《热工控制系统》
热工控制系统课堂ppt第七章前馈反馈复合控制系统
前两章讨论的串级、导前微分系统都是反馈控制，它是根据被 调参数的偏差值来控制的。
反馈控制的特点:
必须在被调量与给定值的偏差出现后，调节器才能对其进行调 节来补偿干扰对被调量的影响。
如果干扰已经发生，而被调参数还未变化时，调节器是不会动 作的。即反馈控制总是落后于干扰作用。因此称之为“不及时控 制”。
给水扰动是内扰，其他是外扰 。
三、给水自动控制系统的基本要求
根据上述给水控制系统对象动态特性的分析，给水控制系统应符 合以下基本要求：
首先，由于被控对象在给水量G 扰动下的水位阶跃反应曲线表
现为无自平衡能力，且有较大的迟延，因此必须采用带比例作用 调节器以保证系统的稳定性。
其次，由于对象在蒸汽量D 扰动下，水位阶跃反应曲线表现相互
工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控制质量， 对一两个主要扰动采取前馈补偿，而对其它仪器被调参数变化 的干扰采用反馈控制来克服。
以这种形式组成的系统称为前馈－－反馈复合控制系统。
前馈－－反馈复合控制系统既能发挥前馈调节控制及时的优点， 又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，因此得到 广泛应用。
在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容 积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。
从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量（ 被调量）发生变化又要经过一定的时间。
可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的 影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控 制质量的进一步提高。
第四节复合控制系统实例分析 ——三冲量给水控制系统
一、给水控制的任务
汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包 中的水位保持在一定范围内。具体要求有以下两个方面：
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。
热工自动控制系统的主要内容
热工自动控制系统的主要内容
1. 热工自动控制系统能精准控制温度啊！就像妈妈能精准掌握你最爱吃的菜的火候一样，比如在炼钢的时候，它能确保温度恰到好处，钢材质量杠杠的！
2. 它还可以稳定压力呢！这就像人要保持情绪稳定一样重要，在化工厂里，它让压力始终处在安全范围内，避免出大问题呀！
3. 流量控制也是热工自动控制系统的拿手好戏哟！就如同水龙头调节水流一样，在管道运输中，它能精确控制物料的流量。
比如说石油输送，那可全靠它来把关呢！
4. 它对液位的控制那也是超厉害的呀！好比给杯子倒水要控制好水位，在蓄水池中，热工自动控制系统能确保液位高度正合适。
你能想象没有它会怎样吗？
5. 热工自动控制系统还能实现自动化调节呢！就像你设定好闹钟，它就会自动响一样方便，工厂里不用人工时刻盯着就能自动运作啦，多厉害呀！
6. 它的监控功能也不容忽视啊！这就如同有一双眼睛时刻盯着，一有异常就能马上发现，比如在电站里，它时刻保障着各项参数正常呢！
7. 故障诊断也是热工自动控制系统的强项咧！就好像医生能快速找出病因，它能迅速发现系统的毛病，及时进行处理。
这可太重要了吧！
8. 而且它的适应性很强哦！不管环境多复杂，它都能应对自如，就像一个全能战士，在各种场合都能发挥作用，比如在高温高湿的环境下也能正常工作呢！
9. 热工自动控制系统真的好牛啊！在工业生产中简直就是不可或缺的存在，有了它，我们的生产才能又稳又高效！
我的观点结论：热工自动控制系统具有极其重要的作用，在各个领域都能大显身手，我们真的应该重视并好好利用它！。
