热工过程控制系统
热工过程控制系统
第一章 过程控制系统概述
1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 *1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 *1.5过程控制系统的分类 *1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务
1.1过程控制定义及认识
过程控制定义
所谓过程控制（Process Control ）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 1.3 过程控制系统组成
被控过程（Process ）， 指运行中的多种多样的工艺生产设备； 过程检测控制仪表（Instrumentation ）， 包括：
测量变送元件（Measurement ）； 控制器（Controller ）；
执行机构（Control Element ）; 显示记录仪表 1.5 过程控制系统的分类 按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分： 定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 性能指标： 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。
最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。 第三章 过程执行器
主要内容
执行器 电动执行器 气动执行器 调节阀及其流量特性 变频器原理及应用
本节内容在本课程中的地位
执行器用于控制流入
或流出被控过程的物
料或能量，从而实现
对过程参数的自动控
制。
3.1 调节阀（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之
间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3.1 调节阀
功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。
3.1.1 调节阀的组成
要求观察
思考调节变换
显示记录调节给定值执行机构检测
仪表记录仪显示器调节器控制器测量变送被控过程
执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-控制器 测量变送 被控过程
执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t ) y ( t ) z ( t ) -
执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置；
调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。
3.1.2 调节阀分类
根据使用能源不同
气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～100kPa ，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。
电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC ，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。
液动调节阀：以高压液体为能源的
阀体相同、执行机构不同
气动薄膜调节阀的气开、气关形式
所谓气开式，即当信号压力增加时，
阀门开大；没气时，阀门关闭
气关式则相反，即信号压力增加时，
阀门关小。没气时，阀门打开
气开、气关形式选择举例
受压容器，采用改变气体排出量以
维持容器内压力恒定，试问调节阀
应选择气开式还是气关式？
答：气关式。
3.3 气动执行机构
电-气转换器
输入信号从4mA 改变到20mA 时，转换器的输出压力从20-100kPa 变化，实现了将电流信号转换为气压信号的过程。
3.3 调节阀的流通能力
调节阀是一个局部阻力可变的截流元件，通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。
流过调节阀的流量：阀的开度、阀门前后的压差。
为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单位时间内流过流体的体积，引入流通能力的概念。
3.9调节阀的流量特性
理想流量特性
调节阀前后压差不变时，得到的流量特性； 理想流量特性完全取决于阀芯的形状；
理想流量特性有：
直线 等百分比
抛物线
快开
理想流量特性曲线 1. 快开 2. 直线
3. 抛物线
4. 等百分比 3.3
10080
6040
2002040
6080100
(q v /q y m a x )%
1234(l/L)%
例题
3.3 已知某调节阀的最大流量 ，可调范围R=30。分别计算直线流量特性和等百分比流量特性在理想情况下阀的相对行程l/L=0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值qv ，并比较这两种不同理想流量特性的调节阀在小开度与大开度时的流量变化情况。
第四章 被控过程
重点：
1、自衡过程
2、传递函数中 的物理意义
4.1.1 过程控制动态特性分类
自衡过程（Self-Regulating Processes ）
定义：当扰动发生后，被控变量不断变化最后达到新的平衡。
非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes ）
定义：当扰动发生后，被控变量不会达到新的平衡。
4.3过程特性参数的物理意义
过程增益的注意事项
过程增益描述输出变量随输入变量变化的灵敏度。
过程增益包含三部分:信号,数值和单位.
过程增益只和稳态值有关，因此过程增益是描述过程稳态特性的参数.
