示； 其它扰动：给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变化； 通道对象：非自衡、反向特性、非线性等特性。
被控变量组成的串级控制系统，及蒸汽压力为主被 控变量、空气量为副被控变量的串级控制系统。
系统中燃料量与空气量的比值关系是通过 燃料控制器和空气控制器的正确动作间接保证的， 该方案能够保证蒸汽压力恒定。
第19页/共80页
方案三：逻辑提量/减量控该制方案系以统蒸汽压力为主
被控变量，燃料和空气并列 为副被控变量的串级控制系 统。既能保证蒸汽压力恒定， 又可实现燃料的完全燃烧。
过程控制系统设计 PPT课件
注意：考虑工艺的合理性、被控变量必须是独立可控。
15
（一）确定控制变量与控制方案
2、操纵变量的选择 选择时考虑：
（1）工艺合理性 （2）被控对象的特性
操纵变量
q
干 扰
ƒ
对象
被控变量
y
（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时 间常数较小，纯滞后越小越好；
（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小， 时间常数越大越好
阻力越大，C值越小
CF
P
C的大小反映调节阀流量F的大小， 故习惯称为流通能力
C的定义：调节阀全开，阀两端压差为100Kpa，介质密度
为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量（m3/h）。
22
1、有关的系数 （1）阻塞流
当阀前压力一定，通过阀的流量随阀前后差压的增大而增 大，到达临界状态时，流量不随△P变化，为最大流量的流 动状况。 阻塞流的流量与差压的关系不遵循流量方程。
第4章 工程设计
4.1 概述 4.2 工程设计步骤 4.3 工程设计内容 4.3.1 确定控制变量与控制方案 4.3.2 硬件选择 4.3.3节流元件计算 4.3.4 调节阀选择 4.3.5 计算举例
1
4.1概述
4.1.1工程设计的定义
把生产过程自动化的各种控制方案，用设 计图纸资料和设计文件资料表达出来的全 部工作。
2
4.1.2自控工程设计的基本任务
从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定 生产过程自动化水平。
根据工艺要求，确定各种检测参数。 主要控制参数的控制系统的设计。 工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。 控制室、仪表盘的设计。 仪表车间的设计。
3
4.1.3对工程设计人员的要求
15
（一）确定控制变量与控制方案
2、操纵变量的选择 选择时考虑：
（1）工艺合理性 （2）被控对象的特性
操纵变量
q
干 扰
ƒ
对象
被控变量
y
（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时 间常数较小，纯滞后越小越好；
（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小， 时间常数越大越好
阻力越大，C值越小
CF
P
C的大小反映调节阀流量F的大小， 故习惯称为流通能力
C的定义：调节阀全开，阀两端压差为100Kpa，介质密度
为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量（m3/h）。
22
1、有关的系数 （1）阻塞流
当阀前压力一定，通过阀的流量随阀前后差压的增大而增 大，到达临界状态时，流量不随△P变化，为最大流量的流 动状况。 阻塞流的流量与差压的关系不遵循流量方程。
第4章 工程设计
4.1 概述 4.2 工程设计步骤 4.3 工程设计内容 4.3.1 确定控制变量与控制方案 4.3.2 硬件选择 4.3.3节流元件计算 4.3.4 调节阀选择 4.3.5 计算举例
1
4.1概述
4.1.1工程设计的定义
把生产过程自动化的各种控制方案，用设 计图纸资料和设计文件资料表达出来的全 部工作。
2
4.1.2自控工程设计的基本任务
从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定 生产过程自动化水平。
根据工艺要求，确定各种检测参数。 主要控制参数的控制系统的设计。 工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。 控制室、仪表盘的设计。 仪表车间的设计。
3
4.1.3对工程设计人员的要求
《过程控制系统设计》PPT课件
▪ 孔板、文丘里管、喷嘴
❖ 命题
▪ 确定所要求取的参数——流量、孔径、压差
❖ 从层流到紊流的分界线取决于
▪ 流量、流体的密度、粘度和管道内径
❖ 雷诺数Re
▪ Re〈2300 层流 ▪ Re〉4000 紊流
46微米厚的液晶层的流动。 当电场强度平缓增加时 •层流（右上） •弱的湍流（左下） •方格状对流（右下） 下侧两图混沌→湍流
