《热工过程自动控制技术》课件第二
热工过程自动控制
1.被控量：系统中被控参数2.被控对象：被控制得装置3.扰动：影响被控参数的因素4.给定值：根据生产要求被调量规定值5.调节机构：在调节作用下用来改编进入被控对象物质货能量的装置6.系统方框图可以由环节机构构成，一个复杂的控制系统由串并联和反馈连接构成7.自控系统分类：所要控制变量类型，新号传递路径，系统功用8.衡量一个控制系统的质量评定通过：稳定性、准确性、快速性9.稳定性一般用衰减率品质指标反映Ψ=1非周期；Ψ=0等幅振荡；0<Ψ<1衰减振荡；Ψ<0渐扩振荡调节过程；最佳0.75~0.910.动态偏差：T→∞时偏差大小；静态偏差：系统在过渡过程e（t）的最大值11.快速性评定：系统调节时间，受扰动后从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所需时间12.描写有无自平衡能力对象动态特性参数：有3个，无2个13.热工过程对象特点:是一个不振荡环节常用飞升曲线法一般多输入对象一定延迟和惯性14.控制系统设计任务：分析对象特点选择合适调节器整定合适相关参数15.飞升曲线：常用输入信号是阶跃信号，在阶跃输入下得到对象的阶跃响应曲线；分有自平衡和无两种16.飞升曲线特征参数：有自平衡，延迟时间τ、自平衡系数ρ、时间常数Tc、飞升速度ε；无自平衡，飞升速度ε、响应时间Ta、延迟时间τ17.飞升曲线转换成传递函数常用方法：切线法和两点法18.三种基本调节规律：比例、积分、微分比例：使调节器中调节量M与偏差e成比例保证过程稳定性积分：变化速度与偏差，保证无差运动微分：调节量与偏差e的变化速度成比例，无动态偏差19.四种热工过程自动控制中采用的工业调节器：P：只能保证过程稳定性，不能保证无差运动和无动态偏差PI：能保证稳定性和无差运动，不能无动态偏差PD：能稳定性和无动态偏差，不能无差运动PID：都能保证20.积微分对调节系统稳定性、静动态偏差影响：积分作用越大系统越不稳定，适当微分作用可提高稳定性21.单回路调节系统整定方法：计算、图表、实验；实验整定法：临界比例带、衰减曲线22.工业调节器从实现方式上分：模拟、数字模拟：通过电容、电阻、放大器组成电路来调节，采用惯性环节反馈，可实现PD调节，采用实际微分环节反馈可实现PI调节数字：通过计算机编程实现；能实现复杂控制规律的控制、有很快计算时间，以及分时控制能力，可实现多回路控制、具有很强灵活性、还克实现监控数据采集数字显示等、系统维护简单可靠性高23.采用惯性环节反馈可实现PD调节，实际微分PI24.A/D转换器作用：将模拟信号转换为数字信号25.作为被控对象，温度和流量相比，温度>流量26.常用数字滤波方法：平均、一介惯性；中值滤波适用于迅速过程参数平均值滤波：算数，加板，去极值27.采样开关：实现采样动作的装置；零阶保持器：数字信号恢复为模拟信号最常见的装置28.PID调节规律的数字算法常用法：位置、增量式、速度式29.改进算法：带有死区、积分分离、不完全微分、带有一阶滤波器（+的PID控制）30.DCS：集散控制系统，一种从为处理器为基础的分散型综合控制系统设计理念：集中管理，分散控制特点：自治性、协调性、友好性、扩展性、可靠性组成：操作管理：工程师站、操作员站、显示设置；通讯系统：计算机网络；分散控制：现场控制站、过程监测站31.DCS层次化结构：管理级、监控级、控制级、现场级现场：传感器、变速器、交换器控制：过程控制站、数据采集站监控：操作员站、工程师站32.DCS网络拓扑结构种类：星形、环形、总线形、树形星形：以中央结点为中心与各个结点连接而成，各结点与中央结点通过点到点方式连接，中央结点可直接与从结点连接环形：在网络中各结点通过环路接口连载一条守卫相接的闭合环形通信线路中；结点多影响传输效率，一个站故障影响整个，封闭环不易扩张总线形：比较简单的结构，采用一根中央主点缆称为公共总线的传输介质，各节点直接与总线相连接，信息沿总线介质逐个结点地传播树形：网在总线型网络上加分支形成，传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，通信线路短，网络成本低33.集散控制系统中传输介质性能：双绞线<同轴电缆<光缆34.为了便于实现网络标准化，国际标准化组织提出：ISO/OSI模型分层：物理，链路，网络，传输，会话，表示，应用最底层物理层最高层应用层35.现场总线：测量和控制机器间的数字通讯为主的网络；总线技术发展离不开智能仪表的进步计算机先进过程控制系统主要包括：专家系统。