2）数学模型的时间常数T
当对象受到阶跃输入
作用后，被控变量达
到新稳态值的63.2%
所需时间。
3）滞后时间
滞后时间
第五章 常规控制策略
重点：
1、PID 调节中各部分的作用及优缺点？
2、为何要整定PID 参数，工程上有哪些常用方法？
控制器的控制规律定义 就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。
这个规律常常称为控制器的特性。 过程控制最常用控制器：PLC （*） 数字调节器 IPC DCS
5.1 双位控制
双位控制品质指标 品质指标：振幅、周期
理想情况希望振幅减小，周期长
振幅周期是相互矛盾的
设计原则 满足振幅在允许的范围内后，尽可能使周期长
5.2 PID 控制规律
PID 控制规律的表示方法
C ( t ) C ( ) t 63 . 2 %
T
基本PID控制规律
二、PID控制器的基本控制规律
1.比例控制规律(Proportional Control Mode)
2.比例积分控制规律(Proportional-Integral Control Mode)
3.比例微分控制规律(Proportional-Derivative Control Mode)
4.比例积分微分控制规律(Three- Mode)
3、比例控制规律的特点
(二)比例积分控制规律
积分作用的特点
能消除余差
积分控制器输出的控制信号和输入偏差之间没有一一对应关系。只要有偏差，输出的控制信号就会不断变化，执行器就不断动作，直到把偏差信号消除。
慢慢来
在偏差信号出现的瞬间，无控制作用，输出控制信号是由零开始积分，并随时间逐渐积累。控制作用总是落后于偏差信号的变化。具有较强的抗干扰能力。
2、比例积分控制规律
3、积分作用的参数
积分时间TI的定义：在阶跃信号输入下，积分作用的输出变化到等于比例作用的输出所经历的时间就是积分时间TI
积分作用的大小与积分时间TI成反比，即积分时间越小，积分作用越强。
(三)比例微分控制规律
微分作用的特点
2、数字式PID运算式
1)基本数字式PID运算式
3、控制器参数整定
3.1 整定方法
整定控制器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法：理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等；
工程整定法有现场试凑法、临界比例度法和衰减曲线法等。
3.2工程整定法特点
工程整定不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定，特点：方法简单实用；计算简便；易于工程应用。
1、现场凑试法
按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序：
置控制器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，在比例度δ按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度δ。求得满意的4：1过渡过程曲线。
引入积分作用（此时应将上述比例度δ加大1.2倍），将TI由大到小进行整定。
若需引入微分作用时，则将TD按经验值或按TD=（1/3～1/4）TI设置，并由小到大加入。
2、临界比例度法
在闭环控制系统里，将控制器置于纯比例作用下（TI=∞ ，TD=0），从大到小逐渐改变控制器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。
此时的比例度称为临界比例度δk，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tk。据此确定控制器参数。
3、衰减曲线法t
y(t)
s T
04
1
先把控制器参数置
成纯比例作用
（TI=∞，TD=0），
系统投入运行。
再把比例度δ逐渐
从大调小，直到
出现4：1衰减
过程曲线。
此时的比例度
为4：1衰减比例
度δc，两个相邻
波峰间的时间间隔，称为4：1衰退减振荡周期Ts。
4 采样周期的选择
采样周期的选择要受到多方面因素的影响，不同系统的采样周期应根据具体情况选择。
通常按照过程特性与干扰大小适当选取采样周期：
对于响应快、（如流量、压力）波动大、易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；
反之，当过程响应慢（如温度、成份）、滞后较大时，则可选取较长的采样周期。
7.1串级控制系统的定义
采用不止一个控制器，而且控制器间相串联，
一个控制器的输出作为另一个控制器的设定
值的系统，称为串级控制系统。
7.2 串级控制系统常用术语
7.7 串级控制系统方案设计
7.8 串级系统副调节器选型
副调节器常选择P或PI控制律
原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。
主调节器常选择PI或PID控制律
原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。
例1 加热炉出料温度控制系统
加热炉温度-温度串级控制系统
加热炉温度-温度串级控制系统
