热工控制系统汽温控制系统
热工控制系统实验三过热汽温串级控制系统仿真实验样本
实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验一、实验目1.理解过热汽温串级控制系统构造构成。
2.掌握过热汽温串级控制系统性能特点。
3.掌握串级控制系统调节器参数实验整定办法。
4.分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质影响。
二、实验原理本实验以某300MW 机组配套锅炉过热汽温串级控制系统为例, 其原理构造图如下图所示:过热器过热器喷水减温器图3－1 过热汽温串级控制系统原理构造图由上图, 可得过热汽温串级控制系统方框图如下:扰动图3－2 过热汽温串级控制系统方框图● 主调节器在图3－2所示过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ）调节器, 其传递函数为:()11111111111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ⎛⎫=++=++ ⎪⎝⎭式中: ——主调节器比例系数( )；1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)；1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。
● 副调节器在图3－2所示过热汽温串级控制系统中副调节器 采用比例（P ）调节器,其传递函数为:()2221T p W s K δ==● 式中: ——副调节器比例系数( )。
● 导前区对象在图3－2所示过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 传递函数分别为:（1）50％负荷下导前区对象传递函数: ● （2）100％负荷下导前区对象传递函数: ● 惰性区对象在图3－2所示过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 传递函数分别为:（1）50％负荷下惰性区对象传递函数: （2）100％负荷下惰性区对象传递函数:三、实验环节1.在MATLAB 软件Simulink 工具箱中, 打开一种Simulink 控制系统仿真界面, 依照图3－2所示过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下:图3－3 过热汽温串级控制系统仿真组态图惰性区对象传递函数模块建立惰性区对象传递函数为三阶惯性环节, 在组态图中采用建立子模块方式建立惰性 区对象传递函数模块。
汽轮机热工控制系统故障分析及处理
汽轮机热工控制系统故障分析及处理摘要：目前，在火力发电厂中，应用最为广泛的原动机就是汽轮机，它有着十分多的优点，比如有着较大的单机功率、较长的使用寿命以及效率比较高等等。
随着科学技术的不断更新，汽轮机的热工控制系统日趋成熟，但是，这项技术并不简单，有着较强的功能性，涵盖了汽轮机组运行的各个程序，这样就难免出现这样那样的故障问题。
本文将重点描述热工控制系统各项故障检测的基本内容，从基本的元器件和工作原理出发，分析热工控制系统故障产生的原因，以及在日常的工作中如何防范类似相关控制系统故障。
关键词：汽轮机；热工控制系统；故障分析引言汽轮机运行中，十分重要的一个组成部分就是热工控制系统，我们要将故障防范和故障检修有机的结合起来，通过前期的检测，来将问题及时的发现，并且采取一系列的措施来进行整改，保证机组运行的安全性和可靠性。
本文分析了热工控制系统的故障分类及诊断，然后探讨了热工控制系统常见故障的处理，希望可以提供一些有价值的参考意见。
一、热工控制系统故障检测的主要内容热工控制系统是机组运行的重要技术参数保证，其构成可分为：维持机组正常运行的参数调节控制系统，它控制着各类物的资输出输入量，如燃料控制系统、供水控制系统、热汽温控制系统等。
制动机组及时开关的，启停控制系统，如单独控制、远线控制、关联控制等。
确保机组安全的设备保护系统，如锅炉安全监控系统、紧急制动系统、单元机组保护系统等。
特殊类控制系统，如如汽轮机的DEH（汽轮机数字电液控制系统）和MEH（小汽轮机电液控制系统）等。
上述都属于故障检测内容，但是在实际检测中，根据出现问题的频率和各类系统原有特性，我们将上述各系统易于出现问题的组件和程序路段进行了归纳，重点检测以下内容：各控制系统中对于组件传感器的故障检测与诊断。
