第07章 汽包锅炉给水自动调节系统
第07章 汽包锅炉给水自动调节系统
S
1
WT S WD S WT S WD S
xS
WB
S
WT S
1 WT
WD S S WD
WDz
S
S
z
S
可得完全补偿的条件：
WB
S
WDz S WT S WD
S
3、复 合 控 制 时，扰 动 对 输 出 的 影 响 要 比 纯 前 馈 时 小 得 多
为 便 于 比 较 ，设 系 统 为 定 值 控 制， 即X(S)=0， 专 门 讨 论 扰 动Z(S) 对
对于其他未经过补偿的扰动作用也有类似的结果。
4 、前 馈 补 偿 对 于 系 统 的 稳 定 性 没 有 影 响
这 一 点 是 显 而 易 见 的， 因 为 前 馈 无 论 加 在 什 么 位 置，它 都 不 构 成 回 路，系 统 的 输 入－－ 输 出 传 递 函 数 的 分 母 均 保 持 不 变，因 而 不 会 影 响系统的稳定性。
yS
1
WT S WD S WT S WD S
xS
1
WDz S WT S WD
S
zS
由 于 WDZ（S）≠0， 因 此 扰 动 对 系 统 输 出 是 有 影 响 的 。
2、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道 和 干 扰 通 道 有 关 ，还 与 反 馈 调 节 器 的 位 置 有 关 。
有时用汽包水位反应速度ε的倒数Ta，即反应时间作为反映汽 包水位变化的参数，其定义为：当扰动量为100％时，水位变化 100％(跳炉所用的水位如220mm)所经过的时间。
给水流量W扰动下，汽包水位调节对象没有自平衡能力，但 是具有一定的惯性和迟延，即给水流量W改变后不能立即引起汽 包水位 H 的变化。
第7章汽包锅炉给水调节
当给水不稳定时，省煤器中的水温随之周期性变化， 给水量偏小时，水温提高，将使温差降低，导致排烟温度 提高，降低锅炉效率；而且，不稳定的间断给水，对省煤 器等的安全运行也是不利的。
能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering 5 2013-11-29
主 变 压 器
下 降 管
省煤器
水 冷 壁
锅 炉
空气预热器
汽轮机
低 压 加 热 器
喷燃器 高 压 加 热 器 冷灰斗 凝结水泵 给水泵 磨煤机 排粉机
凝汽器
送 风 机
除 尘 器
Hale Waihona Puke 引 风 机冲灰沟能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering 3 2013-11-29
能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering 4 2013-11-29
华中科技大学本科生专业课程
《 热工过 程自动化 》
汽包水位过低，则会破坏锅炉水循环，以致某些水冷 壁管束得不到炉水冷却而烧坏，甚至引起锅炉爆炸事故。 （2）使锅炉的给水连续均匀、相对稳定，从而使锅炉 汽压稳定，省煤器安全，保证锅炉在合适的参数下稳定运行， 且具有较高的运行效率，提高锅炉运行的经济性。 当水位较低时，大量给水会大大降低锅炉的汽压，这 时为保证负荷就得增加燃料和燃烧设备的负担，可能使锅 炉排烟损失和不完全燃烧损失增加。
能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering 8 2013-11-29
汽包锅炉给水自动控制系统概要
VD = VW
三、锅炉给水调节系统
(一) 单冲量给水调节系统
(二) 三冲量给水调节系统
1. 单级三冲量给水调节系统 2. 串级三冲量给水调节系统
串级三冲量给水调节系统
VH
VD
VW
γD,γH ,γW ─D、H、W测量装置的放大系数 主调节器PI 副调节器P
串级三冲量给水调节系统
允许
VH
VD >VW
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
动 态 特 性
汽包锅炉给水自动控制系统
Drum Boiler Feedwater Automatic Regulation System
过热蒸汽D
导 入 新 课
汽 包
过热器
过热器 水冷壁
给水W
省煤器
燃料B
炉 膛
主 要 内 容
锅炉给水调节系统的任务 给水调节对象的动态特性 锅炉给水调节系统
一、给水控制的任务
1. 使锅炉的给水量适应蒸发量 2. 维持汽包水位在规定的范围内
汽包
被调量:水位
过热器 水冷壁
H—
调节阀 省煤器
二、给水控制对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H1
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H2
电厂热工过程自动调节
第一章：自动调节的基本概念1）调节的常用术语：1、被调对象：被调节的生产设备或生产过程2、被调量：通过调节需要维持的物理量3、给定值：根据生产要求，被调量的规定数值4、扰动：引起被调量变化的各种原因5、调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量6、调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置2）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统；3）按调节系统的结构分类：1、反馈调节系统2、前馈调节系统3、符合调节系统；4）自动调节的主要性能指标：稳定性、准确性、快速性5）动态偏差：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值6）静态偏差：指调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值第二章：自动调节系统的数学模型1）传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比2）递函数具有以下性质：1、传递函数是复变量s的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数。