加热炉温度-温度串级控制系统调节过程
主对象：输入信号为炉膛温度，输出信号为原料出口温度，正作用单元
副对象：输入信号为燃料流量，输出信号为炉膛温度，是正作用单元
调节阀的选择：气开阀，正作用
副调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用
主调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用
如图所示的反应器温度控制系统，它通过调节进入反应器冷却水的流量来保持反应器温度的稳定。
反应器温度控制系统
要求：
（1）画出该系统的方块图，并说明它是什么类型的系统；
（2）若反应器的温度不能过高，否则会发生事故，试确定调节阀的气开、气关型式
（3）确定主调节器、副调节器的正反作用；
（4）若冷水压力突然升高，试简述该控制系统的调节过程（主副回路同时）。
第八章复杂过程控制系统
前馈控制系统时间滞后控制系统多变量解耦控制系统比值控制系统均匀控制系统超驰控制系统分程控制系统阀位控制系统
8.1 前馈控制系统
理解前馈控制原理及使用场合；
掌握静态前馈控制和常用动态前馈控制补偿模型；
掌握前馈-反馈复合控制系统的特点及工业应用。
8.1.2 前馈控制与反馈控制的比较
2）前馈测量干扰量；反馈测量被控变量
3）前馈需要专用调节器，反馈一般只用通用调节器
4）前馈只能克服所测量的干扰，反馈可克服所有干扰
5）前馈理论上可无差，反馈必定有差
前馈反馈控制系统的设计原则
实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及不可控性”：
“可测”：指扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。“不可控”：指这些扰动量难以或不允许通过专门的控制回路予以控制，如生产中的负荷。采用前馈控制主要是针对那些“可测不可控”、变化频繁且幅值较大的扰动量；
工程中，一般选用静态前馈-反馈控制方案即可得到较为满意的控制效果。
8.2 时间滞后控制系统
时间滞后是指纯滞后过程。纯滞后往往是由于物料或能量需要经过一个传输过程而形成的。纯滞后极大地影响系统动态性能，引起闭环控制系统稳定性明显降低，过渡过程时间加长。τ/T≥0.3时，就被认为是具有较大纯滞后的工艺过程，常用控制方法：
预估补偿方案；采样控制方案。
预估补偿方案
经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式中的在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性。拉氏变换的位移定理说明,仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性完全一致
可见，Smith预估器可以完全消除时滞的影响，从而成为一种对线性、时不变、单输入单输出时滞系统的理想控制方案。
Smith预估器在实际应用中的限制
Smith预估器在实际应用中很不尽如人意，主要原因在于Smith预估器需要确知被控对象的精确数学模型，而且它只能用于线性定常系统。
也有一些改进型Smith预估器，但由于没有脱离对被控对象模型依赖的本质，在实际中极少使用。
2、采样控制方案
“调一下，等一等”（Wait and See)的办法；
当调节器输出达一定时间后，就不再使增加（或减小）了，而是保持此值（保持的时间比纯滞后时间τ0稍长些），直到控制作用的效果在被控量变化中反映出来为止；
接着，根据偏差的大小再决定下一步控制作用的大小和方向。
采样控制方案的特点
核心思想就是避免控制器不必要的误操作，而宁愿让控制作用弱一些。
无需掌握精确的过程动态特性，就能克服被控过程中纯滞后的不利影响。
需注意采样周期的选取应略大于过程的纯滞后时间。
8.4 比值控制系统
定义：两个或多个参数自动维持一定比值关系的过程控制系统。
例如： 燃烧过程中，为保证燃烧经济性，需保持燃料量和空气量按一定比例混合后送入炉膛； 造纸过程中，为保证纸浆浓度，必须控制纸浆量和水量按一定的比例混合。
主动量和从动量
比值控制系统中，起主导作用的物料流量一般为主动量q1。如燃烧过程中的燃料量、造纸中的纸浆量；
随主动量变化的物料流量称为从动量q2。如燃烧过程中的空气量、造纸中的水量。 q2与q1保持一定的比值 ，即：
比值控制方案
根据工业生产过程的不同需求，有3种常用的比值控制方案：
单闭环比值控制；
双闭环比值控制；
变比值控制。
单闭环或双闭环比值控制中，比值系数固定不变；而变比值控制中，比值系数可变。
8.5 均匀控制系统
均匀控制可使被控量y(t)与控制量q(t)在一定范围内均匀缓慢地变化。
在定值控制系统中，为了保持被控量为定值，控制量可作较大幅度变化。而在均匀控制中，控制量和被控量同样重要，控制的目的要使它们都缓慢而均匀地变化。
8.6 超弛控制
将生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常控制系统上去的一种组合控制方法。 即在一个过程控制系统中，设有两个控制器，通过选择判断，选出能适应生产安全状况的自动控制。一般从生产安全角度提出来，如要求温度、压力、物位不能越限等。
超弛控制又被称为选择性控制、取代控制或软保护控制。