ppt课件
14
3 过程控制系统设计
(2) 雷诺数Re（续）
ppt课件
8
3 过程控制系统设计
(3) 推断控制 当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变 量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变 量保持在预期值。
ppt课件
9
3 过程控制系统设计
3.3 过程控制系统硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可
以选定系统硬件，包含：
保护
❖ 控制装置
装置
❖ 测量仪表、传感器 ❖ 执行机构
ppt课件
11
3 过程控制系统设计
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则
❖ 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控 制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传 感器
❖ 选型原则：
▪ 可靠性 ▪ 实用性 ▪ 先进性
ppt课件
12
3 过程控制系统设计
3.4 流量计选择
3.4.1 流量计算有关的基本概念
(1) 流量Q 流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面 的数量成为流量。
ε 可膨胀系数
a 节流装置开孔截面积
ρ1 流体流过节流装置前的密度
Δp 节流元件前后压力差
ppt课件
23
3 过程控制系统设计
❖ 命题
▪ 确定所要求取的参数——流量、孔径、压差
❖ 从层流到紊流的分界线取决于
▪ 流量、流体的密度、粘度和管道内径
❖ 雷诺数Re
▪ Re〈2300 层流 ▪ Re〉4000 紊流
46微米厚的液晶层的流动。 当电场强度平缓增加时 •层流（右上） •弱的湍流（左下） •方格状对流（右下） 下侧两图混沌→湍流
ppt课件
14
3 过程控制系统设计
(2) 雷诺数Re（续）
ppt课件
8
3 过程控制系统设计
(3) 推断控制 当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变 量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变 量保持在预期值。
ppt课件
9
3 过程控制系统设计
3.3 过程控制系统硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可
以选定系统硬件，包含：
保护
❖ 控制装置
装置
❖ 测量仪表、传感器 ❖ 执行机构
ppt课件
11
3 过程控制系统设计
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则
❖ 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控 制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传 感器
❖ 选型原则：
▪ 可靠性 ▪ 实用性 ▪ 先进性
ppt课件
12
3 过程控制系统设计
3.4 流量计选择
3.4.1 流量计算有关的基本概念
(1) 流量Q 流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面 的数量成为流量。
ε 可膨胀系数
a 节流装置开孔截面积
ρ1 流体流过节流装置前的密度
Δp 节流元件前后压力差
ppt课件
23
3 过程控制系统设计
典型过程控制系统设计课件
10.1典型生产过程控制
10.1.1电厂锅炉的过程控制 一、火力发电厂的生产流程
在火力发电厂，最基本的工艺 过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机 运转，进而带动发电机发电。
火力发电厂外观 锅炉控制是火力发电生产过程自 动化的重要组成部分。它的主要任务 是根据负荷设备（汽轮机）的需要， 供应一定规格（压力、温度、流量和 纯度）的蒸汽。
器随之动作，控制调节阀,从而使主汽 温控制在允许的范围之内，使控制质 量得到保证。
图10－4 过热蒸汽温度串级控制
为进一步提高控制质量，还可以考虑将负荷干扰作为前馈信号，构成前馈－ 反馈串级控制系统。
过热蒸汽温度控制
烟道气
烟道气
s
过热蒸汽 减温器 减 温 水
过热蒸汽 减温器 过热器 减 温 水
2
★ 过热系统的自动控制系统：满足过热度、壁温等要求
锅炉设备的主要控制系统
控制系统
锅炉给水控制系统
被控变量
锅炉汽包水位
操纵变量 控制目的
给水流量 锅炉内生产的蒸汽和给水 的物料平衡 燃料流量 蒸汽负荷的平衡 送风流量 燃烧的完全和经济性 引风流量 锅炉运行的安全和经济性