根据使用该传感器所所应获得的数据作为参考，判断异常，将问题传感器分离出来进行检测；各控制系统中对于组件执行器的故障检测与诊断,根据执行器所连接设备的运行情况，判断执行器是否故障,将问题执行器分离出进行检测；DCS（分散控制系统）等控制系统自身的问题故障检测,需要对控制系统的软件和主板模块机电路进行故障检测。
电厂热工自动控制系统
电厂热工自动控制系统电厂热工自动控制系统单元机组的自动调节系统¾ ¾ ¾ ¾ ¾机组功率－转速调节系统汽温控制系统（过热、再热）水位控制系统（凝汽器、除氧器、汽包）燃烧控制系统（燃料、风量、炉膛压力及一、二次风配比控制）其它单回路控制系统第一部分汽温控制系统一、过热汽温控制系统1. 任务温度过高，可能造成过热器、蒸气管道和汽轮机的高压部分金属损坏；温度过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级叶片蒸汽湿度增加，降低汽轮机内效率，加剧对叶片的腐蚀控制要求：最大控制偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃规定要求：2. 静态特性过热器的传热形式、结构、布置将直接影响其静态特性。
大容量锅炉一般采用对流过热器、辐射过热器和屏式过热器交替串连布置。
过热器出口温度对流式3. 动态特性蒸汽流量变化、热烟气的热量变化、减温水流量变化相同点：均为有迟延的惯性环节辐射式不同点：特性参数有较大区别蒸汽流量变化扰动下，汽温的迟延和惯性较小烟气扰动与蒸汽流量扰动相似，汽温反映较快减温水流量扰动由于管道较长，汽温反应较慢4. 控制方案串级控制导前微分控制过热器减温器出口温度TE4001TE4025末级过热器出口温度TE4024LDC指令过热器减温水阀控制逻辑静态特性：纯对流特性动态特性：更容易受负荷、燃烧工况等干扰的影响，温度变化幅度较大调节手段：烟气再循环、尾部烟道挡板、喷燃器摆角、喷水减温烟气再循环：尾部烟道烟气抽至炉膛底部，降低炉膛温度，减少炉膛的辐射传热，从而提高炉膛出口烟气的温度和流速。
使再热器的对流传热加强，达到调温的目的。
优点：反应灵敏，调温幅度大。
缺点：系统结构复杂尾部烟道挡板：尾部烟道被分割为两部分，主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器，烟气挡板布置在温度较低的省煤器下面。
优点：结构简单，操作方便缺点:调温灵敏度差，幅度小，挡板开度与汽温不成线性关系。
热工自动控制系统1
项目一 热工控制系统 基本知识
任务三 调节器的动作规律及其 对过渡过程的影响
任务三 调节器的动作规律及其对过渡过程的影响
一、比例调节规律（ P ) 二、积分调节规律( I )
1、开环控制（前馈控制）系统
特点：1）根据扰动大小对被控 量进行调节； 2）控制作用及时，结构 简单； 3）调节效果未知，控制 精度差，只能克服单一扰动。
闭环控制(反馈控制）系统 系统中的被调量反馈到输入端作为调节器产生控制作用的依据。 只要被调量的偏差存在，控制设备就不停地向控制对象施加控制作用， 直到被调量符合要求为止。单元机组自动控制系统大多属于闭环控制 系统。 1）根据被控量与给定值的偏差进行调节，控制精度高；
3、综合自动化阶段（计算机控制阶段）：
（1）集中型计算机控制：用一台计算机实现几十甚至几百个控制回路 和若干个过程变量的控制、显示及操作、管理等。 （2）分散型计算机控制：指控制过程采用的系统是一种控制功能分散、 操作管理集中、兼顾复杂生产过程的局部自治与整体协调的新型分布 式计算机控制系统（又称分散控制系统） （3）综合自动化：是一种集控制、管理、决策为一体的全局自动化模 式 计算机控制的发展： 1、集中型计算机控制：可靠性要求高，风险高。（DDC） 2、分散型计算机控制：微机局部控制，协调困难。
自动控制系统中常用术语
1、被控量（被调量）：表征生产过程是否符合要求需要 加以控制的物理量。 2、给定值：按生产要求被控量必须维持的希望值。 3、调节量：由控制作用改变并对被调量进行调节的物理 量。 4、扰动：引起被控量偏离给定值的各种原因。 按来源分为外扰和内扰。
控制系统逻辑图分析
重庆电力高等专科学校控制系统逻辑图分析报告专业：工业热工控制技术班级：热控0812班学号：31号姓名：王海光指导教师：向贤兵、曾蓉重庆电力高等专科学校动力工程系二〇一一年五月重庆电力高等专科学校《课程设计》任务书课程名称：控制系统逻辑图分析教研室：控制工程指导教师：曾蓉向贤兵说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送实践部一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