氨冷器超弛控制
在正常情况下根据物料出口温度控制液氨的进入量，但氨冷器中液位不允许过高，否则会使气氨中带液，以致损坏后续设备（压缩机），故在液位高于某个数值后，将用液位控制器取代温度控制器，对液氨进入量进行控制。
超弛控制应用发展
随着计算机控制技术的发展，采用软件方法取代以前的硬件选择器实现超弛控制已变得十分方便。
在基于计算机的过程控制系统中，许多控制回路都有超弛控制以避免故障或危险的发生或扩大，保证生产的正常进行。
8.7 分程控制
一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统。
控制器的输出被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一只调节阀。
分程控制是通过阀门定位器来实现的。它将调节器的输出压力信号分成几段，不同区段的信号由相应的阀门定位器转化为20～100kPa 信号压力，使调节阀全行程动作。
121
2k q q q q k ==或
分程控制方框图
一电厂热工控制DCS系统设计
| 67 PLC and DCS 一电厂热工控制DCS系统设计 刘景芝，孙 伟 （中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 ２２１００８） 摘 要：以西山孝义金岩公司自备电厂为背景，主要结合循环流化床锅炉机组的运行特点和控制特性，对其热工系统运用集散控制方式进行控制，并采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ ＪＸ－３００Ｘ系统对单元机组的热工控制系统做了初步的整体设计。 关键词：热工控制系统；集散控制系统（ＤＣＳ）；循环流化床锅炉 中图分类号：ＴＰ３９３．０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００７）１２－００６７－０３ A DCS system for thermal control of a power station LIU Jing-zhi, SUN Wei (The School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 China) Abstract: This paper introduces a distributed control system for the power station of the Xishan Jinyan company. According to the operation and control requirements of the circulating fluidized bed boiler, the distributed control for the thermal system of a power unit is designed with the SUPCON WebFiled JX-300X. Keywords: thermal control system; distributed control system(DCS); circulating fluidized bed boiler １ 引言 火力发电是现代电力生产中的一种主要形式，火力发电厂 运行系统多而且复杂，各系统之间要协调运行又要对负荷变化 具有很强的适应能力，因此有效的控制火力发电厂运行极其重 要。目前火电机组都普遍采用ＤＣＳ［３］，因为ＤＣＳ系统给电厂在 安全生产与经济效益方面带来巨大作用，使以往任何控制系统 无法与其相提并论。随着各项技术的发展和用户对生产过程控 制要求的提高，一种全数字化的控制系统——现场总线控制系 统（ＦＣＳ）问世了，并得到了快速发展。虽然现场总线控技术 代表了未来自动化发展的方向并将逐步走向实用化，但由于火 电厂的具体环境和控制特点，经过论证与分析，近期内热控系统 只能以ＤＣＳ为主［１］［２］。 西山孝义金岩公司自备电厂包括２台７５ｔ／ｈ循环流化床锅 炉、２台１５ＭＷ抽汽式汽轮发电机组。本文主要针对循环流化床 锅炉，将其改造为单元机组运行。根据循环流化床锅炉和火电机 组的运行特点，分析其热控系统的功能要求，采用集散控制系统 （ＤＣＳ）实现热工自动化，并以浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ ＪＸ－３００Ｘ为 例，进行具体系统的初步设计。 收稿日期：２００７－０７－０３ ＪＸ－３００Ｘ集散控制系统全面应用最新的信号处理技术、高 速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技 术，采用高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，兼具高速可靠 的数据输入输出、运算、过程控制功能和ＰＬＣ联锁逻辑控制功 能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一套全数字化的、结构灵 活、功能完善的新型开放式集散控制系统。 ＪＸ－３００Ｘ体系结构如下图： ２ 系统介绍及方案描述 ２．１ 系统总体方案描述 根据单元机组运行特点及要求，其控制系统一般配有以下系统： （１） 数据采集系统（ＤＡＳ）； 图１ JX－３００X体系结构图