2、传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统（或环节）的固有特性，和输入信号的具体形式、大小无关，且不能具体表打系统（或环节）的物理结构。
3、传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系。
4、系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从而能方便地判断动态过程的基本特性。
3）自动调节的基本环节：1、比例环节：输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节。
微分方程：c(t)=Kr(t)式中：r(t)—输入信号；c(t)输出信号；K—环节的传递系数或比例系数。
传递函数:G(s)=C(s)/R(s)=K2、积分环节：输出信号和输入信号的积分成正比例。
积分环节的微分方程为：式中T1—积分时间。
积分环节的传递函数：G(s)=C(s)/R(s)=1/T1s.积分环节的阶跃响应函数为：:输入信号（阶跃函数）的幅值。
3、惯性环节：惯性环节微分方程：T*dc(t)/dt+c(t)=Kr(t)式中T-惯性环节的时间常数；K—惯性环节的传递函数或静态放大系数，其值为平衡状态时输出信号与输入信号增幅值的比。
锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水位自动调节锅炉发生爆炸事故的原因之一是由于汽包水位过高或过低所引起的，因此在锅炉中，控制汽包水位是非常关键的。
传统上，锅炉的汽包水位调节是手动完成的，而随着自动控制技术的不断发展，锅炉汽包水位的自动调节也成为了可能。
锅炉汽包水位的自动调节原理在锅炉中，汽包是水蒸气和水的混合物，由于水的密度大于水蒸气的密度，因此汽包水位的高低可以反映出锅炉内部的水位情况。
当汽包水位过高时，容易发生爆炸事故，当汽包水位过低时，会导致锅炉的正常工作受到影响。
因此，对于锅炉汽包水位的自动调节是非常重要的。
锅炉汽包水位的自动调节采用的是反馈控制系统。
该系统包括传感器、控制器和调节器三部分。
传感器主要用于测量锅炉汽包水位的值，控制器则将传感器测量的数据与预设的目标水位进行比较，得出调节量并发送给调节器。
调节器根据控制器发送的调节量来控制水位的上升或下降，从而实现锅炉汽包水位的自动调节。
锅炉汽包水位自动调节系统的优点相比于传统的手动调节方式，锅炉汽包水位自动调节系统具有以下几个优点：1.提高效率：自动化系统可以根据锅炉内部实时数据进行分析，对汽包水位进行精准调节，从而提高了锅炉工作效率。
2.减少人力成本：自动化系统的引入可以减少了锅炉操作员的劳动强度，避免由于人为操作失误所引起的事故风险。
3.提高安全性：自动化系统可以及时检测汽包水位，保持正常水位范围内，提高了锅炉工作的安全性，并可以有效地避免爆炸事故的发生。
4.提高稳定性：自动化系统可以实现连续性的自动控制，保持了稳定的工作状态，避免了频繁人工干预所引起的不稳定因素。
锅炉汽包水位自动调节的发展前景随着自动化技术的不断发展，锅炉汽包水位自动调节系统将会得到更广泛的应用。
未来的自动化系统将会更加精确、智能化，可以通过大数据分析以及人工智能技术对锅炉的运行状态进行实时监测，在锅炉发生问题时能够及时作出反应，提高锅炉的安全性和稳定性。
结论随着自动化技术的不断提高，自动化控制在锅炉行业中已经逐渐成为了趋势。
汽包锅炉给水自动调节系统PPT文档共32页
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
汽包炉给水控制系统参数调整学习
汽包炉给水控制系统参数调整学习在调整每一个自动控制系统的参数时，我们必须了解被控对象的特性以及其调整内容，例如汽包炉给水自动，它主调节器的设定值是汽包水位，被调量为汽包的实际水位；副调节器的设定值为主调节器的输出，被调量为给水流量；前馈量是主蒸汽流量。
以下是汽包炉给水自动参数调整的步骤和内容，及注意事项：1、调整步骤：（1）初参数的预设；通过扰动给水旁路调门或者是给水泵勺管的开度得到汽包水位、给水流量、主蒸汽流量、主调节器的输出以及副调节器的输出的曲线，然后通过分析曲线预设主、副调节器的初参数以及前馈的强度；（2）初参数的优化；当初参数预设完成后，我们就可以试投给水自动，在投入之前一定要做好需要监视重要变量的曲线，这样我们可以通过分析重要变量的曲线来优化调节参数以及前馈强度；另外，对于串级控制回路，先整定副调节器的参数然后再整定主调节器的参数；（3）扰动试验；通过修改汽包水位设定值来测试当前的调节器参数是否可以满足变工况以及调节品质的要求。
2、调整内容：（1）汽包水位：是整个控制系统的主被调量，同时也是闭环控制回路的反馈变量，用于校正水位的最终偏差，任何导致水位变化的扰动都会使调节器动作；（2）给水流量：是副调节器的被调量，因为给水流量信号对给水流量变化的响应很快，使调节器能够在水位还没变化时就对前馈信号的变化作出反应，消除内扰，使调节过程比较稳定，保证了调节系统的稳定运行。
（3）蒸汽流量：是系统的前馈信号，它的作用是防止“虚假水位”引起的调节器的误动，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；3、注意事项：（1）切除自动条件、逻辑闭锁的设置以及无扰切换的实现；（2）在修改前馈的强度时必须将自动切到手动，然后再进行修改；（3）对于自己预设的初参数没有把握时，可以将输出指令进行限制在一个合理的范围内，以防系统投入自动后输出指令大幅度波动导致其他系统波动或者是机组跳闸，因为汽包水位是触发MFT的一个条件。