锅炉燃烧控制系统
蒸汽压力 烟气成分 炉膛负压
杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、
视。
锅炉设备的工艺流程
D PM 减温器 负荷设备 调节阀 过热蒸汽送 负荷设备
汽 包
炉墙
过热器 炉 膛
省 煤 器
热空气 送往炉膛 空气预热器 给水 冷空气 烟气 (经引风机送往烟囱)
热空气 燃料 燃料嘴
锅炉对象：多输入多输出
蒸汽 流量
给水流量 燃料量 送风量
蒸汽负荷（蒸汽流量），用D (s)表示
过程控制系统课件第一章绪论(共67张PPT)
系统稳态准确性的指标。
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1
1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页
自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。
过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。
控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
共六十七页
y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1
1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页
自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。
过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。
控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
共六十七页
y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统
过程控制系统设计实例PPT课件
第12页/共41页
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
1. 锅炉汽包水位的动态特性
影响汽包水位变化的因素很多，但主要是锅炉蒸发量（蒸 汽流量D）、给水流量W和燃料量B。
⑴ 在给水流量作用下汽包水位的动态特性
当给水流量扰动作阶跃变化后， 汽包水位起初并不立即上升，而 是呈现出一段起始惯性段，这近 似于一个积分环节和时滞环节的 串联，故可用下列传递函数表示
加法器的运算式为
P C1Ic C2 I F I0
双冲量控制系统 方案1
Ic—液位控制器LC的输出； IF—蒸汽流量变送器的输出； I0 —初始偏置值。 正常负荷下，I0正好与C2IF抵消； C1、C2为加法器系数。
第17页/共41页
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
故对于汽包内水的停留时间、负 荷变化较大的情况不宜采用。
第16页/共41页
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 双冲量控制系统 （前馈-反馈控制系统）
在汽包水位控制中，最主要的干扰就是负荷的变化。如果将 蒸汽量引入系统作为校正信号，就可有效纠正虚假水位引起 的误动作，从而减小水位的波动，提高控制品质。
备群.
火力发电生产过程原理框图
第4页/共41页
第9章 过程控制系统设计实例
1. 火力发电厂工艺过程
能 量
燃料的化学能
形 态
蒸汽的热能
的 转
机械能
变
过
程
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
蒸汽的热能（在锅炉中进行） 汽轮发电机旋转的机械能 电能（在发动机中进行）
火电单元机第5组页生/共产41流页程示意图
过程控制系统应用实例PPT课件
第10页/共56页
10.1.3.2精馏段参数控制
以塔顶采出液为主要产品时，往往以精 馏段的温度作为衡量质量的间接指标，可选精
馏段某点温度作为被控参数，以回流量QL作为
控制变量组成单回路控制系统，也可组成串级 控制系统。
进料量、塔压、塔底采出量与塔顶馏出
液的控制方案与提馏段温控时相同；再沸器加
热量应足够大，且维持一定，使精馏塔在最大
第23页/共56页
从图10.8的工艺流程可以看出，锅 炉系统主要的被控参数有汽包水位、过热蒸 汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、燃—空 配比；主要的控制变量有：锅炉给水、燃料 量、减温水流量、送风量。这些被控参数和 控制变量之间相互影响的关系相当复杂。
图10.8 锅炉工艺流程图
第24页/共56页
锅炉的控制可划分为下面几个控制子系统：
1．蒸气流量对汽包水位的 影响