目录0.前言 (1)1.火电厂协调控制系统分析 (1)1.1协调控制系统的任务 (1)1.2对象的动态特性 (1)1.3控制原理逻辑图分析 (3)2.火电厂汽包炉给水控制系统分析 (7)2.1给水控制系统的任务 (7)2.2对象的动态特性 (7)2.3控制系统原理逻辑图分析 (10)3.火电厂汽温控制系统分析 (11)3.1 气温系统的任务 (11)3.2 对象的动态特性 (11)3.3 控制原理逻辑图分析 (13)4. FSSS控制逻辑图分析 (14)参考文献 (17)0.前言广安发电厂机组简介：广安发电厂设计规划总容量为240万千瓦，一期工程两台30千瓦燃煤机组分别于1999年10月28日和2000年2月7日建成投产。
两台机组均采用美国贝利公司北京分公司研发的计算机集散OV A TION控制系统，自动化程度居国内同类型机组领先水平。
公司坚持以效益为中心，以市场为导向，两个文明同步发展，取得显著成效。
先后荣获"四川省文明单位"、"四川省园林式单位"、"四川省社会治安综合治理模范单位"等光荣称号。
其环抱设施工程质量经国家环保总局、中国环境检测总站等检查验收，均为优良，各项环保指标均符合国家规定标准。
1.火电厂协调控制系统分析1.1协调控制系统的任务1.1.1接受电网中心调度所的负荷自动调度指令ADS、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号△f，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。
热工控制系统课堂ppt_第五章串级控制系统概要
WT1(S)
X2
WT2(S)
WZ(S)
Wm2(S) Wm1(S)
Wf(S)
WD2(S)
Y2
WD1(S)
Y1
-
-
图5-3
串级控制系统原理方框图
图中Z2是进入副环的扰动，从副回路看，传递函数为：
WD 2 W f S WD 2 S y2 S S z2 S 1 WT 2 S W f S WD 2 S Wm 2 S WZ S
象动态特性，提高系统的工作频率
设对象是惯性环节,其它均为比例环节, 即：
K2 WD 2 S T2 S 1 WT 1 S K T 1 Wz S Kz K1 WD1 S T1 S 1 W f S K f （5-4） K m2
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工艺设备,它的输入 信号为副变量,输出信号为主参数（主变量）。 副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工艺设备,它的输入 信号为主调节器输出信号,其输出信号为副参数（副变量）。
第二节
串级控制系统的特点
总体上看,串级控制系统仍然是一个定值控制系统,主参数在干 扰作用下的控制过程与单回路控制系统的过程具有相同的指标和形
(高温段)θ1。(返回例一,返回例二)
副参数(副变量)：其给定值随主调节器的输出而变化，能提前
反映主信号数值变化的中间参数称为副参数。这是一个为了提高控
制质量而引进的辅助参数。例一中为锅炉热量Qr ，例二中为蒸汽 温度（低温段）2。 主调节器(主控制器)：根据主参数与给定值的偏差而动作,其
输出作为调节器的给定值的那个调节器称为主调节器,如压力调节
(5-2)
(5-3)
热工控制系统第八章 汽温控制系统PPT课件
W X 1 S x y 1 1 S S 1 W T 1 S W W T 1 T S 2 W S T W 2 D S 1 W S D W 1 D S 2 W S D 2 W m S 1 S W Z S
(8-2) (8-3)
对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
sW 2B
1
2
1T1isTds
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
（8-5）
则有：
W b 2SK zK T 2K fK 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z
T 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z S 1
令： K b 2 1 K K T z2 K K T 2 fK K 2 fK K m 2 2K z,T b 2 1 K T 2K T f2 K 2K m 2K z
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT2
s
1
2
1T1is
Tds
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