热工过程自动控制的基本概念
• 热工过程自动控制概述 • 热工过程自动控制的基本原理 • 热工过程自动控制的应用 • 热工过程自动控制的未来发展
01
热工过程自动控制概述
定义与特点
定义
热工过程自动控制是指通过自动 化装置对热工过程中温度、压力 、流量等工艺参数进行自动调节 ，以达到预设目标的过程。
3
物联网技术还可以用于热工过程的能耗监测和管 理，提高能源利用效率和环保水平。
云计算与热工过程自动控制
01
云计算技术为热工过程自动控制提供了强大的计算和存储能力， 使得对热工过程的控制更加高效和灵活。
02
云计算技术可以实现热工数据的集中存储和处理，便于数据的
分析和挖掘。
通过云计算技术，可以实现热工过程的远程监控和管理，提高
快速性
系统对设定值变化的响应速度。
抗干扰性
系统对外部干扰的抵抗能力。
03
热工过程自动控制的应用
工业过程控制
总结词
工业过程控制是热工过程自动控制的重要应用领域，主要用 于提高生产效率和产品质量，降低能耗和减少环境污染。
详细描述
在工业生产过程中，许多物理量需要保持恒定或按照预定规 律变化，如温度、压力、流量、液位等。通过热工过程自动 控制，可以实现对这些参数的实时监测、控制和调节，确保 生产过程的稳定性和可靠性。
02
热工过程自动控制的基本原理
控制系统的基本组成
01
02
03
04
控制器
接收输入信号，根据设定的算 法计算输出信号，控制执行机
构。
执行机构
接收控制器输出的控制信号， 驱动被控对象进行动作。
测量元件
检测被控对象的实际状态，输 出测量信号。
《热工过程自动控制技术》课件
热工过程自动控制技术
燃料量控制系统
▪ (一)燃料量的测量与热量信号 ▪ (二)燃料量(燃煤量)控制系统的基本结构 ▪ (三)燃煤量控制系统的基本要求 ▪ (四)典型的燃料量控制系统 ▪ (五)磨煤机控制 ▪ (六)一次风母管压力的控制 ▪ (七)燃油流量及压力控制
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER 2020/3/23
负荷或汽压改变时同时调锅炉、汽轮机。 ▪ 1)以锅炉跟随为基础的协调方式COORD.BF ： ▪ 2)以汽轮机跟随为基础的协调方式COORD.TF： ▪ 3)直接能量平衡DEB协调方式 ： ▪ 4)负荷指令间接平衡的协调控制系统方式：
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单级三冲量给水控制系统
▪ (1)给水流量信号W：
系统的反馈信号。克服内扰，稳定给水流量。
▪ (2)蒸汽流量信号D：
系统的前馈信号。减小或抵消“虚假水位”的 影响。
▪ (3)存在的问题：
• ①引入的D信号不一定恰好消除“虚假水位” 的影响。
• ②给水流量既影响内回路又影响外回路→在 系统整定时内、外回路相互影响。
• 1.单级三冲量给水控制系统： • 2.串级三冲量给水控制系统：
▪ (三)给水全程控制系统：
• 1.给水全程控制的概念：
给水全程控制系统指的是在锅炉启停及正常运行中均 能实现自动控制的给水控制系统。
• 2.测量信号的校正： • 3.给水热力系统及调节机构： • 4.给水全程控制系统分析：
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▪ 3．协调机组内部各子控制系统(燃料、送风、炉膛压力、给 水、汽温等控制系统)的控制作用，在负荷变化过程中使机 组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高 的效率和可靠的安全性。
