热工自动控制系统详解
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！。
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
热工过程自动控制 课件 自动控制原理部分总结
复平面内
变量：实数变为复数
函数：原函数变为象函数
CH2 自动控制系统的数学描述
拉氏反变换:已知x(t)的拉氏变换X(s)求x(t),通常用 L1[] 表示,计算式为:
x(t) L-1[ X ( s)] 1 j st X ( s ) e ds j 2j 其中, x(t) 叫做原函数 , X(s)叫做像函数
B(s) B( s) X (s) A(s) ( s s1 )(s s2 ) ( s sn ) A1 A2 An ( s s1 ) ( s s2 ) ( s sn )
Ai X (s)( s s i ) s si
CH2 自动控制系统的数学描述
2.2 系统的动态特性
输入：x
系统
输出：y
物理模型
？
y=f（x）
数学模型 稳态时,该关系为系统的稳定特性,是一个代数函数. 动态时,该关系为系统的动态特性,是一个微分方程.
CH2 自动控制系统的数学描述
2.2 系统的动态特性-微分方程vs传递函数 2.2.1 数学模型的建立
已知：如右图所示的 RC 电路，已知电阻阻 值为 R，电容为C. 当输 入信号为 ur （ t ），输 出信号为 uc （ t ）时， 试写出系统的动态特 性方程。
L[ x(t - )] e- s X (s)
L[e-at x(t)] X (s a)
t L[ x( )] aX ( as ) a
④时标变换定理
CH2 自动控制系统的数学描述 ⑤微分定理 如果是在零初始条件下，则
n阶导数的拉氏变换
L[ x (t )] s X (s)
n n
热工过程经常讨论的是在零初始条件下的情况
试析常见电厂热工自动控制技术要点
试析常见电厂热工自动控制技术要点随着工业化的发展，电力需求也在不断增长。
而作为电力的主要生产者，电厂在保证供电的同时也面临着能源消耗、环境污染等诸多问题。
为了提高电厂的运行效率和减少能源损耗，热工自动控制技术应运而生。
热工自动控制技术是指通过测量、控制和调节电厂内部的热工参数，以提高热功率的效率和安全性，降低损耗，减少环境污染。
本文将试析常见电厂热工自动控制技术的要点。
一、热工自动控制系统的构成热工自动控制系统主要由传感器、执行器、控制器和执行机构组成。
传感器用于获取被测量的热工参数，比如温度、压力、流量等；控制器通过分析传感器获取的数据，根据设定的控制策略来控制执行器；执行器则根据控制器的指令来调整执行机构，实现对电厂热工参数的精确控制。
二、常见热工自动控制技术要点1. 温度控制技术温度是热工参数中最为关键的一个，对于电厂的运行和安全都有着重要的影响。
常见的温度控制技术包括PID控制、模糊控制和自适应控制。
PID控制是最为常见的一种控制技术，通过比例、积分和微分三个参数的组合来调整控制量，以实现对温度的精确控制。
模糊控制利用模糊逻辑来描述控制规则，通过建立模糊化的控制规则库来实现对温度的控制。
而自适应控制则是针对温度变化较大的情况，通过不断调整控制策略来适应不同的工况。
2. 压力控制技术压力是电厂内部很重要的一个参数，对于保证设备和管道的安全运行至关重要。
常见的压力控制技术同样包括PID控制、模糊控制和自适应控制。
不同的是，压力控制技术需要考虑到系统的动态响应和稳定性，因此在控制策略的选择上需要更加谨慎。
3. 流量控制技术流量控制是指对流体在电厂管道中的流动进行控制，以保证流体的正常运行和流速的均衡。
常见的流量控制技术包括开关控制、调节控制和迭代学习控制。
开关控制是通过控制阀门的开合来实现对流量的调节，适用于对流量波动不大的情况。
调节控制则是通过调整阀门的开度来实现对流量的精确控制，适用于流量波动较大的情况。
热工控制系统第次课第二篇单元机组的自动控制系统
传感器
用于检测单元机组的运行状态和参数，并将 信号传输给控制装置。
监控系统
用于监控单元机组的运行状态和参数，并显 示在控制室的监控屏幕上。
单元机组自动控制系统的特点
1 2
自动化程度高
