热工典型系统自动控制
热工自动化中的智能控制研究
热工自动化中的智能控制研究热工自动化是指利用自动控制装置和技术，实现热力系统和能源设备的自动控制和运行管理。
随着科技的不断进步和发展，智能控制技术在热工自动化中的应用得到了广泛关注和研究。
本文将探讨热工自动化中的智能控制研究，从理论基础、技术应用和发展趋势等方面进行分析和阐述。
一、智能控制的理论基础智能控制是指能够通过感知、推理和决策等智能化方法，对控制系统进行优化和自适应调整的控制技术。
智能控制的理论基础主要包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等。
模糊控制是一种基于人类模糊思维和语言表达的控制方法，能够有效处理模糊、不确定和非线性系统的控制问题。
神经网络控制是利用类似人脑结构和功能的神经网络模型进行控制和学习，能够实现复杂系统的自适应控制和智能化决策。
遗传算法控制则是通过模拟优化生物进化过程，实现控制系统参数的优化和搜索。
在热工自动化中，智能控制能够有效应对能源系统的多变、复杂和非线性特性，实现系统的自适应调整和优化控制。
通过模糊控制技术可以处理热工系统中的模糊信息和不确定性，保证系统稳定运行并满足能源利用效率要求。
神经网络控制能够实现热工系统的智能化决策和预测，提高系统的响应速度和鲁棒性。
遗传算法控制则可对热工系统进行参数优化和搜索，提高系统的能效和经济性。
智能控制的理论基础为热工自动化的智能化提供了重要支撑。
二、智能控制的技术应用在环境保护和节能减排方面，智能控制技术也发挥了重要作用。
通过模糊控制技术可以实现环境污染治理设施的智能化运行和控制，保证排放物的达标排放。
神经网络控制则可以实现环境监测和预测，提高环境治理和管理的智能化水平。
遗传算法控制则可以对环保设施进行参数优化和搜索，提高设施的能效和减排效果。
三、智能控制的发展趋势随着人工智能、大数据和云计算等科技的不断发展和应用，智能控制技术在热工自动化中的发展迎来了新的机遇和挑战。
人工智能的发展为智能控制技术提供了更多的创新和应用可能。
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。
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。
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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华北电力大学
North China Electric Power University
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。
热工过程自动控制
热工过程自动控制1. 什么是热工过程自动控制热工过程自动控制是指利用自动控制系统来监测和调整热工过程中的参数，以达到预定的目标。
这些参数可能包括温度、压力、流量等。
通过自动控制，可以提高热工过程的效率、稳定性和安全性。
2. 热工过程自动控制的原理是什么热工过程自动控制的原理基于控制系统的闭环反馈原理。
首先，通过传感器获取热工过程中的参数信息，如温度传感器可以测量温度值。
然后，将这些参数信息与预定的目标值进行比较，得到误差。
接下来，根据误差，控制器会采取相应的控制策略，如调整阀门开度或启动/停止加热器等，来实现热工过程的控制。
最后，通过执行器将控制信号转换为实际的操作，如控制阀门的开闭或调节加热器的功率。
3. 热工过程自动控制的优势是什么热工过程自动控制具有以下优势：- 提高效率：通过自动控制热工过程中的参数，可以优化操作条件，提高能源利用效率。
例如，根据实时需求调整加热器功率，避免能源的浪费。
- 提高稳定性：自动控制系统能够实时监测和调整热工过程中的参数，使其保持在预定的范围内。
这有助于防止过程变量的偏离和不稳定，提高过程的稳定性。
- 提高安全性：自动控制系统可以及时响应异常情况，并采取相应的措施来保护设备和人员的安全。
例如，在温度超过设定范围时，自动控制系统可以自动关闭加热器或启动冷却装置。
- 提高生产质量：通过自动控制热工过程，可以减少人为操作的误差，提高产品的一致性和质量。
4. 热工过程自动控制中常用的控制策略有哪些在热工过程自动控制中，常用的控制策略包括：- 比例控制：根据误差的大小，按比例调整控制信号。
这种控制策略适用于线性响应的系统，但可能会导致超调和稳定性问题。
- 积分控制：根据误差的累积值，进行控制信号的调整。
积分控制可以消除稳态误差，但可能导致系统的迟滞和震荡。
- 微分控制：根据误差的变化率，调整控制信号。
微分控制可以提高系统的响应速度，但对测量噪声敏感，可能引入噪声放大问题。
热工过程自动控制简述
比例带物理意义:比例 带就是使控制器变化 全范围时，输入偏差 对应满量程的百分数。
刘玉长
三、比例积分(PI)控制规律
(一) 积分(Integrate)控制作用 积分控制作用是指控制器的输出变化量∆y 与输入偏差e的积分成正比：
∆y = K I ∫ edt 或 1 ∆y = ∫ edt TI
e t ∆y t 积分作用动态特性
因为采样周期T相对于信号变化周期来说很 小，故可用和式(矩形计算法)代替积分，以增量 (差分)代替微分，可得离散的PID表达式为
T u ( k ) = K P e( k ) + TI TD ∑ e(i) + T [e(k ) − e(k − 1)] i =1
k
k
= K P e( k ) + K I ∑ e(i ) + K D [e(k ) − e(k − 1)]