火电厂热工知识讲解第2章锅炉侧控制
第二章锅炉侧控制第一节直流锅炉简介超临界机组指的是锅炉内工质的压力超过了临界点。
水的临界点是22.115MPa/374.15℃。
在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，理论上认为，水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成。
由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持汽包锅炉的自然循环，直流锅炉成为唯一型式。
随着机组向大容量高参数方向发展，直流锅炉由于热效率高在火电厂中得到了愈来愈广泛的应用。
直流锅炉属于强制循环锅炉，其工质在给水泵压头作用下，顺序地通过加热段、蒸发段和过热段，一次性的将给水全部转变为过热蒸汽，它的循环倍率等于１。
直流锅炉在工作原理、运行和控制等方面都有其自身的特点：（1）强制循环直流锅炉的汽水流程如图2-1所示，工质从水变成过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压头来驱动。
因此，较汽包锅炉而言，受热面可以任意布置，适应各种压力的锅炉。
（2）各受热段之间没有固定的界限直流锅炉没有汽包，因此加热段、蒸发段及过热面段没有严格的界限。
当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热段的分界就发生移动。
例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向汽水流程的前面移动（加热段、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。
由于受热面界限的变化，锅炉的过热蒸汽温度会发生很大的变化，如图2-2所示。
当给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热段缩短，过热受热段增加，所增加的燃烧热量全部用于使过热蒸汽加温，因此汽温将上升。
对于一般直流锅炉，燃烧率和给水流量的比例变化1将使过热蒸汽温度变化约8～10℃。
在实际运行中，负荷变化等原因引起燃料与给水流量的比例失调往往超过1％，从而使过热汽温发生很大的变化，所以只采用改变喷水流量作给水泵省煤器水冷壁过热器为调温手段将很难把出口汽温校正过来。
因此，对于直流锅炉来说，调节汽温的手段应是使燃烧率和给水流量保持适当比例（粗调）, 再采用喷水减温作为过热汽温的细调手段，以使过热汽温精确地等于给定值。
《热工过程自动控制技术》高职
《热工过程自动控制技术》高职（原创实用版）目录一、热工过程自动控制的基本原理二、PID 控制的分析与整定方法三、大型火电机组的主要控制系统四、现代控制理论及其在热工过程中的应用五、离散控制系统的基本内容六、先进的控制策略及其在热工过程中的发展与应用正文热工过程自动控制技术是一种在能源动力系统中广泛应用的技术，它依据自动控制的基本原理，对热工过程进行实时监测和调节，以保证热工过程的稳定性和安全性。
首先，热工过程自动控制的基本原理主要包括反馈控制和前馈控制。
反馈控制是根据系统的输出信号，通过比较和误差放大，来调节系统的输入信号，以使系统输出信号接近于期望值。
前馈控制则是根据系统的输入信号，通过预测和提前调节，来减小系统的输出误差。
其次，PID 控制是一种在热工过程中占有统治地位的控制方法，它通过对比例、积分、微分三个环节的调节，来实现对热工过程的精确控制。
PID 控制的分析和整定方法主要包括根轨迹法、频率响应法和试验法等。
再次，大型火电机组是热工过程中常见的控制系统，它主要包括锅炉、汽轮机和发电机三个部分。
通过对这三个部分的实时监测和调节，可以实现对火电机组的优化控制。
此外，现代控制理论在热工过程中的应用也得到了广泛关注。