单元机组自动控制系统能够实现机组的自动化控 制和调节，减少人工干预，提高生产效率。
控制精度高
单元机组自动控制系统采用先进的控制算法和调 节器，能够实现高精度的控制和调节。
利用专业工具和经验，快速定位故障部位。
故障排除
根据故障类型，采取相应措施进行修复或替 换故障部件。
系统升级与改进
硬件升级
根据需要升级关键硬件组件，提高系统处理 能力。
升级软件
定期更新系统软件，以提高性能和安全性。
系统优化
根据实际运行情况，对系统进行优化调整， 提高运行效率。
谢谢观看
05
单元机组的自动控制系 统维护与升级
日常维护与保养
定期检查
对系统进行定期检查，确保各部件正常工作， 预防潜在故障。
清洁与除尘
保持系统清洁，防止灰尘和杂物对设备造成损 害。
紧固与润滑
对关键部件进行紧固和润滑，确保设备运行平稳。
系统故障诊断与处理
故障检测
通过系统监控和报警功能，及时发现故障。
故障定位
关键技术实现
实现各模块之间的数据通信，确保数 据传输的实时性和准确性。
设计必要的安全保护功能，如超温报 警、超压保护等，确保系统运行安全。
控制算法
数据通信
抗干扰技术
安全保护
选择合适的控制算法，如PID控制、 模糊控制等，以满足系统对动态性能 和稳态精度的要求。
采取有效的抗干扰措施，如信号滤波、 隔离等，提高系统的抗干扰能力。
热工自动控制系统2
对被调量进行调节。 3）被控量随时间波动，变化，无法稳定在某一个确定的数值上。
动态过程时我们关注的性能指标有：调节时间、上升时间、最大超调 量、衰减率等。
3.过渡过程曲线：被控量随时间的变化特性曲线。（见下图）
二、单回路汽包水位控制系统的工作原理分析
设系统在t0时刻前处于稳态，在t0时刻，扰动作用于系统使得汽 包水位升高（例如蒸汽流量D发生反向的阶跃扰动），偏离给定值， 平衡状态被打破。
系统的调节过程：当蒸汽流量D增加时，水位H先升高；水位的测量 变送信号Ih增加，导致进入调节器的偏差信号 D e减小，从而调节器 的输出的控制信号减小，通过执行器改变给水调节阀门开度，使阀门 开度u关小，给水流量W减小，汽包水位H下降，克服扰动，如此不 断调节，最终使汽包水位稳定在某个数值上，系统再次达到平衡。
2.临界比例带法
临界比例带法又称边界稳定法，首先将调节器设置成纯比例调节器，然后系 统闭环投入运行，将比例带由大到小改变，观察系统输出，直到系统产生等 幅振荡为止。记下此状态下的比例带数值(即为临界比例带）和振荡周期，然 后根据经验公式计算调节器的其他参数。
(1)将调节器的积分时间Ti置于最大，微分时间Td置最小，即Ti→∞， Td=0； 置比例带δ为一个较大的值。
(2)将调节器的积分时间兀由最大调整到某一值，由于积分作用的引 入，系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般增大到纯比 例作用的1．2倍。系统投入闭环运行，待系统稳定后，做阶跃扰动试 验，观察调节过程。过渡过程达到希望的衰减率即可，否则改变积分 时间丁1的值，重复上述试验，直到满意为止。
(3)将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值，系统投入闭环运 行，待系统稳定后，做阶跃扰动试验，观察调节过程，修改微分时间 重复试验，直到满意为止。
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。
第1-3热工自动控制系统
热工自动控制系统一、教材热工控制系统华北电力大学边立秀等编中国电力出版社http:〃61.155.6.178/zyf密码：200803Y二、主要参考书0:超超临界机组控制设备及系统肖大雏主编化学工业出版社2007年1.陈来九：热工过程自动调节原理与应用第三章第七章2 .电子书：热工过程自动控制杨献勇主编清华大学出版社3.《热工自动控制系统》华北电力大学李遵基4.《热工自动控制系统》东北电院张玉铎、王满稼三、课程主要内容1 •简单介绍单回路反馈系统(复习)(1)基本调节作用(2)工业调节器(3)调节器参数的整定2.重点介绍电厂热工过程自动控制系统，包括汽温、给水、燃烧自动控制3•介绍单元机组负荷(协调)控制系统(直流锅炉自动控制系统以及单元机组给水全程控制系统) 三、考核方法1.期末考试+平时成绩。