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。
电厂热工控制系统讲座
(3) 调节器的最佳参数可按下表计算。
单回路调节系统的工程整定方法
衰减曲线法
(1) 使调节器只具有比例作用,将积分时间调至无穷大,微分时间调至零。
然后，将调节器的比例带放至比较大的位置，将闭环调节系统投入运行。 (2) 逐渐改变调节器的比例带值,由大逐渐变小,观察不同值下的调节过程 (可以人为加入扰动),直到调节过程处于（4:1）衰减振荡过程时，记下此时的 调节器比例带数值 s 和衰减振荡周期 Ts 。 (3) 调节器的最佳参数可按下表计算。 Td
图表法——无自平衡能力对象的整定参数
单回路调节系统的工程整定方法
临界比例带法 (1) 使调节器只具有比例作用,将积分时间 Ti 调至无穷大,微分时间 Td 调至 零。然后，将调节器的比例带放至比较大的位置，将闭环调节系统投入运行。 (2) 逐渐改变调节器的比例带值,由大逐渐变小,观察不同值下的调节过程， 直到调节过程出现等幅振荡为止。待闭环系统处在临界稳定状态，记下此时的调 节器比例带数值 K 和振荡周期 TK 。
1．合理选择阶跃扰动信号的幅值。过小的阶跃扰动幅度不能保证测试 结果的可靠性，而过大的扰动幅度则会使正常生产受到严重干扰甚至危及 生产安全。一般是取通过控制阀门流入量最大值的10%左右为宜。当生产
上限制较严时应降到5%，相反也可提高到20%，以不影响生产为准。
2 ．试验开始前确保被测过程处于某一选定的稳定工况。试验期间应设 法避免发生偶然性的其它扰动。通常同一实验应重复进行几次，至少要获
有自平衡能力被控对象
无自平衡能力被控对象
热工对象动态特性的获取
切线法求取对象的近似传递函数 K W（s） n (1 T0 s）
y () x0 2）求出 / Tc的数值； 3）查下表，即可得到与 / Tc 值相对应的 n 值 和 / T0 的数值，同时可求得T0。
《热工控制系统组态与维护》教学日历
1道
20
CCS
实际
操作
任务一、超临界机组协调控制系统组成
1
6道
林文孚
任务二、协调控制系统子系统试验
2
1道
任务三、协调控制系统试验
2
1道
21
CCS
运行
维护
现场教学：CCS运行维护
2
1道
文群英李献平
22
机动
2
23
复习
2
授课计划编写说明
使用教材
《热工自动控制系统》文群英主编中国电力出版社
自动控制系统组态实训指导书
任务二、汽轮机控制对象的特性分析
2
1道
文群英
任务三、汽轮机控制手段的确定
2
1道
任务四、DEH控制系统的构建
6
1道
任务五、汽轮机控制系统的组成
任务六、DEH系统的启动方式
2
1道
17
DEH
实际
操作
任务1、熟悉DEH系统操作画面
1
1道
刘
斌
任务2、汽轮机转速控制
1
2道
任务3、汽轮机负荷控制
1
2道
18
DEH
运行
授课顺序
项目名称
子项目
名称
教 学 做 内 容
需用时数
课外
作业
备注
1
加热器水位控制系统组态
加热器水位控制方案设计
技能训练1、过程控制装置认识
4
1道
戴莉
文群英
现场教学：凝结水、给水系统认知
2
1道
任务一、加热器水位控制任务
任务二、加热器水位控制对象特性分析
任务三、确定加热器水位控制手段
热工控制系统B思考题与习题
热工控制系统B思考题与习题第一章控制系统概述1. 什么叫自动控制系统？2．自动控制系统主要由哪几部分组成？每一部分的作用是什么？3．控制对象、被控制量、控制量和给定值是如何定义的？请举例说明。
4．自动控制系统的主要分类方法有哪几种？说明各种分类方法的特点，指出各种分类方法所包括的系统是什么？各系统的特点是什么？5．什么叫前馈控制系统？什么叫反馈控制系统？6．什么叫反馈？什么叫负反馈？7、什么叫定值控制系统？对定值控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的定值控制系统。
8．什么叫随动控制系统？对随动控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的随动控制系统。