汽包锅炉给水自动控制系统
第五章汽包锅炉给水自动控制系统5-1 前馈--反馈调节系统一.前馈--反馈调节原理反馈调节系统特点：事后控制，反馈校正。
调节过程中被调量的动态偏差较大,且调节过程也较长。
前馈调节系统特点：直接根据扰动进行调节,减小动态偏差。
()yxW s()oxW s()bxW sxu y1.定义直接根据造成被调量偏差的原因进行调节的系统,称为前馈调节系统。
2.前馈的类型及整定前馈调节的类型：很多,因而()b SW的规律不同。
不变性原理：设计前馈补偿器,使被调量y与扰动无关。
(a)扰动有单独通道()()()()0()()yxyx b o boW sW s W s W s W sW s+=⇒=-(b) 扰动作用在对象之前补偿作用在调节器之前。
例如:喷水压力改变时对温度的影响。
()()()()()10()()1()()()o b a o b a o a W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s +==⇒=-+(c) 扰动有单独通道,补偿作用在调节器之后()()()()()0()()1()()()yx b o yx b a o W s W s W s W s Y s W s X s W s W s Wo s +==⇒=-+(d) 扰动有单独通道,补偿在调节之前()()()()()()0()()1()()()()yx a b o yx b a o a W s W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s Wo s +==⇒=-+前馈一般不能做到完全补偿。
常用静态前馈或者一些特定形式的动态前馈。
(a) 静态前馈即根据不变性原理求出()b S W ,用其静态放大系数作为补偿装置,它是一个比例环节: ()0|b b S s k W →=(b) 动态前馈直接根据不变性原理求得。
在热工过程控制中常用:211()1b bT s W s k T s +=+-----超前—滞后环节()0|b b S s k W →=当21T T >时 ,超前补偿(PD 作用) 当12T T >时,滞后补偿(PI 作用)21T T >tktk 12211(0)lim ()lim ()b b S S T y SY S SW S k S T →∞→∞===01()lim ()b b S y SW S k S→∞==3. 存在缺点:(1) 只能针对一种或者几种典型扰动设计()b W s ,然而生产过程中扰动因素很多,因而调节效果受到限制. (2) 对不可测量的扰动,无法实现补偿. (3) 不能做到完全补偿,实现复杂,采用b k 或者2111bT sk T s++近似补偿. 前馈—反馈调节系统：必须将前馈和反馈结合起来进行调节,利用前馈来减小扰动对被调量的影响,而反馈作用保障被调量等于给定值.二.前馈—反馈调节系统. 1.概念r y前馈控制:作用是有效抑制主要扰动,开环控制。
锅炉给水自动调节系统的类型
给水调节系统的类型汽包锅炉给水自动调节系统主要有三种主要的类型一．单冲量给水自动调节系统单冲量给水自动调节系统如图7－6所示。
（图7－6）这种系统只依据汽包水位一个信号进行调节，所以称为单冲量。
实际的汽包水位信号与给定值的偏差信号输入到比例积分调节器，如果存在偏差，调节器发出调节指令，通过调节机关改变给水量，直到汽包水位等于给定值为止。
单冲量给水自动调节系统是一种最基本、最简单的调节系统。
对于一些低参数、小容量的汽包锅炉，且对调节质量的要求不高，这种调节系统是适用的。
单冲量给水自动调节系统存在的缺陷也是十分明显的，主要是：1.不可能克服“虚假水位”现象造成的误动作。
在蒸汽量D变化时（如增加），汽包水位H一开始反而上升，调节系统接受的是H上升的信号，所以调节系统使给水量W下降，这是一个误动作，其调节的结果将进一步扩大了汽包流入量与流出量之间的物质不平衡，汽包水位H 大幅度波动，调节时间加长。
2.在给水流量W变化时，汽包水位H要经过一段时间τ后才能有所反应，所以调节作用也必定滞后，调节的结果也会造成汽包水位H波动较大，调节时间较长。
需要指出的是，单冲量给水调节系统的调节方案除了适用于小型汽包锅炉之外，对于大容量高参数汽包锅炉在低负荷工况时也是被采用的（详见本章第四节）。
二．单级三冲量给水自动调节系统单级三冲量给水自动调节系统是目前普遍采用的一种基本调节方案，是典型的系统类型，图7－7所示的是系统示意图。
（图7－7）调节器依据汽包水位H、给水流量W和蒸汽流量D三个信号进行调节，所以称为三冲量调节系统。
调节系统中构成有两个闭合回路，汽包水位测量装置、比例积分调节器、执行器、调节阀门和被调对象构成的闭合回路称为主回路或外回路；给水流量测量装置、比例积分调节器、执行器、调节阀门和被调对象构成的闭合回路称为副回路或内回路，所以系统也称为单级三冲量双回路调节系统。
单级是相对于串级而言，它说明在主回路中只有一个调节器。
锅炉给水调节系统
汽包锅炉给水自动调节系统第一节给水调节任务与给水调节对象动态特性一、给水调节的任务汽包锅炉给水调节的任务是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。
汽包水位反映了汽包锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数，保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。
汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离器的正常工作，造成出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）而使过热器管壁结垢，容易导致过热器烧坏。