2.平时成绩包括：作业，回答问题，出勤，平时答疑，约占10%第一章概述§ 1-1火电厂自动控制的发展控制方式大致经历了三个发展阶段：1、独立控制：机、炉、电各自独立地进行控制，机、炉、电及重要的辅机各自设置一套控制表盘，它们之间无联系。
调节仪表均为大尺寸的较笨重的基地式仪表，由运行人员进行监视与控制。
国外在20-40年代，我国50年代建造的火电厂属该类型。
2、集中控制：40年代以后，由于中间再热式汽轮机的出现，使锅炉和汽轮机之间的关系更加密切，为了便于机炉的协调运行和事故处理，将它们的控制盘集中安装在一起，对机炉实行集中控制。
集中控制的初级阶段，调节仪表采用电动或汽动单元组合仪表。
50年代后，采用组件组装仪表或以微处理机为核心的数字调节器，对机炉进行集中控制。
3、集散控制系统：这里指火电厂生产过程实现最优控制与速度自动化相结合的多级计算机控制， 60年代至今，国际上火电厂都朝着这一方向发展，近几年从国外引进的火电厂机组已达到这一水平。
N-90 天生港，利港，石洞口Infi — 90Proco ntrolP 合肥二电厂 Mod-300 北仑港 WDPF 望亭利港 MAX1000 外高桥电厂TDC3000 是霍尼维尔(Honey wel)公司的产品。
热工自动控制系统1.
热工自动控制理论与技术牛玉广北方联合电力公司华北电力大学2006年7月目录第一章热工自动控制基础1.1 自动控制的基本概念1.1.1过程控制、程序控制与运动控制●过程控制：对流程工业生产过程的控制，广泛应用于电力、冶金、石化、轻工等行业。
●程序控制（顺序控制或开关控制）：根据预先规定的顺序和条件，使生产工艺过程中的设备自动地依次进行操作。
非流程工业控制（制造业等）。
●运动控制：机器人控制等。
1.1.2 过程控制系统的组成在无人直接参与下可使生产过程或其它过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。
给定值图1-1典型的输出反馈控制系统典型的控制系统结构如图1-1所示。
它是由控制对象、测量环节、调节器和执行器构成输出反馈控制系统。
当图中控制器由模拟仪表实现时，称为模拟（连续）控制系统；当控制器由计算机实现时，则称为计算机控制系统。
由于计算机内部使用数字量进行数据的存储、运算与处理，而生产过程输入输出多为连续模拟信号，因此，计算机控制系统中首先要解决计算机与生产过程间的信号转换问题。
实现这一功能的器件是多路开关、采样保持器、模数转换器、数模转换器和保持器，控制器则由计算机实现。
典型的输出反馈计算机控制系统结构如图1-2所示。
图1-2输出反馈计算机控制系统目前普遍采用DCS实现过程控制，其本质也是一个计算机控制系统。
生产过程执行器传感/变送器输出反馈控制是状态反馈控制的特例。
计算机的使用使实现状态反馈控制成为可能，从而为现代控制理论应用于生产过程控制创造了条件。
状态反馈计算机控制系统的典型结构如图1-3所示。
图1-3状态反馈计算机控制系统控制系统的主要组成部分说明如下：一、控制对象控制对象是指所要控制的装置或设备，如风机、水泵、阀门及锅炉、汽轮机、发电机等。
在控制系统分析与设计中，控制对象以数学模型形式来描述，其一般形式为微分方程。
当然，对于复杂控制对象，其完整准确的数学模型是难以获得的，工程上往往使用经过简化的、能满足控制要求的近似模型。
热工控制系统一讲PPT课件
中国马钧研制出利用齿轮传动的自动指示方度(1788年)
经典控制(1935-1950)
美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构，提出PID 控制方法(1922)
美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压 反馈控制器(1929)
现代控制(1950-今)
现代控制起源于冷战时期的军备竞赛以及计算机技术的出 现。 美国MIT的Servomechanism Laboratory研制第一台数控机 床(1922)
美国 George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)