在其它条件不变的情 况下，蒸气流量突然增加， 会使汽包的物料平衡发生变 化，汽包瞬时流出水量大于 流入量，汽包存水量减少。
图10.10中的ΔH1(t)表示将
汽包当作非自衡单容对象看 待时，汽包水位对蒸汽流量 的阶跃响应曲线。
D
ΔD(t)
D0 t
H
ΔH2(t)
H0 t
ΔH(t)
负荷时，能保证塔底产品的质量指标稳定在一
定范围内。
第11页/共56页
精馏段温度控制系统的特点： ①用精馏段温度作为间接质量指标能较迅速、 直接地反映提馏段产品品质。 ②当干扰首先进入精馏段，如在汽相进料时， 进料产生的干扰首先引起精馏段和塔顶的参数 变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响 应比较迅速。 ③串级控制系统的流量回路对回流罐液位与 压力、精馏塔内压力等干扰对回流量的影响有 较强的抑制，可实现被控参数的高精度控制。
10.1.3.2精馏段参数控制
以塔顶采出液为主要产品时，往往以精 馏段的温度作为衡量质量的间接指标，可选精
馏段某点温度作为被控参数，以回流量QL作为
控制变量组成单回路控制系统，也可组成串级 控制系统。
进料量、塔压、塔底采出量与塔顶馏出
液的控制方案与提馏段温控时相同；再沸器加
热量应足够大，且维持一定，使精馏塔在最大
第23页/共56页
从图10.8的工艺流程可以看出，锅 炉系统主要的被控参数有汽包水位、过热蒸 汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、燃—空 配比；主要的控制变量有：锅炉给水、燃料 量、减温水流量、送风量。这些被控参数和 控制变量之间相互影响的关系相当复杂。
图10.8 锅炉工艺流程图
第24页/共56页
锅炉的控制可划分为下面几个控制子系统：
1．蒸气流量对汽包水位的 影响
在其它条件不变的情 况下，蒸气流量突然增加， 会使汽包的物料平衡发生变 化，汽包瞬时流出水量大于 流入量，汽包存水量减少。
图10.10中的ΔH1(t)表示将
汽包当作非自衡单容对象看 待时，汽包水位对蒸汽流量 的阶跃响应曲线。
D
ΔD(t)
D0 t
H
ΔH2(t)
H0 t
ΔH(t)
负荷时，能保证塔底产品的质量指标稳定在一
定范围内。
第11页/共56页
精馏段温度控制系统的特点： ①用精馏段温度作为间接质量指标能较迅速、 直接地反映提馏段产品品质。 ②当干扰首先进入精馏段，如在汽相进料时， 进料产生的干扰首先引起精馏段和塔顶的参数 变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响 应比较迅速。 ③串级控制系统的流量回路对回流罐液位与 压力、精馏塔内压力等干扰对回流量的影响有 较强的抑制，可实现被控参数的高精度控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽轮发电机组
二、单元机组生产流程示意图（各单元说明。。。）
1－汽轮机高压缸； 2－汽轮机中、低压 缸；3－汽包；4－ 炉膛；5－烟道；6 －发电机；7－冷凝 器；8－补充水；9 －凝结水泵；10－ 循环水泵；11－低 压加热器；12－除 氧器；13－给水泵； 14－高压加热器； 15－给水调节机构； 16－省媒器；17－ 过热器；18－减温 器； 19－汽机高压调汽门；20－再热器；21－再热器减 温器；22－汽机中压调汽门；23－媒粉仓；24－燃 料量控制机构；25－喷燃器；26－送风机；27－空 气预热器；28－调风门；29－水冷壁管；30－引风 机；31－烟道挡板。
1.汽包水位控制的重要性 将锅炉的汽包水位控制在一个允许范围内，是锅炉运行的主要指标， 也是锅炉能提供符合质量要求的蒸汽负荷的必要条件。 2.汽包水位的控制方案 一种可行的控制方案是以汽包水位为主被控参数、给水流量为副被 控参数、蒸汽流量为前馈信号的三冲量前馈－反馈串级控制系统。 采用这种控制方案的理由分析如下：
蒸汽负荷（蒸汽流量），用D (s)表示
通道对象：
非自衡、非最小相位和非线性等特性
汽包水位的对象特性
干扰通道特性
D
控制通道特性
G
t H H2
t H H1 H τ t
H0
H H1
t
H ( s) K1 K2 D( s ) s T2 s 1
H ( s) K 0 s e G (s) s
汽包水位的单冲量控制
蒸汽 汽 包 省 煤 器 给 水 LC
（2）双冲量水位控制方案 如果根据蒸汽流量的变化来校正虚假水位的误动作，就能使调节阀动 作准确及时，减少水位的波动，改善控制质量。也就是说，若将蒸汽流 量作为前馈信号，就构成了双冲量控制系统。
图10－1 双冲量控制系统流程图及方框图