同时，汽包出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性。
汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。
二、给水调节对象动态特性汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的气泡容积所决定的，因此凡是引起汽包中储水量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水调节的扰动。
（1）给水流量扰动。
这个扰动来自给水调节门的开度变化、省煤器可动喷嘴开关动作、给水压力变化、给水泵转速波动等引起锅炉给水量改变的一切因素。
（2）蒸汽负荷扰动。
这个扰动是指汽轮机负荷变化而引起的蒸汽流量的改变，它使水位发生变化。
（3）锅炉炉膛热负荷扰动。
这个扰动主要是由锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的，它影响锅炉的输出蒸汽流量和汽水容积中的气泡体积。
给水调节对象的动态特性是指由上述引起水位变化的扰动与汽包水位间的动态关系。
当给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征，也就是说，当给水流量改变后水位并不会立即变化。
给水流量增加，一方面使进入锅炉汽包的给水量增加；另一方面使温度较低的给水进入省煤器、汽包及水循环系统，吸收了原有饱和水中的一部分热量，致使水面下气泡体积减小。
当蒸汽流量扰动时，汽包水位将出现“虚假水位”现象。
原因是在蒸汽负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降）。
能源生产过程自动控制课件 第07章 汽包锅炉给水自动调节系统2
一）单级三冲量给水自动调节系统 （Single Stage Three-Element Feedwater Control
System) 1.系统的组成
给水调节器接受三个信号—三冲量
水位H为主信号，组成反馈控制系统； 蒸汽流量D为前馈信号，当蒸汽流量增加时，相应
VW V
即内回路传函
V WWW
W 1
V WW
由此得三冲量控制系统简化图
主回路可看作为单回路系统，被控对象的输入信
号是给水量W，输出信号是变送器输出信号VH。
广义对象为
G0* (s)
H GHW
(s)
H s(1s)
* s(1s)
等效调节器为 等效比例带
GR*
(s)
1
W W
1
W
W WW
第三节 给水自动控制系统
一、给水控制的任务
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。 水位过高 水位过低
二、给水调节对象的动态特性
影响水位的原因 给水量Ｗ； 蒸汽负荷Ｄ； 锅炉炉膛热负荷Q； 汽包压力。
1.给水量W扰动下水位变化的动态特性
给水量Ｗ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程可以分别 从两个方面分析：
增加给水流量，减小或抵消由于虚假水位现象使 给水流量与负荷相反方向变化的趋势； 给水流量信号W，既是反馈信号又是前馈信号。
三冲量系统是前馈-反馈控制系统
2 控制系统的分析整定
1）调节器入口接线
蒸汽负荷D,升高，应增大给水流量，VD为“+”； 给水流量W，反馈信号，增大应减小阀门开度，VW
为“-”;
等效比例带可根据广义对象的阶跃响应曲线求取
锅炉汽包水位自动控制系统
第一章绪论汽包水位是锅炉安全运行的指标之一,锅炉汽包水位的测量、控制和保护系统的合理配置是保证锅炉安全运行的重要措施。
过高的水位会影响汽水分离装置的汽水分离效果,使锅炉出口的饱和蒸汽的湿度增大,含盐量增多,造成过热器和汽轮机通流部分结垢,从而引起过热器管壁超温甚至爆管。
当水位严重过高时,还将使汽轮机产生水冲击, 引起破坏性事故。
水位过低,会影响锅炉的水循环安全,造成局部水冷壁管过热,严重缺水时造成锅炉爆炸。
因此,准确测量和保持汽包水位在规定的范围内有其重要意义。
我在本设计中，将通过单片机的控制，使锅炉汽包水位，维持在正常的标准下，在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。
第二章工作原理与方案论证2.1 工作原理图2.1所示即为锅炉汽包水位自动控制系统示意图。
当系统受到扰动后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表得到其测量值h。
在自动控制装置（液位控制器LC）中，将h与设定值h0比较，得到偏差，经过运算后，发出控制信号，这一信号作用于执行器（在此为控制阀，）改变给水量，以克服扰动的影响，使被控2-1变量回到设定值。
这样就完成了所要求的控制任务。
这些自动控制装置和被控工艺对象组成了一个自动控制系统。
2.2方案论证单冲量水位控制系统直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，输出开关给水调节阀门的信号，但这种系统具有严重的弊病：在蒸汽流量忽然增加时，因给水流量小于蒸发量，水位应当下降。
但是由于炉筒内的贮汽减少，内部压力忽降，从而使水面下的炉筒容积扩大，并加速汽化，由于水面下容积扩大，使水位不但不下降，反而迅速上升，产生“虚假水位”现象。
而控制器根据偏差信号改变给水流量与需求相反，必然会加剧水位的大幅度波动。
所以在负荷变化频繁，锅炉贮水量小的情况下，不能采用单冲量水位控制系统。
双冲量水位控制系统的优点：能在负荷变化频繁的工况下比较好的完成水位调节任务，在给水压力比较平稳时采用双冲量水位控制系统是能够达到调节要求的。
热工过程自动调节习题集答案详解