过热气温4
课程设计说明书题 目： 300MW 单元机组过热汽温控制系统设计 学生姓名： 任强 学 院： 能动学院 班 级： 能环10-3 指导教师： 施永红2014年 1 月 7 日学校代码： 10128 学 号： 201030307019内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：热工控制系统专业课程设计 学院： 能动学院 班级： 能环10-3 学生姓名： 任强 _ 学号： 201030307019 _ 指导教师：施永红、王胜捷一、题目300MW 单元机组过热汽温控制系统设计二、目的与意义本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计，是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。
通过本课程设计，使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程，使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。
三、要求 已知条件：（1）串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示，系统中各环节的传递函数为：图1-1221()T W s d =；11111()(1)T i W s T sd =+；0010259()()()(/)(118.4)W s W s W s C V s °==+； 0228()(/)(123)W s C V s °=+； 120.1(/)V C q q g g °==；1z K K m ==（2）300MW 单元机组过热蒸汽流程：汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进10θ2θ 1θ)(1s W T )(2s W T z KμK)(02s W )(01s W2θγ1θγK µ行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。
屏式过热器和高温对流过热器均为左、右两侧对称布置。
在前屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级喷水减温器，其中Ⅲ级喷水减温器是左、右两侧对称布置。
主要内容：1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定。
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PI 1
KZ 执行机构
减 温 水 WB
串级过热汽温自动控制系统结构图
喷水减温器出口温度θ1 可以快速反应对过热汽温的
扰动，只要θ1变化，就可以 通过副调节器PI1调节减温
水量，维持θ1在一定范围以 内，从而使过热汽温θ2基本 不变，提高控制品质。
对应的汽包锅炉串级过热汽温自动控制系统的原理方框图如 下图所示：
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT 2
s
1
2
1
1 Ti s
Td s
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
Iθ 20 Iθ 2 -
主调节器
WT2(s) I2
8.4 串级过热汽温自动控制系统的分析整定
串级过热汽温自动控制系统以过热汽温θ2为被调量，根据喷 水减温器出口温度θ1调节减温水量，其系统结构图如下：
过热器
喷水 减温器
θ1
过热器 θ2
主调节器: 维持过热汽温 θ2等于其给定值。
过热蒸汽D
γθ1
γθ2
Iθ20
PI 2
副调节器: 根据θ1和主调 节器PI2输出信号的变化
主回路：惰性区传递函数W2(s)、温度变送器 2、主调节器WT2(s) 内回路。
（1）内回路的分析整定
副调节器
I2
WT1(s)
KZ
Iθ1 -
WB1
Kμ WB2
WB
W1(s)
θ1
γθ1
内回路原理方框图 对于内回路可以看作由被控对象和广义调节器组成的单回路
控制系统进行整定，广义调节器的传递函数为：
1WT1
（3）减温水量WB扰动下过热汽温的动态特性
在减温水量WB产生阶跃扰动下，过热汽温θ 变化的响应曲线 如下图所示：
-WB
0
θ
Tc
ΔWB
t
0
τ
t
减温水量扰动下过热汽温响应曲线
减温水量WB扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是: 有迟延、有惯性、有自平衡能力。
