第01讲 绪论

热工自动控制系统
雷鸣雳
09年月日
绪论
一电厂热工自动控制的发展
电厂热工自动控制主要经历了以下几个发展阶段：
1初级阶段：大约在20世纪50年代，出现了以古典控制理论为基础的电厂热工自动控制。

该时期的热工控制采用一般的控制元件及机电式控制仪
表，采用比较笨重的基地式仪表实现机、炉、电各自独立的局部自
动控制。

机、炉、电各控制系统之间没有或很少有联系。

2仪表化阶段：20世纪50年代末及以后十年间，先后出现了电动单元组合仪表和巡回监测装置，因而实现了把机、炉作为一个单元整体进行集中
控制，仪表盘集中安装进行监视，使机、炉启停运行更为协调，
适应了工业生产设备日益大型化和连续化发展的需要。

该时期所
用仪表有电动机组装仪表，理论基础为古典控制理论。

3综合自动化阶段：20世纪70年代至今，随着集成电路与计算机技术的迅猛发展，在火电厂实现了计算机集散控制系统。

该时期所用的仪表有气动
仪表、电动组合仪表、组装仪表及计算机。

理论基础主要为古典
控制理论，也应用到现代控制理论。

二电厂热工自动控制的主要内容
1自动检测：自动的检查和测量反映生产过程进行情况的各项物理参数、化学量（例如温度、压力、液位、化学成分等）及各项生产设备的工作状
态参数，以监视生产过程的运行情况和趋势，称为自动检测。

它所
使用的检测设备有常规的模拟量仪表、巡回检测数字式仪表，还有
计算机图像显示、自动记录、打印和报警装置。

2 顺序控制：根据预先拟定的顺序和条件，自动的对设备进行一系列操作，称为
顺序控制。

顺序控制又称程序控制，在发电厂中主要用于主机或辅
机的自动启动和停止。

例如汽轮机的自动启停程序控制以及磨煤机
的自动启停程序控制等。

3自动保护：在发生事故时，自动采取保护措施，以防止事故进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏，称为自动保护。

例如汽轮机的超速保
护、锅炉的超压保护以及发电机的过电压、过电流保护等。

4自动调节：自动的维持生产过程在规定的工况下运行，又称为自动控制。

生产过程中必须保证产品满足一定的数量和质量要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下运行。

然而，生产过程总是经常会受到各种因素的干扰和破坏，使运行工况偏离正常情况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行。

更为严重的是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计控制系统时，考虑可能发生的故障，并加以自动保护。

因而，现代的自动控制系统常包含有自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容。

有时，它们有机的组合成一个不可分割的整体，以确保控制系统的安全可靠。

三电厂热工自动控制系统的组成
实例分析：火电厂锅炉汽包水位控制
1锅炉汽包水位人工控制系统
图1—1所示为火电厂锅炉汽包水位人工控制系统。

在人工控制系统中，运行人员的眼、大脑、手分别承担着不同的任务，三个器官相互配合，共同完成液位控制任务。

其原理方框图如图1—2所示。

眼睛——————观察汽包水位值，获取信息；
大脑——————将获取到的信号与给定值进行比较，进行逻辑思维
判断，发出操作指令信号；
手———————根据大脑发出的指令信号，对调节阀门进行操作，
调节汽包水位值；
2 锅炉汽包水位自动控制系统
用自动化仪表分别代替人工控制系统中运行人员的眼、大脑、手，就构成自动控制系统。

测量变送仪表————————代替人眼
控制仪表——————————代替人脑
执行器——————————代替人手
锅炉汽包水位自动控制系统示意图如图1—3所示，原理框图如图1—4所示。

通过对以上实例的分析可见，一个完整的自动控制系统主要由以下几部分组
成：
测量变送器：对现场的被控参数（如：汽包水位）进行测量，并将测量信号转换成统一的电信号；
调节器：将测量变送器的输出信号与被控参数希望值的差值信号进行运算，输出指令信号给执行器；
执行器：根据调节器输出的指令信号去对调节机构（如：阀门）进行调节；
被控对象：被控制的热工生产过程或设备；（如：汽包）
在这门课中，还会经常用到一些专业术语，现解释如下：
被调量：表征热工生产过程是否符合要求而需要加以调节的物理量。

也叫被控参数（如：锅炉汽包水位控制系统中的汽包水位H）。

给定值：希望被调量所具有的数值。

扰动：引起被调量发生变化的一切因素。

（如：锅炉汽包水位控制系统中的蒸汽流量D）
调节量：由控制作用来改变并对被调量进行调节的物理量。

（如：锅炉汽包水位控制系统中的给水流量W）
调节机构：根据控制作用对调节量进行改变的具体设备。

（如：锅炉汽包水位控制系统中的给水调节阀门）
四电厂热工自动控制系统的分类
根据不同的分类标准，通常可将自动控制系统按以下方式进行分类：
1 按控制系统所采用的控制方式进行划分
(1) 开环控制系统
开环控制系统也叫前馈控制系统，是控制设备和控制对象在信号关系上没有形成闭合回路的控制系统。

即被调量没有反馈到控制设备的输入端。

该系统的特点是根据扰动大小对被调量进行控制，结构简单；但控制精度差，只能克服单一扰动。

(2) 闭环控制系统
闭环控制系统也称为反馈控制系统，是将被调量反馈到控制设备的输入端，形成反馈回路的控制系统。

与前馈控制系统相比，该系统的特点是根据被调量与给定量之间的偏差进行控制，控制精度高，可以克服各种扰动对被调节量的影响；但由于控制作用落后干扰，因而控制不及时。

(3) 复合控制系统
复合控制系统也称为前馈——反馈复合控制系统，是由开环控制和闭环控制组合而成的一种控制系统。

2 按控制系统中所包含的闭合回路数目进行划分
(1)单回路控制系统
单回路控制系统是指系统中只有一个闭合回路，即是将被调量反馈到控制设备的输入端形成的闭合回路。

(2)多回路控制系统
多回路控制系统是指系统中存在两个或者两个以上闭合回路。

例如后面介绍的串级控制系统和导前微分控制系统就是双回路控制系统。

3 按控制系统的给定值进行划分
(1) 恒值控制系统
控制系统中，若送入控制设备输入端的被调量的给定值为常数，不随时间发生变化，则称这样的系统为定值控制系统。

电厂中常见的热工控制系统多为定值控制系统。

例如主汽温度控制系统、汽包水位控制系统都是定值控制系统。

(2) 随动控制系统
控制系统中，若送入控制设备输入端的被调量的给定值随时间发生变化，并且变化规律事先无法确定，则称这样的系统为随动控制系统；
(3)程序控制系统
控制系统中，若送入控制设备输入端的被调量的给定值随时间发生变化，并且变化规律事先确定，则称这样的系统为程序控制系统；。