答案及分析第一章自动调节的基本概念1-1 试列举生产过程或生活中自动调节的例子,并分别说出它们各自的被调量,调节作用量以及可能受到的各种扰动.。
答：汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H 调节量W 扰动蒸汽量D 锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度减温水流量变化扰动：蒸汽流量变化烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动：受热面机会给水温度的变化燃料改变过量空气系数的变化燃烧过程自动控制气压Pt 过剩空气系数a 炉膛负压S1 调节量：燃烧量B 送风量V 引风量G 扰动：燃烧率负荷（汽轮机调节门开度汽轮机进气流量）以电厂锅炉运行中炉膛压力的人工控制为例，被调量是炉膛压力，调节量是引风量，各种扰动包括内扰和扰，如炉膛负荷送风量等。
在锅炉过热蒸汽温度控制系统中，被调量是过热器出口过热蒸汽温度。
在锅炉负荷控制系统中，被调量是主蒸汽压力，调节粮食锅炉燃料量，扰动是汽机进汽量。
1-2 实际生产过程中常采用哪几种类型的自动调节系统答:按给定值信号的特点分类,有:恒值调节系统,程序调节系统和随机调节系统.按调节系统的结构分类,有:反馈调节系统,前馈调节系统和前馈-反馈的复合调节系统.按调节系统闭环回路的树木分类：单回路调节系统多回路调节系统按调节作用的形式分类：连续调节系统离散调节系统按系统特性分类：线性调节系统非线性调节系统1-3 为什么在自动调节系统中经常采用负反馈的形式答:自动调节系统采用反馈控制的目的是消除被凋量与绐定值的偏差.所以控制作用的正确方向应该是:被调量高于绐定值时也就是偏差为负时控制作用应向减小方向,当被调量低于给定值时也就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此:控制作用的方向与被调量的变化相反,也就是反馈作用的方向应该是负反馈.负反馈是反馈控制系统能够完成控制任务的必要条件.1-4 前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别答:反馈调节系统是依据于偏差进行调节的,由于反馈回路的存在,形成一个闭合的环路,所以也称为闭环调节系统.其特点是:(1)在调节结束时,可以使被调量等于或接近于给定值;(2)当调节系统受到扰动作用时,必须等到被调量出现偏差后才开始调节,所以调节的速度相对比较缓慢.而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的,前馈调节系统由于无闭合环路存在,亦称为开环调节系统.其特点是:(1)由于扰动影响被调量的同时,调节器的调节作用已产生,所以调节速度相对比较快;(2)由于没有被调量的反馈,所以调节结束时不能保证被调量等于给定值.1-5 如何用衰减率来判断调节过程的稳态性能答:衰减率ψ作为稳定性指标比较直观形象,在系统的调节过程曲线上能够很方便地得到它的数值.ψ=1是非周期的调节过程,ψ=0是等幅振荡的调节过程,0<ψ<1是衰减振荡的调节过程, ψ<0是渐扩振荡的调节过程.1-6 从系统方框图上看,调节系统的调节过程形态取决于什么 答:取决于被调对象和调节器的特性.1-7 基本的自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件它们各自的职能是什么 答:组成自动调节系统所需的设备主要包括:(1)测量单元:用来测量被调量,并把被调量转换为与之成比例(或其他固定函数关系)的某种便于传输和综合的信号.(2)给定单元:用来设定被调量的给定值,发出与测量信号同一类型的给定值信号. (3)调节单元:接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号,发出一定规律的调节指令给执行器.(4)执行器:根据调节单元送来的调节指令去推动调节机构,改变调节量.第二章自动调节系统的数学模型2-1 求下列函数的拉普拉斯反变换 (1)4)2)((3)1)(()(++++=S S S S S s F (2) )1(1)(2+=S S s F (3)23)(23++=S S S s F (4)1)(2)(3)(4)(2+++=S S S s F解: (1) 3/81/43/8(s )24F S S S =++++ ∴24313()848t t f t e e --=++(2) 21(s )1S F S S =-+ ∴()1cos f t t =- (3)81(s )321F S S S -=-++++ ∴'2()()3()8t t f t t t e e δδ--=-+- (4) 2122(s)4(2)2(1)F S S S ⎡⎤--=++⎢⎥+++⎣⎦∴22()488t t t f t te e e ---=--+ 2-2 试求下图所示环节的动态方程、静态方程和传递函数。
热工过程与自动调节知识点(1212)
第一章 自动调节的基本概念1、基本概念：被调对象： 被调节的生产设备和生产过程被调量： 通过调节需要维持的物理量给定值： 根据生产要求，被调量的规定数值扰动： 引起被调量变化的各种原因调节作用量： 在调节作用下，控制被调量变化的物理量调节机关： 在调节作用下，用来改变调节作用量的装置系统方框图：将实际的生产设备以及它们相互间的连接关系用抽象的形式表示，是一种对调节系统进行描述或分析的有力工具和非常直观的表达方式，主要由环节方框和信号线组成。
环节：每一个方框代表一个能完成一定职能的元件同类环节：物理系统不同，数学模型的形式完全相同，两个环节的因果关系类同注：不能说一个元件只能用一个方框表示，同一个元件在反映两个或多个不同特性时，应该用两个或多个方框来表示它们不同的因果关系信号线：连接各个环节且带有方向箭头的线，信号线只表示信号的传递关系和方向，而不是代表物料是从水槽中向外流出的，信号的流向不能逆行。
