热工控制系统汇总
火电厂热工自动控制技术及应用知识点总结
自动控制系统基础概论热工对象动态特性常规控制规律PID控制的特点比例控制(P控制)积分控制(I控制)微分控制(D控制)控制规律的选择:单回路控制概述被控对象特性对控制质量的影响:测量元件和变送器特性对控制质量的影响调节机构特性对控制质量的影响单回路系统参数整定串级控制串级控制系统的组成(要求会画控制结构图)串级控制系统的特点串级控制系统的应用范围串级控制系统的设计原则:前馈-反馈控制概述静态前馈,动态前馈前馈-反馈控制前馈-串级控制比值控制分程控制大迟延控制系统补偿纯迟延的常规控制预估补偿控制多变量控制系统耦合程度描述解耦控制系统设计火电厂热工控制系统汽包锅炉蒸汽温度控制系统过热蒸汽温度控制再热蒸汽温度一般控制方案汽包锅炉给水控制系统概述给水流量调节方式给水控制基本方案:给水全程控制:600MW机组给水全程控制实例锅炉燃烧过程控制系统概述被控对象动态特性燃烧过程控制基本方案燃烧控制中的几个问题单元机组协调控制系统概述负荷指令处理回路正常情况下负荷指令处理异常工况下的负荷指令处理负荷指令处理回路原则性方框图机炉主控制器机炉分别控制方式机炉协调控制方式直流锅炉控制系统直流锅炉特点直流锅炉动态特性直流锅炉基本控制方案直流锅炉给水控制系统直流锅炉过热汽温控制系统自动控制系统基础概论1. 控制系统的组成与分类1. 控制系统的组成及术语控制系统的四个组成部分: 被控对象,检测变送单元,控制单元,调节机构.2. 控制系统的分类:按结构分: 单变量控制系统, 多变量控制系统按工艺参数分: 过热汽温控制系统, 主蒸汽压力控制系统按任务分: 比值控制系统, 前馈控制系统按装置分: 常规过程控制系统, 计算机控制系统按闭环分: 开环控制系统, 闭环控制系统按定值的不同分: 定值控制系统, 随动控制系统, 程序控制系统3. 过渡过程: 从扰动发生,经过调节,直到系统重新建立平衡.即系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程,即为控制系统的过渡过程.2. 控制系统的性能指标1. 衰减比和衰减率: 衡量稳定性2. 最大偏差和超调量: 衡量准确性3. 调节时间: 衡量快速性4. 余差(静态偏差): 衡量静态特性热工对象动态特性1. 有自平衡能力对象1. 一阶惯性环节:2. 一阶惯性环节加纯迟延:3. 高阶惯性环节:4. 高阶惯性环节加纯迟延:2. 无自平衡能力对象1. 积分环节:2. 积分环节加纯迟延:3. 有积分的高阶惯性环节:4. 有纯迟延和积分的高阶惯性环节:常规控制规律PID控制的特点1. 原理简单,使用方便2. 适应性强3. 鲁棒性强比例控制(P控制)1. 控制规律: ; :比例增益:比例带,工程上用来描述控制作用的强弱.比例带越大,偏差越大.2. 控制特点:动作快有差控制积分控制(I控制)1. 控制规律:; :积分时间2. 控制特点:动作不及时无差控制3. PI控制: I控制响应慢,工程上很少有单独使用,一般都是PI控制控制规律:; P控制看作粗调,I控制看作细调.控制作用具有: 比例及时作用和积分作用消除偏差的优点.4. 积分饱和及其措施:积分饱和: 积分过量,在单方面偏差信号长时间作用下,其输出达到上下限时,其执行机构无法再增大.措施: 积分分离手段: 当偏差较大时,在控制过程的开始阶段,取消积分作用,控制器按比例动作,等到被调量快要接近给定值时,才能产生积分作用,依靠积分作用消除静态偏差.微分控制(D控制)1. 控制规律: ;2. 控制特点:超前控制3. 实际微分: 为什么采用实际微分控制:理想微分物理上不可能实现避免动作频繁,影响调节元件寿命4. PD控制: 控制规律: ;扰动进入系统的位置离输出(被调量)越远,对系统工作的影响就越小.控制通道的时间常数和迟延时间对控制质量的影响前馈-串级控制的应用场景:分程控制扩大调节阀的可调比大迟延控制系统补偿纯迟延的常规控制1. 微分先行控制方案2. 中间反馈控制方案前馈解耦导前温度: 刚通过减温器之后的蒸汽温度以导前蒸汽温度为副参数,过热蒸汽温度为主参数的串级控制系统3. 过热蒸汽温度分段控制系统:1. 过热蒸汽温度分段控制系统:缺点: 当机组负荷大范围变化时,由于过热器吸热方式不同.