现代控制理论主要包括状态反馈控制、观测器设计和模型参考自适应控制等，它可以提高热工过程的控制精度和稳定性。
离散控制系统是另一种在热工过程中常见的控制系统，它主要通过对离散时间的采样和调节，来实现对热工过程的实时控制。
最后，随着科技的发展，一些先进的控制策略在热工过程中的应用也得到了广泛关注，例如模糊控制、神经网络控制和自适应控制等。
这些先进的控制策略可以进一步提高热工过程的控制精度和稳定性。
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
参数整定
8
五、阶跃响应曲线求取对象传递函数
时域法是目前应用最多的一种方法，其主要内容 是：给对象人为加一阶跃扰动，记录下响应曲线，然后 根据该响应曲线求取对象的传递函数。 由阶跃扰动作用下的对象的动态特性为阶跃响应曲 线，即飞升曲线。阶跃响应曲线能比较直观的反映对象 的动态特性；其次特征参数直接取自记录曲线而无需经 过中间转换，试验方法也很简单。 1、阶跃响应曲线的测定 在系统处于稳定工况下通过手动或摇控装置使调节 阀作一次阶跃变化；与此同时，记录表记录下扰动量和 被调量的变化过程。
19
三、量程调整
目的是使变送器输出的上限与测量范围的上限相对应。 ♦ 适用于大范围物理量的测量； ♦ 正确选择测量范围；
y ymax y ymax
0
xmax
x
0
x1max x
量程调整原理图
20
四、零点调整 使变送器的测量起始点为零。 五、零点迁移 把测量起始点由零迁移到某一值。
y ymax y ymax
27
例如： 电／气转换器是电动单元组合仪表中的一个转换 单元，它能将电动控制系统的标准信号（0～10mA DC或 4～20mA DC）转换为标准气压信号 （0.2×105～1.0×105Pa或 0.4×105～2.0×105Pa）。
2.0 105 0.4 105 P ( I 4) 0.4 105 20 4 0.1105 ( I 4) 0.4 105
16
§2 变送器
17
一、定义 变送器是将各种工艺变量（如温度、压力、流 量、液位）和电、气信号（如电压、电流、频率、 气压等信号）转换成相应的便于传输的统一标准信 号的装置。 基于反馈原理工作，包括测量部分（即输入转 换部分）、放大器和反馈部分。 如：差压变送器、温度变送器。
《热工过程自动调节》课件
热力发电厂的自动控制系统
总结词
热力发电厂的自动控制系统是实现电厂高效 、安全运行的关键，通过自动化控制技术， 实现对电厂热力系统的实时监测和调整，提 高发电效率并降低能耗。
详细描述
热力发电厂的自动控制系统包括热工测量、 控制和保护等部分，能够实现对汽轮机、锅 炉等设备的自动化控制。通过自动化控制技 术，可以确保电厂在最佳状态下运行，提高 发电效率，同时降低能耗和减少环境污染。
总结词
液位自动调节系统用于控制和稳定设备或工艺过程中的液位高度，确保液位在设定的范 围内波动。
详细描述
液位自动调节系统通过液位传感器检测液位高度，并将液位信号转换为电信号传输给控 制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，输出控制信号调节进料或排料的运行，以实
现对液位的自动控制。
成分自动调节系统
总结词
要点一
总结词
网络化控制技术可以实现远程监控和操作，提高热工过程 的自动化和智能化水平。
要点二
详细描述
通过网络化控制技术，可以实现远程监控和操作热工设备 ，实时获取设备的运行状态和参数，提高设备的运行效率 和安全性。
节能减排的需求驱动
总结词
随着环保意识的不断提高，节能减排成为热工过程自动 调节的重要发展方向。
02
热工过程自动调节的基本 原理
自动调节系统的组成
测量元件
用于检测被调参数，并将其转换为可处理的信号。
控制器
接收测量元件的信号，根据设定的参数值进行比较和计算，输出控制信号。
执行机构
接收控制信号，驱动调节阀等执行元件进行动作，实现对被调参数的控制。
被调对象
需要进行自动调节的设备或系统。
自动调节系统的基本特性
化学反应器的自动控制系统