2、自动调节系统的分类：（1）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统（2）按调节系统的结构分类:2.1、反馈调节系统（也称闭环调节系统）：把被调量信号经过反馈回路送到调节器的输入端和给定信号进行比较，比较后的偏差信号作为调节器的调节依据。
特点：①在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；②当调节系统收到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，调节的速度相对比较缓慢2.2、前馈调节系统（也称开环调节系统）：调节器接受了被调对象受到的扰动信号，按预定的调节规律立即对被调对象产生一个调节作用，以抵消扰动信号对被调量的影响。
不存在反馈回路。
特点：①由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；②由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值2.3、复合调节系统：前馈+反馈（3）按调节系统闭环回路的数目分类：1、单回路调节系统2、多回路调节系统（4）按调节作用的形式分类：连续调节系统2、离散调节系统（采样调节系统）（5）按系统的特性分类：1、线性调节系统2、非线性调节系统3、典型的调节过程：（1）非周期（不振荡的）调节过程（2）衰减振荡调节过程（3）等幅振荡调节过程（4）渐扩振荡调节过程注：后两种不可采用4、 自动调节系统主要的性能指标：4.1、稳定性：负反馈是调节系统稳定的必要条件，正反馈是系统不稳定的根本原因，系统的稳定性用衰减率来衡量，衰减率：131=M M M ψ- 稳定性的最佳指标：0.750.9ψ= 非周期调节过程：=1ψ；等幅振荡调节过程：0ψ=；衰减振荡调节过程：01ψ<<；渐扩振荡调节过程：0ψ<4.2、准确性：反应调节过程中和调节结束时被调量与给定值之间偏差的程度（1） 动态偏差max e ：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值（2） 静态偏差e ∞：调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值4.3、快速性：反应调节过程持续时间的长短，称调节时间s t4 准则数I ：0|y()()|I t y dt ∞=-∞⎰，I 值数值越小，调节的质量越好5 超调量p M ：反映系统调节过程中被调量超过稳定值的最大程度max 100%p y y M y ∞∞-=⨯ 第二章 自动调节系统的数学模型1、静态特性：系统处于平衡状态时（即输入信号和输出信号都不随时间变化），输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系，称为系统的静态特性。
锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水位自动调节论文导读：锅炉汽包给水自动调节的任务是使给水量与蒸汽流量相习惯，并保护水位在一定范围内变化。
关于现代中小型锅炉，汽包的贮水量相对减少，自动调节任务就显得更加突出。
汽包水位变送器的测量筒安装在汽包侧面，水位变化要紧受给水量与蒸汽量的变化而影响，因此输入调节器有三个信号：一是水位，二蒸汽流量，三是给水流量。
关键词：汽包水位，蒸汽流量，给水流量，自动调节1.水位调节的重要性锅炉汽包给水自动调节的任务是使给水量与蒸汽流量相习惯，并保护水位在一定范围内变化。
关于现代中小型锅炉，汽包的贮水量相对减少，自动调节任务就显得更加突出。
2.汽包水位自动调节汽包水位变送器的测量筒安装在汽包侧面，水位变化要紧受给水量与蒸汽量的变化而影响，因此输入调节器有三个信号：一是水位，二蒸汽流量，三是给水流量。
水位信号是主信号，它是调节系统的被调量，不管什么原因使水位偏离规定值，调节器都要产生调节作用，通过执行器改变给水量，若水位升高减少给水量，则关小阀门，反之则开阀门，因此调节器取信号时，水位信号全部加入到调节器中参与调节，给水量与蒸汽量对水位影响相对较小，取信号的20%参与调节。
由于水位升高要关小调节门，因此调节器使用反作用。
调节器在对输入信号进行计算后，即水位+给水量20%－蒸汽量20%，将综合信号与给定值进行比较，确定是开阀门还是关阀门。
论文检测。
3.PID调节3.1比例调节在比例环节的输入端加一个阶跃信号即输入为x，比例系数为k，它的输出量则为：y=kx，从表达式能够看出输入量与输出量之间总是成比例，比例系数表示输出信号将输入信号放大K倍。
3.2积分环节积分环节在输入端加一阶跃信号，输出信号不是立即就产生，而是与时间t与积分时间有关T，T的倒数表示积分速度，T一旦确定说明积分快慢确定，输出信号随着时间的推移成比例增长。
论文检测。
3.3微分环节微分环节输出与输入变化速度有关，它与输入信号的大小无关，即输入变化越快输出越大。
锅炉汽包给水自动调节系统解析
锅炉汽包给水自动调节系统解析作者：陈兵来源：《卷宗》2013年第12期摘要：本文介绍了汽包水位的重要性，阐述了给水流量的调节方法，分析了给水自动调节的相关方案。
关键词：汽包水位；给水流量；自动调节1 汽包水位的重要性火力发电厂汽包水位是锅炉正常运行中一个非常重要的监控参数，也是锅炉安全运行的主要条件之一，保持汽包水位正常是保证锅炉安全运行的必要条件。
汽包水位过高，会使蒸汽带水而使过热器结垢，容易造成过热器超温损坏，同时也使过热器壁温产生变化。
汽包水位过低，则可能破坏锅炉的水循环系统，造成水冷壁管破裂。
无论汽包水位是过高还是过低，都将影响机组的安全运行。