一级减温器出口蒸汽温度降低,为保持不变,必须减少一级减温器喷水量;二级减温器出口蒸汽温度升高,因此要增加二级减温器喷水量.造成负荷变化时两级减温器喷水量相差很大,使整个过热器喷水不均匀,恶化二级喷水减温调控能力,导致二级过热器出口温度超温.2. 按温差控制的分段控制系统:与第一种方案的差别在于: 这里以二级减温器前后的温差(-)作为第一段控制系统的被调量信号送入第一段串级的主调节器PI3.当负荷增大时,主调节器PI3的设定值随之减小,这样有(-)>T0,PI3入口偏差值增大,这意味着必须增大一级喷水量才能使下降,从而使温差(-)减小.这样平衡了负荷增加时一级喷水量和二级喷水量.该方案为串级+前馈控制策略. 后屏出口过热器出口蒸汽温度设定值由两部分组成,第一部分由蒸汽流量代表的锅炉负荷经函数发生器后给出基本设定值,第二部分是运行人员可根据机组的实际运行工况在上述基本设定值的基础上手动进行设置.虽然系统是控制后屏过热器出口温度蒸汽,用蒸汽温度信号经过比例器乘以常数K后代表后屏过热器出口蒸汽温度,其原因是蒸汽温度与蒸汽温度变化方向一致;且蒸汽温度信号比蒸汽温度信号动态响应快,能提前反映扰动对蒸汽温度的影响,有利于控制系统快速消除干扰.主调节器PID1的输出与总风量,燃烧器摆角前馈信号组合构成副调节器PID2的设定值,副调节器的测量值为一级减温器出口温度.PID2输出控制一级其控制原理如下:正常情况下即当再热蒸汽温度处于设定值附近变化时,由调节器PID1改变烟气挡板开度来消除再热蒸汽温度的偏差,蒸汽流量D作为负荷前馈信号通过函数模块去直接控制烟气挡板.当的参数整定合适时,能使负荷变化时的再热蒸汽温度保持基本不变或变化很小.反向器-K用以使过热挡板与再热挡板反向动作.喷水减温调节器PID2也是以再热蒸汽温度作为被调信号,但此信号通过比例偏置器±Δ被叠加了一个负偏置信号(它的大小相当于再热蒸汽温度允许的超温限值).这样,当再热蒸汽温度正常时,调节器PID2的入口端始终只有一个负偏差信号,它使喷水阀全关.只有当再热蒸汽温度超过规定的限值时,调节器的入口偏差才会变为正,从而发出喷水减温阀开的指令,这样可防止喷水门过分频繁的动作而降低机组热经济性.2. 采用烟气再循环调节手段的再热蒸汽温度控制系统其控制原理如下:再热蒸汽温度T 在比较器Δ内与设定值(由A 产生)比较,当蒸汽温度低时,偏差值为正信号,此信号进入调节器PID1,其输出经执行器去调节烟气挡板开度,增大烟气再循环量,以控制再热蒸汽温度.在加法器2中引入了送风量信号V 作为前馈控制信号和烟气热量(烟温×烟气流量)修正信号,送风量V 反映了锅炉负荷大小,同时能提前反映蒸汽温度的变化.当V 增加时,蒸汽温度升高,相应的烟气再循环量应减少,故V 按负向送入调节器.函数模块是用来修正风量和再循环烟气量的关系的.通过乘法器由烟温信号调整再循环烟气流量.当再热蒸汽超温时,比较器输出为负值,PID1输出负信号直至关闭烟气再循环挡板,烟气再循环失去调温作用.同时,比较器的输出通过反相器- K 1,比例偏置器±Δ去喷水调节器PID2,开动喷水调节阀去控制再热蒸汽温度,蒸汽温度负偏差信号经反相器-K2去偏差报警器,实现超温报警,同时继电器打开热风门,用热风将循环烟道堵住,防止因高温炉烟倒流入再循环烟道而烧坏设备.当再热蒸汽温度恢复到设定值时,比较器输出为零,PID2关闭喷水门,偏差报警信号通过继电器关闭热风门,烟气再循环系统重新投入工作.3. 采用摆动燃烧器调节手段的再热蒸汽温度控制系统燃烧器上倾可以提高炉膛出口烟气温度,燃烧器下倾可以降低炉膛出口烟气温度.燃烧器控制系统是一个加前馈的单回路控制系统,再热蒸汽温度设定值是主蒸汽流量经函数发生器,再加操作员可调整的偏置量A构成.PID1调节器根据再热器出口蒸汽温度T与再热蒸汽温度设定值偏差来调整燃烧器摆角.为了抑制负荷扰动引起的再热蒸汽温度变化,系统引入了送风量前馈信号,该信号能反映负荷和烟气侧的变化.送风量前馈信号和反馈控制信号经加法器4共同控制燃烧器摆角.A侧再热器出口蒸汽温度和B侧再热器出口蒸汽温度各有两个测量信号,正常情况下选择A,B两侧的平均值作为燃烧器摆角控制的被调量.燃烧器摆角控制为单回路的前馈-反馈控制系统,再热器出口蒸汽温度设定值由运行人员手动给出.再热器出口蒸汽温度设定值和实际值的偏差经PID调节器后加上前馈信号分别作为燃烧器摆角的控制指令.前馈信号由蒸汽流量经函数发生器后给出.