电厂热工自动化技术及其应用
电厂热工自动化技术及其应用分析 摘要:电力系统自动化是我国电力技术近年来的主要发展方向，本文针对电厂热工自动化技术及其应用情况展开了论述与探讨。文章首先就电厂热工自动化的概念及其在我国的发展现状进行了阐述，在此基础上就电厂热工自动化技术的构成及应用情况进行了论述与分析。?关键词:电力系统；热工自动化;自动化技术；技术应用??随着科学技术的发展,我国电力系统自动化程度越来越高。电厂热工自动化随火力发电技术的发展而不断进步，是我国的电力系统的重要组成部分。目前,我国电厂热动自动化已经得到了很大的发展。从自动装置看，组装仪表已经向现在的数字仪表发展,系统控制设备也提升到了新的档次,一些机组有专门的小型计算机进行监督和控制,配以ｃrt显示,监控水平较以前大大提高。??一、电厂热工自动化及其在我国的发展?（一)电厂热工自动化的概念?火力发电厂热工自动化的主要概念是以火力发电过程中数据的测量、信息的处理、设备的自动控制、报警和自动保护为基础,通过自动化系统的控制来达到无人操作的过程。在火力发电厂生产过程中为了使发电设备的安全有所保障,需要对设备进行自动化控制，以避免重大事故的发生，同时也减少了一定的人力资源。一般的火电自动化系统都分为四个子系统,其中以自检系统、控制系统、报警系统、保护系统为主。?（二）电厂热工自动化在我国的发展?我国火力发电厂的热工自动化技术近年来得到了非常迅猛的发展，其核心技术 distrｉｂuted cｏntrol ｓyｓtｅm（ｄｃs）更是被我国发电企
业所应用。dcs技术主要是通过设备的分散控制来达到数据和信息的自动化处理，在我国3５0ｍw以上的火电机组上应用较为广泛，其经济性和安全性被我国发电企业所认同。近年来随着计算机软件可视化效果的提高,ｄcｓ技术得到了极大的发展和应用,通讯接口的识别和管理系统数据的共享为火力发电厂的信息化处理提供了必要保障，同时dcｓ的分散控制也起到了非常好的效果。 二、电厂热工自动化技术构成?（一）热工测量技术方面 1、温度测量，火电厂热工测量控制系统中的温度测量传感器（s ｅnsｅr），采用热电偶热电阻,少数地方采用其他热敏元件如金属膜(双金属膜)水银温包等作为温度测量的一次元件; 2、压力（真空)测量，传感器为应变原理的膜片,弹簧管,变送器为位移检测原理或电阻电容检测原理,(4-２０mａ），二次仪表以数显为多； 3、流量测量,以采用标准节流件依据差压原理测量为主，少数地方采用齿轮流量计或涡轮流量计，如燃油流量的测量。大机组中的主蒸汽流量测量许多地方不用节流件，利用汽机调节级的压力通用公式计算得出;４、液位（料位)测量，液位测量以差压原理经压力补偿测量为主流，电接点，工业电视并用。料位测量以称重式或电容式传感器配４－20ｍa变送器测量,也有用浮子式或超声波原理。 ?（二）关于dcs??目前大机组的仪控系统大多选用dｃｓ系统。ｄcｓ系统在火电厂发电机组控制中的应用已有10多年的历史了,而且正在越来越多地得到应用。dcs系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机（或微机)控制系统,它是在对计算机局域网的研
热工控制系统课程设计样本
热工控制系统课程设计 题目燃烧控制系统 专业班级: 能动1307 姓名: 毕腾 学号: 02400402 指导教师: 李建强 时间: .12.30— .01.12
目录 第一部分多容对象动态特性的求取 (1) 1.1、导前区 (1) 1.2、惰性区 (2) 第二部分单回路系统参数整定 (3) 2.1、广义频率特性法参数整定 (3) 2.2、广义频率特性法参数整定 (5) 2.3分析不同主调节器参数对调节过程的影响 (6) 第三部分串级控制系统参数整定....................... (10) 3.1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统 (10) 3.2 、炉膛负压控制系统 (10) 3.3、系统分析 (12) 3.4有扰动仿真 (21) 第四部分四川万盛电厂燃烧控制系统SAMA图分析 (24) 4.1、送风控制系统SAMA图简化 (24) 4.2、燃料控制系统SAMA图简化 (25) 4.3、引风控制系统SAMA图简化 (27) 第五部分设计总结 (28)
第一部分 多容对象动态特性的求取 某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态如下: 导前区: 136324815.02++-S S 惰性区: 1 110507812459017193431265436538806720276 .123456++++++S S S S S S 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数, 能够用两点法求上述主汽温对象的传递函数, 传递函数形式为 w(s)= n TS K )1(+,再利用 Matlab 求取阶跃响应曲线, 然后利用两点法确 定对象传递函数。 1.1 导前区 利用MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示:
热工过程控制仪表课程实习与设计