2 给水自动调节的必要性随着锅炉容量增大和参数的提高，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高，负荷变化时水位的变化速度加快。
锅炉工作压力的提高，使给水管道系统相应复杂，因而对控制系统的功能和调节结构的特性要求更高，手动调节对于参数的把握、数值的测算做不到非常的准确。
加之调节的延时，反馈的延时，都会给调节过程带来一定的误差。
同时，手动调节的工作量非常大，运行人员调整的频率很高，工作强度很大。
所以，为了减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行，实现给水系统的自动控制是非常必要的。
3 给水流量的调节锅炉采用定速给水泵和变速给水泵两种方式供水。
定速给水泵通过调节阀门开度，来实现给水流量的改变，为给水流量的节流调节方式。
其特点是，改变阀门开度来调节给水流量，调节方式简便、可靠，但节流损失大，泵的消耗功率相对增大。
由于调节阀在高压下工作，容易造成阀门的磨损和损坏。
从节约能源和经济效益方面考虑，节流调节方式是不经济的。
变速给水泵的优点非常多，具体如下：对给水泵的转速进行无极变速控制，控制范围较宽（25%-100%），并且可实现平滑启动，减少电机的启动功率；给水泵转速传递效率高，维护量小，并且依靠流体的阻尼作用能吸收电动机和水泵的震动和冲击，延长机械寿命；变速结构简单，执行器接受电流信号，控制勺管的位置，便于进行自动控制或远方操作。
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第二节 给水调节系统的类型
一,单级三冲量给水自动调节系统 (Single Stage Three-Element Feedwater Control System)
说明: 说明: 1. 单级 三个冲量: , , 2. 三个冲量:W,D,H
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方框图为: 方框图为:
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串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下: 串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下: 1.内回路(inner loop)整定 内回路 整定 2.外回路(outer loop)整定 外回路 整定
3. 调节机构的切换. 调节机构的切换.
低负荷运行时通常采用改变调节阀门的开度改变给水流 高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量. 量;高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量.
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三.调节系统实例
是某电厂300MW汽轮发电机组中的给水全程自动调 图7-19是某电厂 是某电厂 汽轮发电机组中的给水全程自动调 节系统简图. 节系统简图.
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调节系统采用了一台额定出力为100%的汽动变速泵和 的汽动变速泵和 调节系统采用了一台额定出力为 一台额定出力为50%的电动变速泵. 的电动变速泵. 一台额定出力为 的电动变速泵
调节系统接受三个测量信号:汽包水位,给水流量和汽 调节系统接受三个测量信号: 汽包水位, 轮机调节级后压力.其中, 轮机调节级后压力.其中,汽包水位信号的修正和补偿是通 过汽包压力信号来实现的. 过汽包压力信号来实现的. 图中含有串级三冲量给水调节系统, 图中含有串级三冲量给水调节系统,1#调节器是主调 节器, 调节器是副调节器,分别控制电动泵, 节器,2#和3#调节器是副调节器,分别控制电动泵,汽动泵 以及旁路阀.图中含有两个单冲量调节系统, 以及旁路阀.图中含有两个单冲量调节系统,也分别控制电 动泵,汽动泵和旁路阀,其中4 调节器控制电动泵与旁路阀, 动泵,汽动泵和旁路阀,其中4#调节器控制电动泵与旁路阀, 5#调节器控制汽动泵.单冲量和三冲量之间的切换是由逻辑 调节器控制汽动泵. 控制组件实现的, 控制组件实现的,
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在给水量W扰动下,被调对象具有迟延, 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. 能力特性.
ε G 01(s) = s(τs + 1)
式中: 式中:τ——迟延时间 s; 迟延时间 ;
ε——飞升速度 飞升速度
;
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ρ
ε——飞升速度 飞升速度
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结论: 结论:
1 . 蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况,属于外部扰动, 蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况, 属于外部扰动, 锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动.很显 然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的, 然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的,调 节作用量只能选择给水量. 节作用量只能选择给水量.