当再热蒸汽温度偏低时,燃烧器摆角向上动作;当再热蒸汽温度偏高时,燃烧器摆角向下动作. 2. 再热蒸汽温度喷水减温控制系统汽包锅炉给水控制系统给水控制任务: 使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内,同时保持稳定的给水流量.对象特性: 给水流量扰动的三个体现方面:4. 虚假水位现象: 当锅炉蒸发量突然增加时,汽包水下面的气泡容积也迅速增大,即锅炉的蒸发强度增强,从而使水位升高.给水控制基本方案:1. 单冲量给水控制系统: 汽包水位和水位给定值调节的反馈控制系统某600MW发电机组给水热力系统示意图,机组配三台给水泵,其中一台容量为额定容量30%的电动给水泵,两台容量各为额定容量50%的汽动给水泵.电动给水泵一般是作为启动泵和备用泵,正常运行时用两台汽动给水泵,两台汽动给水泵由小汽轮机驱动,其转速控制由独立的小汽轮机电液控制系统(micro-electro hydraulic control system,MEH)完成,MEH系统的转速给定值是由给水控制系统设置,MEH 系统只相当于给水控制系统的执行机构.在高压加热器与省煤器之间有主给水电动截止阀、给水旁路截止阀和约15%容量的给水旁路调节阀.2. 给水控制系统1. 水位控制系统汽包水位控制系统如图所示,它是单冲量和串级三冲量两套控制系统构成,汽包水位设定值由运行人员在操作台面上手动设定.当锅炉启动或负荷小于15%额定负荷阶段,控制系统是通过调节器PID1调节给水旁路的调节阀开度来控制给水量以维持汽包水位,而此时切换器T2接Y端,通过调节器PID5调节电动给水泵的转速来维持给水泵出口母管压力与汽包压力之差.当旁路调节阀开到80%时,由SCS (Sequence control system, 顺序控制系统)完成开主给水电动阀,关旁路截止阀.当负荷在15%额定负荷以上,但小于30%额定负荷时,切换器T1接Y端,切换器T2接N端,这时汽包水位设定值的偏差经调节器PID2,并经调节器PID6控制给水泵转速来调节给水流量达到维持汽包水位目的.同时当机组负荷升至20%额定负荷时,第一台给水泵开始冲转升速.当负荷大于30%额定负荷,切换器T1接N端,给水控制切换为三冲量给水控制.汽包水位控制指令由两个串级调节器PID3和PID4根据汽包水位偏差、主给水流量和主蒸汽流量三个信号形成.水位设定值与汽包水位偏差经调节器PID3 后,加主蒸汽流量信号作为副回路PID4的设定值,副回路副参数为主给水流量,经PID运算后作为给水泵控制的设定值.当负荷大于30%额定负荷时,第一台汽动给水泵并入给水系统.当负荷达40%额定负荷时,第二台汽动给水泵开始冲转升速.当负荷达60%额定负荷时,第二台汽动给水泵并入给水系统,撤出电动给水泵,将其投入热备用.机组正常时,是通过改变两台汽动给水泵的转速来调节给水量.由于给水泵的工作特性不完全相同,为稳定各台给水泵的并列运行特性,避免发生负荷不平衡现象,设计了各给水泵出口流量调节回路,将各给水泵的出口流量和转速指令的偏差送入各给水泵调节器(PID6、 PID7 和PID8)的入口,以实现多台给水泵的输出同步功能.GAIN CHANGER & BALANCER作用是根据给水泵投入自动的数量,调整控制信号的大小.拇入自动数目越大,控制信号越小.2. 给水泵最小流量控制汽机跟随控制方式:控制特点: 锅炉侧调负荷,汽机侧调汽压. 在保证主蒸汽压力稳定的情况下,汽轮机跟随锅炉而动作.优点: 在运行中主蒸汽压力相对稳定,有利于发电机组的安全经济运行.机炉协调控制方式控制特点: 在负荷调节动态过程中,机炉协调控制可以使汽压在允许的范围内波动,这样可以充分利用锅炉蓄热,使单元机组较快适应负荷变化,同时主蒸汽压力p T的变动范围也不大,因而机组的运行工况比较稳定.调节燃料量M控制主蒸汽压力p T(或机组负荷) 调节送风量V控制过剩空气系数(烟气含氧量) 调节引风量V控制炉膛压力p汽轮机控制系统为工频电液控制系统时:另一种送风控制系统方案. 锅炉指令BD经过函数发生器f2(x)后形成一个风量指令,氧量调节器输出σ对锅炉指令BD进行修正.3. 引风控制系统: 引风控制系统的任务是保证一定的炉膛压力. 由引风量改变到炉膛压力变化其动态响应快,测量也容易,因此一般采用单回路即可.3. 