9．、对一个实际控制系统如何实现负反馈？10．说明汽包锅炉有哪些被控制量？相应的控制量、控制机构有哪些？锅炉运行过程中被控制量可能会受到哪些扰动？11．控制过程的基本形式有哪几种？它们各有什么特点？如何根据控制过程曲线来检验控制系统是否满足基本要求？哪种控制过程的基本形式符合热工控制过程的要求，给出稳定性指标的范围。
12．通常从哪三个方面衡量自动调节系统的工作品质，表示调节系统的工作品质的指标有哪几个？如何兼顾这些指标？13．举出反馈控制系统的实例，指出被控制量、控制量、控制机构、给定值、扰动，画出控制系统的示意图。
14．水位自动控制系统的两种方案如下图所示，在运行中，希望水位高度H维持不变：（1）说明各系统的工作原理。
（2）画出各系统的方框图，并说明控制对象、被控制量、给定值、扰动各是什么？（3）试说明两系统各属于何种结构的控制方式。
（4）当水箱出口水流量q2变化时，各系统能否使水位高度保持不变？试从原理上定性说明。
第二章控制对象的动态特性1．为什么要研究对象动态特性？2．热工控制对象一般有哪几种类型？每种类型的特点是什么？写出相对应的传递函数。
3．热工控制对象的特征参数有哪些？是如何定义的，物理意义是什么？4．写出表示有自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。
热工自动控制系统-风烟系统的顺序控制
二、顺序控制的实现方法
3、系统结构 1）开环系统：（按控制方式分）
输入量 控制量 控制器 被控对象 输出量
2）程序控制系统（按控制系统给定值分）
二、顺序控制的实现方法
4、顺序控制系统控制级别 1）设备级 单一设备控制，一个启停操作指令对应一个 驱动装置。 操作人员通过CRT键盘对各台设备分别进行操 作，实现单台设备的启停。
二、顺序控制的实现方法
1、控制信号 开关量信息：设备的启/停、开/关这种具有 两位状态的信息。顺控属于开关量控制。 2、控制方式 数字逻辑关系：与、或、非、与非、或非、 R/S触发器、计时器等。 仿真实现：Electronics Workbench专用于电 子线路仿真的软件工具 （EWB，现multiSIM）
一、什么是顺序控制
3、顺序控制在电厂中的应用
1）锅炉侧：风烟系统、制粉系统（SCS在DCS中实现）
2）汽机侧：循环水、凝结水、油泵、电动给水泵、 抽汽、疏水等设备及系统；（SCS在DCS中实现） 3）相对独立的程控系统：如输煤、除灰、化学补 给水处理、凝结水处理、锅炉吹灰、锅炉定期排 污等系统。（由可编程序控制器PLC实现）
（三）引风机子功能组
1、启动流程
（三）引风机子功能组
2、启动控制
某1000MW机组引风机A自动启动步序：
步序 条件 1 引风机A停并且无FSSS自然通风 请求并且引风机B停或有送风机 运行。 2 引风机A冷却风机运行； 空气通道A已建立。 3 引风机A出口挡板已开； 引风机A入口挡板已关； 引风机A入口静叶位置最小。 引风机A运行； 延时15s。 引风机A入口挡板已开。 指令 启动引风机A冷却风机； 建立空气通道A指令。 开引风机A出口挡板； 关引风机A入口挡板； 关引风机A入口静叶。 启动引风机A。
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凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或 某些物理化学参数进行的自动控制通称为过程控制。
☆过程控制的特点
(1)被控过程多样性; (2)控制过程多属缓慢过程和参量控制形式; (3)控制方案的丰富性; (4)定值控制是过程控制的一种主要控制形式。
二、选用教材
过程控制 + 电力院校特点 过程控制 基本理论 + 热工对象
基本控制方案
其它领域对象
控制方案并非一成不变 1）传统PID控制约占90%，先进控制策略不断发展； 2）系统的组成设备不断发展
以现代电子技术的发展为前提（构成自动化设备 的基本部件）
20世纪50年代 60年代初
仿苏产品 国产DDZ—Ⅰ
机械式、电子管式 电子管、晶体管