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在蒸汽量D阶跃扰动下,汽包水位的实际变化曲线. 在蒸汽量D阶跃扰动下,汽包水位的实际变化曲线.
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动态特性的数学描述为: 动态特性的数学描述为:
k ε G02(s)= Ts+1 s
式中: 式中: k——比例系数 , k = 比例系数 T——时间常数 时间常数
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4.
蒸汽流量侧 α D 的选择
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要使静态偏差为零,静态时必须满足I 要使静态偏差为零 ,静态时必须满足 D=IW,即: 即
Dγ Dα D = W γ wα w
在正常运行时,可认为 在正常运行时,可认为D=W,γD=γW,则有 则有 αD=αW 因此,为了克服静态偏差, 因此,为了克服静态偏差,蒸汽流量侧分流器的分流系 必须等于给水流量侧分流器的分流系数α 数αD必须等于给水流量侧分流器的分流系数 W.
上述三个任务分别由三个给水调节子系统实现. 上述三个任务分别由三个给水调节子系统实现.
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第三节
给水调节系统实例
一.给水全程调节的基本概念
给水全程自动调节就是在机组运行的 全过程(包括起停过程和低负荷运行) 全过程(包括起停过程和低负荷运行)都 能实现自动的调节. 能实现自动的调节.
3.蒸汽流量侧αD的选择
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四.采用变速泵的给水调节系统 1.变速泵的类型
变速泵有两种类型: 变速泵有两种类型: (1) 电动调速泵 ) (2) ) 汽动调速泵. 汽动调速泵.
2.变速泵的特性 3.采用变速泵的调节系统任务
(1)通过改变给水泵的转速改变给水流量,维持汽 通过改变给水泵的转速改变给水流量, 包水位在允许范围; 包水位在允许范围;
掌握被调对象的动态特性是设计和整定好自 动调节系统的前提. 动调节系统的前提.
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给水自动调节系统被调对象的示意图: 给水自动调节系统被调对象的示意图:
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被调量H变化的主要原因: 被调量H变化的主要原因: (1)给水量W; 给水量W; (2)蒸汽量D; 蒸汽量D; (3)锅炉燃烧率. 锅炉燃烧率.
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3.
双回路: 双回路:内,外
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整定的具体步骤和稳定性分析如下: 整定的具体步骤和稳定性分析如下:
1.内回路(inner loop)的分析与整定 内回路 的分析与整定
第七章 汽包锅炉给水自动调节系统 The Feedwater Control System
第一节
第二节 第三节
被调对象的动态特性
给水调节系统的类型 给水调节系统实例
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第一节 被调对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of Controlled Object
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二.蒸汽量D扰动时的动态特性 蒸汽量D
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 蒸汽量D扰动时,汽包水位H 度加以分析. 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. 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, 综合上述两种角度分析的结果,得到
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(2)通过改变给水调节阀开度,控制给水泵的出口压 通过改变给水调节阀开度, 力,保证给水泵在安全区内工作; 保证给水泵在安全区内工作; (3)通过控制再循环水阀门的打开和关闭,保证给水 通过控制再循环水阀门的打开和关闭, 泵流量不低于规定的最小流量; 泵流量不低于规定的最小流量;
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三.串级三冲量给水自动调节系统 (Cascade Three-Element Feedwater Control System )
串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活,克服静 串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活, 差完全由主调节器实现,分流系数α 态偏 差完全由主调节器实现,分流系数 D取值不必考虑 静态偏差的问题, 值可取得大一些, 静态偏差的问题,αD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 善调节过程的调节品质.分流系数 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 稳定性,在外回路中,可通过主调节器的 和Ti来整 的影响并不大,从而使内,外回路互不影响. 定,αW的影响并不大,从而使内,外回路互不影响.
现象主要是来自于蒸汽量的变化, 2."虚假水位" (level swell)现象主要是来自于蒸汽量的变化, 虚假水位" 现象主要是来自于蒸汽量的变化 显然蒸汽量是一个不可调节的量(对调节系统而言) 显然蒸汽量是一个不可调节的量(对调节系统而言),但它是 一个可测量, 一个可测量,所以在系统中引入这些扰动信息来改善调节品质 是非常必要的. 是非常必要的.
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二.全程调节要解决的主要问题
从常规的调节过渡到全程调节会遇到许多新的技 术问题,主要有: 术问题,主要有:
1.测量信号的准确性. 测量信号的准确性.
解决的思路:找出汽包水位, 解决的思路:找出汽包水位,给水流量和蒸汽流量的 测量准确性受影响的原因, 测量准确性受影响的原因,即:哪些物理量影响测量信号 的准确性,并找出它们之间的函数关系, 的准确性,并找出它们之间的函数关系,在设计调节系统 时引入这些物理量,根据函数关系在调节系统加以校正. 时引入这些物理量,根据函数关系在调节系统加以校正.