由于现代大型锅炉过热器管路很长，因此减温水量WB变化时 过热汽温θ反应较慢，其时间常数Tc和迟延时间τ均较大。
（2）烟气热量Qy扰动下过热汽温的动态特性
在烟气热量Qy产生阶跃扰动下，过热汽温θ 变化的响应曲线如 下图所示：
Qy
0
θ
Tc
ΔQy
t
0
τ
t
烟气热量扰动下过热汽温响应曲线
烟气热量Qy扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是: 有 迟延、有惯性、有自平衡能力。
由于烟气热量变化时，沿过热器长度使烟气和过热蒸汽之间 的传热量同时变化，因此过热汽温θ反应较快，其时间常数Tc和迟 延时间τ均较小。
等效被控对象
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
s WB
2
1
2
1
1 T s
i
T s
d
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
Iθ 20 Iθ 2 -
主调节器
WT2(s) I2
Iθ1 -
副调节器
WT1(s)WB1KZK源自 WB2内回路γθ1
主回路
γθ2
WB W1(s) θ1 W2(s) θ2
串级过热汽温自动控制系统原理方框图 系统的组成：
内回路：导前区传递函数W1(s)、温度变送器 1、副调节器WT1(s) 执行器比例系数KZ、喷水调节阀比例系数Kμ 。
（1）蒸汽流量D扰动下过热汽温的动态特性
在蒸汽流量D产生阶跃扰动下，过热汽温θ 变化的响应曲线如 下图所示：
D
0
θ
Tc
ΔD
t
0
τ
t
蒸汽流量扰动下过热汽温响应曲线
蒸汽流量D扰动下，过热汽温调节对象动态特性的特点是: 有 滞后、有惯性、有自平衡能力。
当锅炉负荷增加时，通过对流式过热器的烟气温度和流速都 增加，因此对流式过热器出口汽温升高；但对于辐射式过热器， 炉膛内烟温升高增加的辐射传热量小于蒸汽流量增加所需的吸热 量，因此辐射式过热器出口汽温下降。
第八章 汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制系统
8.1 汽包锅炉过热蒸汽基本流程
以某300MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽流程 图如下图所示：
Ⅱ级减温器
主蒸汽 Ⅰ级减温器 θ6
θ5
θ4
θ3
低温对流 过热器
θ6
θ5
前屏过 热器
θ4
θ3
后屏过 热器
Ⅲ级减温器
θ2
θ1
θ2
至汽轮机
高温对流 过热器
Ⅰ级喷水WB1
s
KZ K
1
1
1KZ
K
因此广义调节器是一个比例作用调节器，其等效比例带为：
1
1 1KZ K
通过减温水量WB的阶跃扰动试验，可以得到导前区汽温θ1的
阶跃响应曲线如下图所示：
-WB
0 t0
θ1
Tc1
W0
t
1
1
1 W0
0
τ1
t
根据以上阶跃响应曲线，由单回路控制系统的整定方法，可
以得到比例调节器等效比例带
1
的计算公式：(P175表6-6)
当
1
Tc1
0.2时：
1＝
1 Tc1 1
当0.2
1
Tc1
1.5时：
1＝2.6
1
1
1
Tc1
1
0.08 0.7
Tc1
因此副调节器WT1(s)的比例带为：
1＝ 1KZ K1
（2）主回路的分析整定
主调节器
广义调节器
被控对象
Iθ 20
WT2(s) I2 KZ Kμ WT1(s) WB W1(s) θ1
Ⅱ级喷水WB2
过热蒸汽流程图
Ⅲ级喷水WB3
主蒸汽 9
烟气 8
过热蒸汽 （去高压缸）
10
11
4
12
5
6
B
7
3
13
6
G
14
再热蒸汽 （去中压缸）
1 V1
2 15
V2
8.2 过热蒸汽温度自动控制的基本任务
汽包锅炉过热蒸汽温度自动控制的基本任务是维持过热器出 口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过 允许的工作温度。
过热蒸汽温度过高，会造成过热器、蒸汽管道和汽轮机高压 部分的金属损坏，因而过热汽温的上限一般不超过额定值5℃ ； 过热蒸汽温度过低，会降低全厂的热效率并影响汽轮机的安全经 济运行，因而过热汽温的下限一般不低于额定值10℃ 。
8.3 过热汽温调节对象的动态特性
汽包锅炉过热汽温调节对象的动态特性是指各种引起过热汽 温变化的原因与过热汽温变化之间的动态关系。下面重点分析蒸 汽流量D、烟气热量Qy和减温水量WB三种扰动下过热汽温θ 变化 的动态特性：
2
3.7
1
Tc
0.13 1.5
Tc
Ti Tc； Td 0.15Ti
因此主调节器WT2(s)的各参数为：