苏联东方-1号飞船载着加加林进入人类地球卫星轨道，人类 宇航时代开始了(1961)
热工控制系统
华北电力大学
第一章 热工自动控制系统的 基本概念
1 引言
锅炉动画 汽机动画 图
2 现代电站热工自动化
3 现代电站热工自动化技术的发展方向
1 引言
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着 越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接 参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、 生产过程等）自动地按照预定的规律运行。
图1-1
图
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速 器： 调节作用 阀门：执行元件作用
图1-2
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且 其大小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信 号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到
实际水位重新与水位要求值相等时为止。
1.1 自动控制基础理论
1.1.1 自动控制理论的发展 1.1.2 自动控制的基本概念 1.1.3 开环控制与闭环控制 1.1.4 对自动控制系统的基本要求
热工自动控制系统
第一章 过热汽温和再热汽温控制系统过热汽温控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围内。
锅炉过热汽温是影响锅炉生产过程的安全性和经济性的主要参数。
过热汽温过高：管壁金属强度下降，烧坏高温段，严重影响安全；过热汽温是汽水系统中的最高点。
540+5。
过低：1）降低全厂效率：温度下降５℃－１０℃，效率下降１％2）使汽机尾部蒸汽温度升高，使汽机叶片遭受损失，影响汽机安全。
§1-1过热汽温调节对象的动态特性引起过热汽温变化的因素很多，归纳起来为：蒸汽流量Ｄ、给水温度gs T 、喷水量ps D 、喷水温度ps T 、过热器吸热量Ｑ。
主要的影响因素为： (,,)ps f D D Q θ= ① 蒸汽负荷Ｄ扰动下汽温对象的动态特性两个影响途径：a) D ↑→,B V ↑↑(通过锅炉燃烧调节系统)→流过对流过热器的烟温和烟量↑↑ →尽管Ｄ↑，但对流过热器出口温度↑。
b) D ↑→炉膛温度上升不多→辐射式过热器吸热量基本不变→由于Ｄ↑，辐射式过热器后的出口温度↓二者综合影响结果怎样？由于高中压锅炉对流受热面约占６２％，∴当D ↑→θ↑ 特性见下图：上述动态特性是指当机组加负荷时先加锅炉煤和风的情况，当先开汽机调门时，汽温的响应曲线为：c τ=10-20s T =100sτ较小θ(%)D 的过热器τ较小的原因是当Ｄ扰动时，沿整个过热器流程上各点的蒸汽流速几乎同时发生变化，因而烟气传给蒸汽的热量也几乎沿流程同时发生变化。
θ∴对D 的反应较快比较D θ→和ps D θ→特性，前者τ较小，那么似乎应该用Ｄ作为调节手段，对吗？其实这不可能，因为Ｄ由外界用户决定所以它不能满足对θ的调节要求，故它不能作为调节手段。
② 减温水量ps D 扰动下汽温对象的特性喷水减温调节过热器出口汽温θ是目前常用的调节手段，它是将给水的一部分喷入减温器，使之与蒸汽混合，以调节θ。
这里有几个问题要交代一下：a) 设计锅炉时，额定负荷下θ比给定值要高（中压：+25-40℃，高压+40-60℃）。
热工典型系统自动控制
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。
14、下图为AGC指令与跟踪值的切换，当汽机主控切手动后，XV04为Array5、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。
热工B-热工控制系统第一章
能源与动力工程学院第一章热工自动控制概论主讲：赵建立主讲赵建立能源与动力工程学院第一节热工自动控制的发展概况电能的“发输供用”必须同时进行并保持瞬时的平控制对象特征电能的发、输、供、用必须同时进行，并保持瞬时的平衡。