燃烧控制系统基本方案锅炉指令BD作为给定值送到燃料控制系统和送风控制系统,使燃料量和送风量同时改变,使燃烧率与机组要求的燃烧率相适应,保证风量与燃料量比例变化; 同时送风量作为前馈信号通过引到引风调节器PI4,改变引风量以平衡送风量的变化,使炉膛压力p s不变或变化很小.由于所有调节器都采用PI控制规律,因此,调节过程结束时,主蒸汽压力P T,燃烧经济性指标O2和炉膛压力p s,都稳定在给定值上;而锅炉的燃料量M,送风量V和引风量V都改变到与要求的燃烧率相适应的新数值上.总燃料量(总发热量)的构成形式为其中: O为燃油量,k o为燃油发热系数,M c为总煤量,k MQ为煤发热系数.当M c不变,而煤种变化造成发热量增加时,刚开始M也不变,但随着炉膛发热量的增加,D Q增大,D Q>M,由积分器正向积分增大k MQ,使M增大,直至M=D Q3. 增益自动调整乘法器为燃料调节对象的一部分,选择合适的函数,则可以做到不管给煤机投入的台数如何,都可以保持燃料调节对象增益不变,这样就不必调整燃料调节器的控制参数了.增益调整与平衡器,就是完成该功能.4. 风煤交叉限制在机组增减负荷动态过程中,为了使燃料得到充分燃烧,需要保持一定的过量空气系数. 因此,在机组增负荷时,就要求先加风后加煤;在机组减负荷时,就要求先减煤后减风.这样就存在一个风煤交叉限制.锅炉指令BD经函数器f1(x)后转换为所需的风量,风量经函数器f2(x)转换为相应风量下的最大燃料量,燃料量经函数器后转换为该燃料量下的最小风量.当增加负荷时,锅炉指令BD增大,在原风量未变化前,低值选择器输出为原风量下的最大燃料量指令,即仍为原来锅炉指令BD.在风量侧,锅炉指令BD增大,则其对应的风量指令增大,大于原燃料量所需最小风量,经高值选择后作为给定值送至送风控制系统以增大风量.只有待风量增加后,锅炉燃料的给定值才随之增加,直到与锅炉指令BD一致.由此可见,由于高值选择器的作用,风量控制系统先于燃料控制系统动作.由于低值选择器的作用,使燃料给定值受到风量的限制,燃料控制系统要等风量增加后再增加燃料量.同理,减负荷时,由于低值选择器的作用,燃料给定值先减少.由于高值选择器的作用,使风量给定值受到燃料量限制,风量控制系统要等待燃料量降低后再减少风量.上图为煤粉锅炉燃料系统的一般控制方案.其中虚框1的功能是完成总燃料量(发热量)的测量与修正.虚框2的功能是燃料侧的风煤交叉限制.5. 风机调节本节下略单元机组协调控制系统概述1. 单元机组协调控制系统的基本组成2. 机组负荷控制系统被控对象动态特性3. 机组负荷控制系统被控对象动态特性1. 单元机组动态特性:当汽轮机调门开度动作时,被调量p E和p T的响应都很快,即热惯性小.当锅炉燃烧率改变时,被调量p E和p T的响应都很快,即热惯性小.2. 负荷控制系统被控对象动态特性1. 机组主机,主要辅机或设备的故障原因有两类跳闸或切除,这类故障的来源是明确的,可根据切投状况加以确定工作异常,其故障来源是不明确的,无法直接确定,只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定.2. 对机组实际负荷指令的处理方法有四种: 负荷返回RB, 快速负荷切断FCB, 负荷闭锁增/减BI/BD, 负荷迫升/迫降RU/RD. 其中,负荷返回RB和快速负荷切断FCB是处理第一类故障的;负荷闭锁增/减BI/BD 和负荷迫升/迫降RU/RD是处理第二类故障的.1. 负荷返回RB负荷返回回路具有两个主要功能: 计算机组的最大可能出力值;规定机组的负荷返回速率.发电机组负荷返回回路的设计方案: 该机组主要选择送风机,引风机,一次风机,汽动给水泵,电动给水泵及空气预热器为负荷返回监测设备.当其中设备因故跳闸,则发出负荷返回请求,同时计算出负荷返回速率.RB目标值和RB返回速率送到如图13-9所示的负荷指令处理回路中去.2. 负荷快速切断FCB当机组突然与电网解列,或发电机,汽轮机跳闸时,快速切断负荷指令,实现机组快速甩负荷.主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况: 一种是送电负荷跳闸,机组仍维持厂用电运行,即不停机不停炉; 另一种是发电机跳闸,汽轮机跳闸,由旁路系统维持锅炉继续运行,即停机不停炉.