70年代 80年代 90年代
国产DDZ—Ⅲ 集成电路、运放 组装式仪表 计算机控制仪表 大规模集成电路 DCS
1．提高机组运行的安全可靠性 2．提高机组运行的经济性 3．减少运行人员，提高劳动生产率 4．改善劳动条件
七、我国热工自动化的水平 与国外的差距
虽不断提高，但差距仍在，主要表现在：
1．机组集中控制方面
机炉电整体控制程度不高，很多只是控制的集中
2．热工测量及仪表
工艺方面
3．安全监视和保护装置
覆盖面窄，功能不全
4．自动保护
异常状态
四方面内容既相对独立而又相互配合。 自动调节是主要的，也是基本的内容， 自动检测是基础，自动保护是保障，程序控制是进一步发展。
五、热工自动控制的概念
主要是指对锅炉、汽机及其辅助设备运行的自动控制。 控制的目的是使机组自动适应工况的变化，且保持在安全、 经济的条件下运行。
六、热力过程实现自动化的益处
《过程控制》
PROCESS CONTROL
东北电力大学自动化工程学院 孙灵芳
绪
论
一、什么是过程控制？
☆工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一定生 产
规模的过程。 工业生产过程可分为(据生产工艺流程不同)：
▲ 连续生产过程和离散生产过程；
▲ 连续生产过程 、离散生产过程 和 间歇生产过程 （批量生产过程）。
☆工业生产过程的目标 在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将
原材料加工成预期的合格产品。
原材料
理想条件
合格产品
干扰
控制
产品？
过程控制主要是指连续过程工业的过程控制
过程控制
☆过程控制的任务：
在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性基础基 础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物 流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段，实现生 产过程的控制目标。
1991
三、学习方法及要求
1.理解并掌握基本理论
综合性—— 结合先行课程内容 《自控原理》《热力设备》等
实践性—— 利用创造实践机会 实际设备（模拟） 系统仿真 MATLAB
2.灵活应用，学会设计、分析实际系统
设计：生产过程
控制任务及目标 结合对象确定控制方案
分析：具体系统
抽象出控制方案
3.运用发展的观点来学习
☆选用教材：
边立秀 等编著《热工控制系统》中国电力出版社，2002年
☆教材主要内容：
第一篇 简单控制系统 第二篇 复杂控制系统 第三篇 火电厂单元机组自动控制
• 汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统 • 汽包锅炉给水自动控制系统 • 燃烧过程自动控制系统 • 单元机组协调控制系统
☆主要参考书目
智能仪表、FCS 计算机网络 C号制 系统构成灵活、 方便、配套性强 安全、高产
综合管理、 优质、高效
四、火电厂自动化的四个基本内容
1．自动检测
参数信号
转换、加工处理、显示并记录
2．自动调节（控制）
一定范围内自动适应外界条件变化
3. 远方控制及程序（顺序）控制
• F.G. Shinskey 著. 过程控制系统——应用、设计与整定. 第3版. 北京：清华大学出版社，2004
• D. E. Seborg 等著.过程的动态特性与控制.第2版. 北京：电子工 业出版社，2006
• 王树青 等编著.工业过程控制工程.北京：化学工业出版社，2003 • 俞金寿 主编.过程控制系统和应用.北京：机械工业出版社，2003 • 金以慧主编. 过程控制. 北京：清华大学出版社，1993 • 陈夕松. 过程控制系统.北京:科学出版社,2005 • 李遵基编.热工自动控制系统.北京：中国电力出版社，1997 • 罗万金主编. 电厂热工过程自动调节. 北京：水利电力出版社，
4．机组自动调节
自动投入率低
5、程序控制方面
投入使用少
6、计算机应用
开环应用多