与此同时，参与“发、输、供、用”的所有设备构成了部件众多、结构复杂、分布广阔的动态大系统。
在这个系统中发电机组处于系统的最底层机组处于系统的最底层。
电力生产过程分为发电侧与输配电侧，相应地，从实现自动化的角度，可分为电站自动化和电力系统自动化。
能源与动力工程学院一、电厂热工控制技术的发展1、目前机组特点个随着发电机（1）监视点多(600MW机组I/O点多达3000～5000个，随着发电机-变压器组和厂用电源等电气部分监视纳入DCS之后，I/O点已超过7000个)（2）参数变化速度快和控制对象数量大(600MW机组超过1300个)，而各个控制对象又相互关联所以操作稍失误所引起的后果十分严而各个控制对象又相互关联，所以操作稍一失误，所引起的后果十分严重。
大机组的监视与控制操作任务也不能交运行人员去完成(体力、脑力体力脑力劳动强度，及时、人为操作失误），因此必须由高度计算机化的机组集控取而代之。
控取代之能源与动力工程学院随着计算机技术的迅速发展，电厂热工过程控制又经历了以下几个计算机控制过程:(1) 集中型计算机控制：用一台计算机对整个生产过程进行整体控制因此对计算机的可靠性要求很高旦计算机出现事整体控制，因此对计算机的可靠性要求很高，一旦计算机出现事故，将使整个生产受到影响。
()分散计算机控制随着微机的大批产成本的不(2) 分散型计算机控制：随着微机的大批生产，成本的不断降低，逐渐把集中控制改为用微机进行局部控制，克服了集中控制的一些缺点，但此时各系统之间很难协调起来。
(3) 计算机分散控制：它把各系统之间、厂级管理、调度(3)计算机分散控制它把各系统之间厂级管理调度等用一台功能很强的计算机进行上位管理；而把各子系统用微机控制，充分发挥了集中控制和分散控制各自的优点，是一种比较合理的控制方法。
热工自动控制系统简介
0<ψ<1，
为衰减振荡过程，图1-6（b）。
ψ<0， ym1< ym3 ，为渐扩振荡过程，如图1-6（d）所示。
★要求： 衰减率ψ = 0.75～0.9
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1.5
ym1
1
0.5
PID,
ym3 ym2
P 2, I 3
1 G(s) (s 1)2
y
衰减比 ym1 : ym3 4 :1或者 10 :1
控制系统在受到干扰作用时的过渡过程
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现场中希望过渡过程曲线
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1. 稳定性
控制系统在受到干扰作用后，系统的平衡被破坏，在控制 设备的控制作用下，控制系统能恢复到一个新的平衡状态， 称为稳定的控制系统。
衰减率(比) 是其衡量指标。 随动系统（10：1）定值系统（4：1）
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§1.3.2 以过渡过程形式表征的性能指标
1．稳定性 2 ．准确性 3 ．快速性
要求： 稳定，准确，快速。
以稳定性为首要指标；三者相互联系，相互制约；评 价系统的好坏，应根据实际情况，综合考虑上三个方面
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(a)非周期过程 (b)衰减振荡过程
(c)等幅振荡过程 (d) 渐扩振荡过程
代 ， 九 十 应能力更强 控制和人工智 现 场 总 线 技 术 逐
年代至今
能等领域的交 步成熟，系统集成
叉，CIMS，管 技术
控一体化
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§1.2 过程自动控制的内容和分类
§1.2.1 自动控制系统的组成 §1.2.2 常用专业术语 §1.2.3 热工过程自动控制的内容 §1.2.4 自动控制系统的分类
热工自动控制系统分析
热工自动控制系统分析摘要：热工自动控制系统一般都是作为各种发电供热企业的控制中枢而存在，它又包括机炉协调控制系统、锅炉控制系统以及送风控制系统等不同的调节系统。