负荷指令应快速切到0（锅炉仍维持最小负荷运行).负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回路相似.只不过减负荷的速率要大得多.3. 负荷闭锁增/减BI/BD当机组在运行过程中,如果出现下述任一种情况:任一主要辅机已工作在极限状态,比如给风机等工作在最大极限状态燃料量,空气量,给水流量等任一运行参数与其给定值的偏差已超出规定限值.认为设备工作异常,出现故障.该回路就对实际负荷指令加以限制,即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极限或扩大偏差的方向进一步变化,直至偏差回到规定限值内才解除闭锁.4. 负荷迫升/迫降RU/RD对于第二类故障,采取负荷闭锁增/减BI/BD措施是机组安全运行的第一道防线.当采用BI/BD措施后,监测的燃料量,空气量,给水流量等运行参数中的任一参数依然偏差增大,这样需采取进一步措施,使负荷实际负荷指令减小/增大,直到偏差回到允许范围内.从而达到缩小故障危害的目的.这就是实际负荷指令的迫升/迫降RU/RD,负荷迫升/迫降是机组安全运行的第二道防线.负荷指令处理回路原则性方框图该负荷指令处理回路功能的1原则性框图,是在正常工况下符合指令处理原则性方案上,添加了异常工况下相应负荷指令处理功能.锅炉跟随方式在大型单元机组负荷控制中只是作为一种辅助运行方式.一般当锅炉侧正常,机组输出电功率因汽轮机侧的原因而受到限制时,如汽轮机侧的主、辅机或控制系统故障,汽轮机控制系统处2. 汽轮机跟随方式机组负荷响应速度慢,不利于带变动负荷和参加电网调频.这种负荷控制方式适用于带基本负荷的单为了克服正反馈,应以汽轮机的能量需求信号而不是实际的消耗能量信号作为对锅炉的能量要求信号,即应以蒸汽流量的需求（称为目标蒸汽流量）而不是实际蒸汽流量作为锅炉的前馈控制信号.为此必须对p1进行修正,以形成目标蒸汽流量信号.直流锅炉控制系统上面两种控制方案均没有考虑过热汽温对燃料量和给水流量的动态响应时间差异,,会造成燃水比的动态不匹配,使得过热汽温波动大.为此提出一种燃料-给水控制原则性方案:可以选择锅炉受热面中间位置某点蒸汽温度(又称为中间点温度或微过热温度)作为燃水比是否适当的信号.这是一个前馈-串级调节系统,副调节器PID2输出为给水流量控制指令,通过控制给水泵的转速使得锅炉总给水流量等于给水给定值,以保持合适的燃水比.主调节器PID1以中间点温度为被调量,其输出按锅炉指令BD形成的给水流量基本指令进行校正,以控制锅炉中间点汽温在适当范围内.控制系统可分同负荷下的分离器出口焓值给定值.焓值给定值加上PID1输出的校正信号构成给定值SP2,由分离器出口压力和温度经焓值计算模块算出分离器出口焓值,该出口焓值与给定值SP2的偏差经调节器PID2 进行PID运算后,作为校正信号,对给水基本指令进行燃水比校正. 调节器PID3的给定值SP3是由,锅炉指令BD指令给出的给水流量基本指令加上调节器PID2输出的校正信号构成.调节器PID3根据锅炉总给水流最与流量给定值SP3的偏差进行PID运算,输出作为给水流量控制指令调节给水泵转速来满足机组负荷变化对锅炉总给水流量的需求.3. 采用焓增信号的给水控制方案在上图所示的给水控制系统中,由调节器PID3根据给定值SP3与省煤器入口给水流量(锅炉给水流量)的偏差向给水泵控制回路发出给水流量控制指令,在给水泵控制回路中,通过调节给水泵转速来实现调节给水流量的要求.在此重点分析给水流量给定值SP3的形成.当锅炉负荷在35%~ 100%MCR范围内,没有循环水流量和省煤器入口最小流量限制时,省煤器入口给水流量(锅炉给水流量)给定值SP3为水吸收的热量焓增焓增修正其中的水吸收的热量和焓增如图所示给出.。
热工过程自动控制 总结完整版
A=1时称为单位斜坡函数。
A L[ At ] 2 s
0
1
t
1 L[t ] 2 拉氏变换： s 斜坡函数的一阶导数为常量A，这种函数表 示由零值开始随时间t作线性增长（恒速增长） 的信号，故斜坡函数又称为等速度函数。
CH2 自动控制系统的数学描述
2.1.4 拉氏反变换 利用拉普拉斯变换对照表,由象函数X(s)求出原函数x(t). 象函数X(s)为s的有理分式时,必须将复杂的拉普拉斯函数式 X(s)分解成若干个简单函数之和.