刘玉长
常用控制规律特点及适用场合 P PI PD PID
结合P、I、 D的优点， 同时兼顾动 态与静态 高性能控制 系统与温度 控制系统等 (1)速度快 (1)存在滞 (1)超前控 特 (2)有静差 后，控制 制，减小 动态偏差 不及时 点 (2)无静差 (2)有静差 适 压力、流 流量、压 温度、液 用 量、液位 力及高性 位控制等 场 等的控制 能液位控 (对象存在 合 (要求低) 制系统 大惯性) 刘玉长
刘玉长
第二节 基本控制规律与控制器
控制器是自动控制系统的核心，它接受变 送器或转换器送来的标准信号，按预定的规律 (称控制作用或控制规律)输出标准信号，推动执 行器消除偏差，使被控参数保持在给定值附近或 按预定规律变化，实现对生产过程的自动控制。 控制器的输出信号y与输入偏差信号e(=PVSP)之间随时间变化的规律y=f(e)叫做控制器的控 制规律，也称之为控制器的特性。 不同的控制规律适应不同的生产要求。要 选用合适的控制规律，首先必须了解控制规律的 特点与适用条件，根据工艺指标的要求，结合具 体对象特性，才能做出正确的选择。 刘玉长
第2章热工过程自动控制的基本概念
发散振荡的品质指标
2.0
过渡时间？？？ 峰值时间？？？
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
偏差性能指标min
平方误差积分准则 J e2 tdt
0
时间乘误差平方积分准则J te2 t dt
0
误差绝对值积分准则 J e2 t dt
0
时间乘误差绝对值积分准则 J t e2 tdt
衰减振荡(2)的MATLAB模拟
单调过程的MATLAB模拟
汽车ABS刹车时的车速和轮速
三、品质指标
余差（e） ：系统过渡过程终了时给定值与被控参 数稳定值之差 最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给 定值的差 衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二 个波的振幅之比
衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的 百分比 过稳渡定过值程 的5时%间或（2t%s）范：围系内统所过需渡的过时程间曲线进入新的 峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰 值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度
反应快，按设定的程序控制，必须有模型
人工控制
人在完成一项有目的的任务所经历的过程 眼睛观察 大脑分析决策、预期目标 油门执行 汽车受控对象
预期 分析决策
目标
观察 执行 观察
干 扰
工作对象被控量
预期 目标
设定 速度
汽车定速巡航
干
观察
扰
分析决策 执行 受控对象
调节器
观察 测量 执行
干 扰
受控对象
测量
最 大 偏 差
h(t)
0.8
0.6
0.4
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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一、单元机组出力控制系统（单元主控）
1、炉跟机。
当电网负荷指令变化时，汽机调门迅速响应。
调门开度变化，导致主汽压力变
化，主汽压力调节器改变燃料量来保持汽压的稳定。
优点：充分利用了锅炉的蓄热量，使机组较快的响应电网负荷的变化。
缺点：由于锅炉的大惯性和大迟延，加燃料时，主汽压力并不能马上升高，使得主汽压力波动大。
解决办法就是，对机组出力变化的幅度和速度进行限制。
适用于参与电网调频的机组。
2、机跟炉。
电网指令变化时，锅炉燃烧量直接改变，随着燃烧量的变化主汽压力就会跟着
变化，此时汽机调门开度将不断调整以保持汽压的稳定。
而调门的开大关小意味着机组出力的变化，从而适应电网指令。
特点：主汽压力是用调门来控制的，所以汽压会非常稳定，但没有利用锅炉的蓄热量，即没有把锅炉的温度所储存的能量转化为机组出力。
即让锅炉容器的温度下降来迅速增加出力。
对电网指令响应很慢，适用于基础负荷的电厂。
3、CCS方式。
当电网指令增大时，功率偏差信号同时去到汽机主控和锅炉主控去。
一方面
通过开大调门响应外界负荷，另一方面锅炉主控使燃烧量增加，加大锅炉出力。
由于锅炉出力比汽机慢得多，因此主汽压力会下降，此时主汽压力与设定值有偏差，偏差信号送到锅炉主控去增加燃烧量，继续加大锅炉出力。
另一方面送到汽机主控去，把调门开度关小，以限制主汽压力的下降幅度。
当燃烧量自发减小时，比如跳磨。
主汽压力会下降，一方面主汽压力的偏差会使得汽机主控关小调门，以限制主汽压力的下降幅度。
另一方面偏差信号正作用于锅炉主控，使锅炉主控增加燃烧量，以增加锅炉出力。
在这个过程中，机组负荷会暂时的下降，但功能偏差信号形成，正作用于汽机主控和锅炉主控，使得汽机调门开大，锅炉主控指令加大。
特点：即利用了锅炉的高温蓄热能力，又发挥了汽机的快速响应功能。
1
4、下图为AGC指令与跟踪值的切换，当汽机主控切手动后，XV04为Array
5、下图为汽机主控中，机跟炉、炉跟机的切换开关。
当点TF后，汽机主控跟的是压力偏
差信号，当非TF时，跟踪功率偏差信号。
6、一般应该有主汽压偏差校正回路。
是一个死区函数，当压力偏差在一定范围内时，汽机敲门只根据电量指令变化。
如果汽机出力增加过快，锅炉跟不上这个变化，则当压力偏差超过一定值时，经过加法器把该偏差信号加到汽机调速器位置指令上去，使汽机出力暂时下降一些。