本文通过简要阐述热工自动控制系统在相关发电供热企业中的实际应用现状，重点分析了几点提升热工自动控制系统运行质量和效率的策略。
关键词：热工系统；自动控制系统；策略分析引言通过正确分析以及精准描述热工自动控制系统中热工对象的动态特性，探索与监测热工自动控制系统的调节品质以及实时计算热工自动控制系统的调节器参数，能够实时掌握热工自动控制系统的运行状态，确保热工自动控制系统的运行质量与运行安全。
1.精准描述热工自动控制系统中热工对象的动态特性在热工自动控制系统工作过程中，热工对象也是该系统的一个重要组成部分，要设计一个更加合理的热工自动控制系统，必须先掌握和了解热工对象的动态特征，与此同时，要想确定热工自动控制系统控制器的最佳参数，也必须掌握和了解热工对象的动态特征。
所谓的热工对象的动态特征，实际上指的是热工对象的某一个输入量发生变化的时候，其被控参数在这些变动过程中出现的变化规律，这主要是与热工自动控制系统的结构层次、运行条件等因素有关。
因此，要想充分发挥出热工自动控制系统的最大价值和作用，相关部门应该从热工对象入手。
比如，为了能够更加精准地描述热工自动控制系统对象的动态特性，相关技术人员需要在试验中关注以下要素。
在整个过程中，技术人员首先应该确定热工自动控制系统的扰动量，因为如果扰动量过大的话，会直接影响其他干扰信号测试结果的精准度，因此，技术人员需要在确保扰动量数值在15%以下的状态下再进行其他要素的描述与试验。
此外，技术人员在正式进行试验的前后都需要将实际的热工对象直接调整到系统工作状态之下，并保持稳定运行一段时间之后再进行正式的试验，从而确保实验结果的真实性与精准度。
与此同时，技术人员需要重点关注并仔细记录热工自动控制系统阶跃响应曲线的起始部分，这部分的数据对于确定整个热工对象的动态特性参数来说意义重大，技术人员可以通过两点法以及切线法等方式来求出热工对象的传递函数。
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浙江大学冯晓露
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第七章 汽包锅炉给水控制系统试验
一、汽包水位控制系统信号的测量和修正
1。汽包水位的测量 玻璃管水位计：主要用于就地观察水位 电触电水位计：曾用于水位保护 差压式水位计：主要用于水位的控制，目前也作为水位保护信号源，但在 锅炉起停过程中误差较大，此时应以电极式水位计为准
( p,t)
18.56 p
(kg / m3)
0.001t 1.66 0.0561 p
3、给水流量的计算和修正
Q K P t 273
t－－－给水温度 K－－－流量系数
二、汽包水位控制对象特性试验
1．给水量Ｗ扰动时的动态特性
∙ 给水量Ｗ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程可以分别从两个角度加以分析：
第一节 过热蒸汽温度调节系统
锅炉过热器结构示意图
一．过热蒸汽温度的动态特性试验
三种扰动：蒸汽量、烟气量和减温水量。 1．蒸汽量扰动时，过热蒸汽温度的动态特性
∙特点是有迟延，有惯性，有自平衡能力。阶跃响应曲线 蒸汽量变化对汽温变化的传递函数可用下式近似表示：
G(s) (s) K D e s
1、单级三冲量给水自动调节系统的组成
D
2．内回路(inner loop)的分析与整定
内回路的主要任务是当给水流量侧产生自发性扰动时，必须迅速 消除扰动，使被调量（汽包水位H）基本不受到自发性扰动的影响； 当内回路外部发生扰动汽包水位H 发生变化时，内回路要具有快速随 动的特性，使给水流量W尽快地起到调节汽包水位的作用。
1、仅仅从物Biblioteka 平衡的角度来分析； 2、仅仅从热平衡的角度来分析。
综合上述两种角度分析的结果，对曲线１和曲线２进行线性叠加，得到 在给水量Ｗ阶跃扰动下，汽包水位Ｈ的实际变化曲线：
∙ 在给水量Ｗ扰动下，被调对象具有迟延、惯性和无自平 衡
能力特性。
G 01(s)
s(τ
ε s
1)
式中：τ──迟延时间 s；
式中 θ 2──导前汽温 θ 1──过热器出口汽温 wθ ──减温喷水量
∙减温水量扰动时过热蒸汽温度被调对象的阶跃响应曲线图：
汽温对象的传递函数可用下式表示：