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1.3 控制系统的静态特征和动态特征
稳态工况
平衡状态：运动中的自动调节系统，其输入信号和输出 信号都不随时间变化时。
系统的静态特性：在系统处于平衡状态时，输出信号和 引起它变化的输入信号之间的关系。 静态特性的描述： 1 ）描述系统各变量之间关系的数学 方程为代数方程； 2）在输入、输出为直角坐标图上， 用曲线来表示。 系统的静态特性表达式可以是线性方程或非线性方程。 不是所有的环节都有静态特性，比如：积分环节
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系统的动态特性
系统的静止状态被破坏，系统中各变量随时间发生变化，
微分方程是表征系统动态特性的一种最基本的数学方程 , 它不仅包含变量本身,也包含这些变量的导数. 描述动态特性的两种方式：微分方程和传递函数
1.4 控制系统的分类 1.按给定值的形式分类 (1)定值控制系统: 给定值为常数 (2)程序控制系统: 给定值按预定规律变化 (3)随动控制系统: 给定值随机变化
(1)被调量：表征生产过程是否正常而需要控制的物理量。 (2)扰动：引起被控量偏离其给定值的各种原因。
(3)对象的输入和输出：被控对象的生产过程．以所有扰动
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。
热工控制系统
热工控制系统1、被调量（被控制量）：表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
2、给定值：按生产要求被调量必须维持的希望值，简称给定值。
3、控制对象（被控对象）：被调节的生产过程或设备称为控制对象。
4、调节机构：可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。
5、控制量（调节量）：由调节机构（阀门、挡板等）改变的流量（或能量），用以控制被调量的变化，称为控制量。
6、扰动：引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。
如果扰动不包括在控制回路内部（例如外界负荷），就称为外扰。
如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。
其中，由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。
变更控制器给定值的扰动称为给定值扰动，有时也称控制作用扰动。
7、控制过程：（调节过程）：原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会偏离给定值。
要通过自动控仪表或运行人员的调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。
8、自动控制系统：自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一个自动控制系统。
9、自动控制系统分类：一按系统结构特点分类：①反馈控制系统、②前馈控制系统、③前馈—反馈控制系统二按给定值特点分类：①定制控制系统（给定值保持不变，或给定值在某一很小范围内变化）例如：锅炉汽包水位控制系统、炉膛负压控制系统②随动控制系统（给定值是按预先不能确定的一些随机因素而变化（变化规律事先未知）的，因而要求其被调量以一定精度跟随给定值变化。
）例如：锅炉燃烧控制系统。
③程序控制系统（给定值是预定的时间函数）。
10、热工控制系统类型：有自平衡能力和无自平衡能力。
11、单回路控制系统由测量变送器、调节器、执行器及控制对象组成。
12、热工对象的动态特性一般具有以下特点：（1）对象的动态特性是不震荡的（2）对象的动态特性在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性（3）在阶跃响应曲线的最后阶段，被调量可能达到新的平衡（有自平衡能力）；也可能不断变化而不在平衡下来（无自平衡能力）（4）描述对象动态的特性参数有放大系数K ，时间常数T （无自平衡能力用飞升时间Ta ）,迟延时间（包括迟延和容积迟延）或另一组参数飞升速度ε，自平衡率ρ和迟延时间η13、PID 调节器传递函数表达式：)11(1)()(PID s T sT S E s W d i ++==δμ 14、比例作用（P 作用）：比例作用能单独的执行调节任务，并能使控制过程趋于稳定，但使被调量产生静态偏差。
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。
第一章 热工过程自动控制系统组成
图1-7 典型过渡过程曲线
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稳定程度可以用衰减率这个指标来衡量
ψ= y m1 − y m 3 y = 1 − m3 ym1 y m1
式中 :
ym 1
y m3
被控参数从新稳定值算起的第一波峰值。 被控参数从新稳定值算起的第三波峰值。
比例线性关系
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三、调 节 器 接受被调量信号和给定值比较后的偏差信号，输 出一定规律的控制指令给执行器。 1、比例调节 指调节器输出的控制作用 u（ t）与其偏差输入信号 ｅ（ｔ ）之间成比例关系，即 比例增益 u (t ) = K p e(t ) 比例调节器的传递函数：
U (s ) WP (s ) = = KP E (s )
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工程中，常用比例带 δ来描述其控制作用的强弱，即 1 δ= Kp 其物理意义是在调节机构的位移改变时，被调量应有的 改变量。 比例调节规律的特点： （１）动作快，调节及时、迅速； （２ ）对干扰 有很强的抑制作用；（３）调节过程结束，被调量偏 差仍存在，存在静态偏差，称为有差调节。