显而易见，该控制方案与单冲量水位控制相比，控制质量已有明显改 善，但它对于给水系统的干扰仍不能有效克服，需要再引入给水流量 信号构成三冲量串级控制系统。 （3） 三冲量串级控制方案 该控制系统由主、副两个调节器和 三个冲量（汽包水位、蒸汽流量、 给水流量）构成。其中，主调节器 为水位调节器，副调节器为给水流 量调节器，蒸汽流量为前馈信号。 三冲量前馈－反馈串级控制系统在 克服虚假水位的影响、维持水位稳 定、提高给水控制质量等多方面都 优于前述两种控制系统，是现场广 泛采用的汽包水位控制方案。 图10－2 汽包水位三冲量串级控制系统流程图
第10章
典型生产过程控制 与工程设计
本章要点
1）了解电厂锅炉的各种控制要求，熟悉它们的 控制方案； 2）掌握锅炉燃烧过程控制系统的设计方法； 3）了解精馏塔的控制任务, 熟悉各变量之间的 关系； 4）掌握精馏过程控制系统的设计方法； 5）了解工程设计的基本要求与基本内容； 6）了解项目报告、施工图的设计方法以及抗干 扰问题的解决方案。
10.1典型生产过程控制
10.1.1电厂锅炉的过程控制 一、火力发电厂的生产流程
在火力发电厂，最基本的工艺 过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机 运转，进而带动发电机发电。
火力发电厂外观 锅炉控制是火力发电生产过程自 动化的重要组成部分。它的主要任务 是根据负荷设备（汽轮机）的需要， 供应一定规格（压力、温度、流量和 纯度）的蒸汽。
锅炉设备的主要控制系统
★ 给水自动控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽） 被控变量：汽包液位 操纵变量：给水量 ★ 锅炉燃烧的自动控制系统：满足经济性、安全性和环保要 求 被控变量：蒸汽压力 被控变量：烟气含氧量 被控变量：炉膛负压 被控变量：过热蒸汽温度 操纵变量：燃料量 操纵变量：送风量 操纵变量：引风量 操纵变量：喷水量
（1）单冲量水位控制方案 以汽包水位为被控参数、给水流量为控制参数构成的单回路控制系 统称为单冲量控制系统。这种系统结构简单、设计方便，缺点是克服给 水自发性干扰和负荷干扰的能力差（虚假水位问题。。。）。
汽包水位的控制问题
被控变量：汽包水位，用H (s)表示 控制变量：汽包给水量，用G (s)表示 主要干扰：
过热蒸汽控制系统
过热蒸汽温度
喷水流量 过热蒸汽的温度和安全性
锅炉设备的控制问题
负 荷 给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量 锅炉设备 水 位
蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
系统分解：（1）锅炉汽包水位的控制； （2）锅炉燃烧系统的控制； （3）过热蒸汽系统的控制。
10.1.1.1
汽包水位控制
杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、
视。
锅炉设备的工艺流程
D PM 减温器 负荷设备 调节阀 过热蒸汽送 负荷设备
汽 包
炉墙
过热器 炉 膛
省 煤 器
热空气 送往炉膛 空气预热器 给水 冷空气 烟气 (经引风机送往烟囱)
热空气 燃料 燃料嘴
锅炉对象：多输入多输出
蒸汽 流量
给水流量 燃料量 送风量
★ 过热系统的自动控制系统：满足过热度、壁温等要求
锅炉设备的主要控制系统
控制系统
锅炉给水控制系统
被控变量
锅炉汽包水位
操纵变量 控制目的
给水流量 锅炉内生产的蒸汽和给水 的物料平衡 燃料流量 蒸汽负荷的平衡 送风流量 燃烧的完全和经济性 引风流量系统
蒸汽压力 烟气成分 炉膛负压
非最小相位特性
H ( s) K1 K2 D( s ) s T2 s 1 H ( s) ( K 2 K1T2 ) s K1 K1 (T0 s 1) D( s ) s(T2 s 1) s(T2 s 1)
K2 T0 T2 K1
对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零 点）的条件为 K T0 2 T2 0 K1
给水 压力
水位 炉膛负压
锅
炉
蒸汽压力
引风量
减温水
燃烧率
过热蒸汽温度
锅炉设备的主要控制要求
汽包的液位，蒸汽的压力：保持在一定 范围内，适应用户负荷的变化。 过热蒸汽温度：保持在一定范围内。 炉膛负压：保持在一定范围内。 燃烧完全：根据经济性和环保的要求。
运行安全：液位，炉膛负压，过热度，蒸 汽压力等在安全运行范围内。
重点以锅炉汽包水位控 制、过热蒸汽温度控制、锅 炉燃烧控制为例讨论它们的 控制方案。
大型单元机组的生产过程及其对控制的要求
大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设
备组成的庞大的设备群。锅炉的产热、汽机的做功及发
电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复 操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性 和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重