G02
(s)
K2 (1 T2S )n2
一般n2=2
G01 (s)
K1 (1 T2 S )n1
一般n1≥2
G(s)
G02
(s)G01 (s)
ε──飞升速度，即单位给水流量改变时水位的变化速度 ；
2．蒸汽量Ｄ扰动时的动态特性
∙ 蒸汽量Ｄ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程同样可以从两个角度加以
分析。 1．仅仅从物质平衡的角度来分析 2．仅仅从热平衡的角度来分析。
在蒸汽量Ｄ阶跃扰动下，汽包水位的实际变化曲线。
动态特性的数学描述为：
G02(s)
K (1 TS
)n
二．串级汽温调节系统
1．系统构成及工作原理
Wθ
θ2
rθ2
P Z
→ →
→→
θ1
k Ts
1
εs
式中： k──比例系数 ， T──时间常数 ε ──飞升速度
3．燃料量扰动时的汽包水位动态特性
燃料量扰动时的汽包水位的变化与蒸汽流量扰动时相近，只是虚假水位更 轻些，迟延时间也较短。
汽包水位动态特性的特点总结：
1、具有迟延； 2、具有“虚假水位”现象； 3、无自平衡能力
三、 单级三冲量给水调节系统及参数整定
1、串级三冲量给水控制系统的组成
2．内回路(inner loop)整定 与单级三冲量系统的内回路一样
3．外回路(outer loop)整定
等效主调：
K1 (1 1 )
W W
T1S
4．蒸汽流量侧α D的选择 此时蒸汽流量信号不一定与给水流量信号严格配合，即:
D W
五、 变速给水泵的安全工作
设计变速泵最小流量控制系统：用一次测量元件和流量变送器对各个给 水泵的入口流量进行测量，通过各泵的再循环调节阀将泵出口的部分给水流 回除氧器，以保证通过给水泵的流量高于设计的最小流量。
第八章 汽温调节系统
The Steam Temperature Control System
第一节 过热蒸汽温度调节系统
θ1
G(s)
(b)
图 8-3 直接喷水减温系统 （a）直接喷水减温系统示意；（b）对象框图
导前区：导前汽温θ 2测点前至减温器 惰性区：过热器出口汽温θ 1测点到导前汽温测点
G02 (s)
2 (s)
w (s)
G01 (s)
1 (s) 2 (s)
G(s)
1 (s)
w (s)
G02 (s)G01 (s)
W (S) 1
I (S ) W W
3．外回路(outer loop)的分析与整定
外回路可以看作是一个单回路调节系统，所以可以采用整定单 回路调节系统的方法来整定外回路。
4. 蒸汽流量侧 D 的选择
要使静态偏差为零，静态时必须满足ID=IW，即：
D D D W w w
在正常运行时，可认为D=W，γ D=γ W，则有
2。差压式水位计的计算和修正
H
L a
L S w s
p
H0
2、蒸汽流量的测量和修正
D K P ( p,t)
( p,t) －－－过热蒸汽密度，过热蒸汽压力和温度的函数
p - - - - - 过热蒸汽绝对压力 t - - - - - 过热蒸汽温度 K - - - - - 流量系数
α D=α W
因此，为了克服静态偏差，蒸汽流量侧分流器的分流系数α D必须 等于给水流量侧分流器的分流系数α W。
四、 串级三冲量给水调节系统及参数整定
串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活，克 服静态偏差完全由主调节器实现，分流系数α D取值不必 考虑静态偏差的问题，α D值可取得大一些，以利于更好 地改善调节过程的调节品质。分流系数α W取值影响内回 路的稳定性，在外回路中，可通过主调节器的δ 和Ti来整 定，α W的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。
D(s) 1 TD S
2．烟气侧扰动时过热蒸汽温度的动态特性
阶跃响应曲线：
烟气扰动时的过热器出口汽温的阶跃响应曲线
∙特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。
3．减温水量扰动时过热蒸汽温度的动态特性
减温器（导前区）
→
（惰性区）
→
Ⅰ段
Ⅱ段
喷水
喷水调节门
θ2
Wθ
（a）
→
θ1
Wθ
G02(s) θ2 G01(s)