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五、系统评价指标 1. 静态和动态 静态：被控参数不随时间而变化的平衡状态叫静态或 稳态。 动态：被控参数随时间而变化的不平衡状态叫动态。 2. 控制系统在受到干扰作用时的过渡过程 控制的过 程就是克服干 扰的过程。一 个系统的优劣 图 １－６ 典型的过渡过程形式 ６ 典型的过渡过程形式 在稳态下难以 判别，只有在 过渡过程中才 能得以鉴别。
热工顺序控制系统(SCS)
热工顺序控制系统（SCS）更新时间：2012-01-16 14:02:31来源: 工业360核心提示：1.SCS顺序控制系统中包括哪些主要的功能组？答：（1）锅炉风烟系统。
顺序控制各个空预器、引风机、送风机的启停，并开关相应风烟系统的阀门挡板。
（2）锅炉点火及燃烧系统。
顺序控制一次风机和制粉系统的投切。
（3）机组的汽水系统。
在锅炉启动时，控制水偱环和给水管路切换，控制主汽管道和疏水管道阀门的启闭和切换。
切能组包括：汽机疏水功能组、锅炉疏水功能组、循环水功能组、凝结水功能组等。
（4）汽轮机启动及凝汽器抽真空。
包括盘车、轴封供汽、轴真空及冲转过程中的所有有关设备阀门的控制。
功能组包括：汽轮机油回路功能组、汽轮机盘车功能组、凝汽器真空功能组、凝汽器清洗功能组等。
（5）汽轮机抽汽回热系统。
包括除氧器、低压加热器、高压加热器、疏水泵的自动投切以及加热器旁路门的自动开启和关闭。
功能组包括：高压抽汽功能组、低压抽汽功能组，高低压加热器旁路功能组。
（6）发电机冷却系统。
包括发电机定子水系统、氢气冷系统等。
（7）给水泵系统。
包括电动给水泵功能子组，给水系统阀门的投切等。
（8）辅助蒸汽系统。
（9）输煤系统。
（10）吹灰系统。
（11）定期排污。
（12）凝汽器胶球清洗。
2、功能组接受哪些控制指令？答：单元机组的各辅助系统和设备应按系统运行特点划分成若干个功能组。
功能组的控制切换应能从单元机组的自动启动/停止系统得到操作指令，也应能适应运行人员在CRT和键盘上进行人工干预，给出相应的指令，实现组相应的控制。
3、功能组一般有哪些输入信号？答：（1）CRT/键盘操作包括自动方式键、功能组启动键、功能组停止键、超驰（跳步）键、暂停或中断键、功能释放键。
（2）自动联锁启动信号。
（3）自动联锁停止信号。
（4）功能组已运行回报信号。
（5）功能组已停止回报信号。
4、功能组一般有哪些输出信号？答：（1）功能组启动命令。
（2）功能组已启动，状态指示灯为红色信号。
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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。
5．写出表示无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。
6．在有、无自平衡能力对象的阶跃响应曲线上标出特征参数，写出相对应的传递函数。
7．指出控制对象的结构参数对动态特性的影响。
8．热工控制对象动态特性的特点是什么？9．在测定被控对象阶跃响应曲线时，要注意哪些问题？10．写出用现场实验方法求取被控对象的阶跃响应曲线的主要步骤？11．用试验方法测得锅炉过热汽温在喷水量阶跃变化时的响应曲线，喷水量的阶跃变化量ΔX=2吨/时，从阶跃响应曲线上量得y（∞）=18O C，特征参数τ=63 Tc=153 写出此汽温对象以喷水量为输入，写出汽温y（t）为输出的近似传递函数。
12．用试验方法测得锅炉汽包水位的阶跃响应曲线，给水流量作为输入信号，已知给水阶跃变化量ΔX=15吨/时，从阶跃响应曲线上量得τ（ta ）=30秒，Oh=13.5mmH20，y（ta）=4.32 mmH20，写出y（t）为输出的近似传递函数。
13．有一水槽，其截面积F为0.5m2，流出侧阀门阻力实验结果为:当水位H变化20cm时, 流出侧变化为1000c m3/s。
试求流出侧阀门阻力R,并计算该水槽的时间常数T。
第三章控制仪表及调节器的控制规律1．电厂用到的控制仪表按结构形式分类有几种形式?其特点是什么?2.比例,积分,微分三种调节作用是什么?其调整原则是什么?3.为什么工业生产中很少采用纯积分作用的调节器?4.为什么工业生产不采用纯微分作用的调节器?5.比例,积分,微分三种调节作用的特点是什么?6.比例积分调节器和比例微分调节器,各有何特点?7.如何根据调节对象特性选择调节器的调节规律?8.积分调节对象应采用什么调节器进行控制?9.要使PID调节器为比例规律,其积分时间T i和微分时间Td应如何处理?10．有哪几种常用的调节器?写出相应的传递函数表达式。
11．若要增强PID调节器的控制作用，如何调整比例带δ,积分时间T i和微分时间Td ?第四章单回路控制系统1.什么叫单回路控制系统？2.如何选择单回路调节器的正反作用?3.试分析被控对象的控制通道和扰动通道对控制质量的影响？4.调节器参数δ、T i、T D对控制过程有什么影响？5.什么叫单回路控制系统调节器参数整定？目前有哪些主要的整定方法？6.由调节器W(s)和广义对象W0(s)组成的单回路控制系统中，已知对象的传递函数W0(s)=1/(1+T0s)2,T0=20s;若调节器比例作用（W(s)=1/δ）试求Ψ=0.75时（或ζ=0.216），调节器的参数δ值。
7.给定控制对象的传递函数为W0(s)=12/(2+5s)(1+3s)，采用比例调节器（1/δ）。
试按ψ=0.75（或ζ=0.216）来整定调节器的参数。
8.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例调节器。
试按ψ=0.75的要求来整定调节器的参数.9.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1.5/(1+2s)3，采用比例积分调节器。
试按ψ=0.75,ts=最小的要求来整定调节器的参数(提示: 取w PI =wP/1.1).10.给定控制对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例积分调节器。
试按ψ=0.75,ts=最小的要求来整定调节器的参数(提示: 取w PI =wP/1.15).11.给定控制对象的传递函数为W0(s)=2/(1+10s)(1+2s)，采用比例微分调节器[W(s)=(1+Tds)/δ]。
试按ψ=0.75和静态偏差为最小的要求来整定调节器的参数(提示: 消去对象的传递函数中的最大极点)。
12.给定控制对象的传递函数为W0(s)= W0(s)=1/(1+20s)3，采用比例微分调节器[W(s)=(1+Tds)/δ]。
试按ψ=0.75和静态偏差为最小的要求来整定调节器的参数(提示: 消去对象的传递函数中的最大极点)。
13.什么叫动态特性参数法、临界比例度法、衰减曲线法和经验法？试比较其特点？14．四种工程整定方法是怎样确定控制器参数的?它们各适用于什么样的场合?15.在单回路系统中，已知对象的传递函数为W0(s)=1/(1+20s)3用动态特性参数法整定调节器参数，测量得τ=16s,T c=74s,自平衡率ρ=1，如果调节器为P、PI，PD试求ψ=0.75时，调节器的整定参数值。
16．某自动控制系统要求用临界比例带法整定控制器参数δ、T i、T d。
已知δKP=30%、T KP=60s、β=1.73。
17．某自动控制系统要求用衰减曲线法整定控制器参数δ、T i、T d。
已知ψ=0.75δs=20%、T s=300s、β=1。
18. 某自动控制系统要求用响应曲线法整定控制器参数δ、T i、T d。
已知ψ=0.75τ=120s、T c=120s、K=1.5、β=1.07。
19.对已运行调节系统,如何进行最佳整定?20.对某过程控制通道做一阶试验，输入阶越信号Δμ=5，阶跃响应记录数据增加表如图所示。
（1）若过程用一阶加纯时延环节来描述，试求K0、T0、τ0（2）采用动态特性参数法整定调节器参数，求δ、Ti 、Td。
21．单回路系统中其它参数不变，仅加大PI调节器的积分作用。
（1）在相同的外界阶跃扰动下，最大动态偏差是否增大?振荡是否加剧?（2）为了获得与以前相同的系统稳定性，可适当调整δ，问δ应调大还是调小?22．单回路控制系统组成如图4所示。
整定该比例微分调节器的调节参数δ、Td，使系统过渡过程具有ϕ=0.75 (ξ=0.216, m=0.221)，静态偏差最小的性能。
23．单回路控制系统组成如图5所示。
整定该比例调节器的调节参数δ，使系统过渡过程具有ϕ=0.75 (ξ=0.216, m=0.221)。
调节对象传递函数τ和T a 的数值已知，单位为秒。
24.在某锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，故汽包液位是一个十分重要的指标。
当液位过低时，汽包中的水易被烧干引起生产事故（甚至会产生爆炸危险），故设计下图液位控制系统，试画出该系统的方框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。
C(S) ()s T d +11δ 3)201(8S +R(S) - 0.1 Y(S) 图4 C(S) δ1 s a e S τ-T 1 0.1 R(S) - 图5第五章串级控制系统1.什么叫串级控制系统？2.串级控制系统的结构特点是什么？3.串级控制系统有哪些主要特点？什么情况下可考虑设计串级控制？4. 串级控制系统中的副变量如何选择？5．火电厂哪些系统常采用串级控制系统？6．串级控制系统为什么比单回路控制系统的控制质量好？7．串级控制系统中的主、副调节器的正、反作用如何选择它们与阀门的开关形式有无关系？8．在一个串级控制系统中，原来选用口径为20mm的气开阀，后来改为口径为32mm的气关阀，问（1）主、副调节器的正、反作用是否改变？为什么？（2）副调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？（3）主调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？9．在一个串级控制系统中，主变量是温度，温度变送器量程原为0～200℃，后来改为80～120℃，问（1）副调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？（2）主调节器的比例带和积分时间是否改变？为什么？第六章前馈控制系统1．什么叫前馈控制系统？2．前馈控制系统的特点是什么？3．前馈控制的局限性有哪些？4.为什么前馈控制能改善控制质量？5．前馈控制与反馈控制的区别是什么？6．什么叫系统前馈-反馈（复合）控制系统？7．前馈-反馈控制对扰动的补偿条件与前馈控制一样吗？试证明。
8．是否可用普通的PID控制器作为前馈控制器？为什么？9．在什么条件下前馈效果最好？10．为什么一般不单独使用前馈控制方案？11．前馈-反馈（复合）控制具有哪些优点？第七章比值控制系统1、什么叫比值控制系统？请举例说明2. 比值控制系统有哪几种分类方法？3、有哪几类闭环比值控制系统？各适用于什么情况？4．比值控制系统的特点是什么？第八章大迟延控制系统1．实现Smith预估补偿控制有何意义？2．说明Smith预估补偿的原理。
3．画出Smith预估补偿控制原理图，推导出Smith预估补偿器的传递函数。
4．有哪几种Smith预估补偿控制方案，各有什么特点？第九章解耦控制系统1.实现解耦控制有何意义？2.什么叫耦合？3．什么叫解耦？4．有哪几种常用的解耦控制方法？各有什么特点？5．相对增益矩阵有什么实用意义？6．关联系统解耦的条件是什么？第十章汽包锅炉蒸汽温度控制系统1．对过热蒸汽温度控制质量有哪些要求？2．过热蒸汽温度控制的任务是什么？3.写出过热蒸汽控制系统的被调量，常用的调节手段。