《热工过程控制仪表课程设计》实践环节教学大纲 适用专业: 自动化（热工过程自动化方向） 先修课程：电路理论,模拟电子技术，热工测量与仪表，自动控制理论 一、目的 热工过程控制仪表课程实习与设计是学习热工过程控制仪表课程后的一个重要的综合实践环节。 1．通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用热工过程控制仪表课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决仪表控制系统设计问题的能力。 2．学习仪表控制系统设计的一般方法，掌握仪表控制系统的一般规律。 3．进行仪表控制系统设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。 二、基本要求 1．能从仪表控制系统功能要求出发，制订或分析设计方案，合理地选择传感器，变送器、调节器和执行机构。 2．能按工艺的控制要求，选择相关模块，设计的调节器的组态图，填写相关控制数据表。 3．能考虑仪表安装与调整、使用与维护、经济和安全等问题，对仪表控制系统的安装技术要求进行设计。 4．图面符合国家有关标准，尺寸及公差标注正确，技术要求完整合理。三、实践内容与时间分配 见表1。 表1
四、实践条件与地点建议 1. 实践基本条件要求 提供学生进行课程设计的专用教室，并能提供学生一定的实验设备、实验条件，条件允许的话提供学生到生产实践场所短期参观学习的机会。 2. 实践地点建议 校内专用教室、实验室及火力发电厂。 五、能力培养与素质提升 1. 能力培养 通过课程设计实践，能够树立正确的设计思想，培养综合运用热工过程控制仪表课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决仪表控制系统设计问题的能力。在实践环节中进行仪表控制系统设计基本技能的训练。 2. 素质提升 通过实践，深入掌握理论教学内容，并将其运用到实践环节，具备一名专业工程师的基本素质。 六、考核方式与评分标准 1．考核方式：考查 2．成绩评定：按平时表现，设计说明书及答辩三部分综合考核，按优，良，中，及格，不及格计分。其中：平时表现（30%），设计说明书（40%）答辩（30%）。
热工控制系统课程设计56223
热工控制系统课程设计 ----某直流锅炉给水控制系统设计 二○一○年十二月 目录 第一部分多容对象动态特性的求取 (2) 第二部分单回路系统参数整定 (4) 一、广义频率特性法参数整定 (5) 二、临界比例带法确定调节器参数 (6) 三、比例、积分、微分调节器的作用 (9) 第三部分串级控制系统参数整定 (10) 一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定 (10) 二、给水串级控制系统参数整定 (13) 三、燃烧控制系统参数整定 (15)
第四部分 某电厂热工系统图分析 ........................................................ 16 参考文献： (19) 第一部分 多容对象动态特性的求取 选取某主汽温对象特定负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下： 导前区： 1 40400657 .12++-s s 惰性区： 1 1891542269658718877531306948665277276960851073457948202 .1234567+++++++s s s s s s s 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温对象的传递
函数，传递函数形式为n Ts K s W )1()(+=，利用Matlab 求取阶跃响应曲线，然后利用两点法确定对象 传递函数。 导前区阶跃响应曲线： 图1-1 由曲线和两点法可得： 657.1=K 637.28,663.0657.14.0)(4.01==?=∞t y 165.61,326.1657.18.0)(8.02==?=∞t y 2092.25.0075.12 121≈=??? ? ??+-=t t t n ，8.2016.22 1≈+≈n t t T 即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：2 ) 18.20(657 .1)(+-= s s W 惰性区阶跃响应曲线：
1-1 热工控制仪表的作用是什么
1-1 热工控制仪表的作用是什么? 热工控制仪表的作用为：变送器对被控参数进行测量和信号转换；控制器将给定值与被控参数进行比较和运算；执行器将控制器的运算输出转换为开关阀门或挡板的位移或转角，从而调节工质流量，最终使生产过程自动地按照预定的规律运行。 1-3 热工控制仪表有哪些主要分类方法? 按能源形式、结构形式和信号是否连续分类。 1-4按系统的结构形式来分，它可分为哪几类仪表? 可以分为基地式、单元组合式、组件组装式、单回路调节器、分散控制系统、现场总线控制系统等六类。 1-5按系统能源形式来分，它可分为哪几类仪表? 可分为自力控制仪表、液动控制仪表、气动控制仪表、电动控制仪表、混合式控制仪表等五类。 1-6按系统的信号随时间的变化是否连续来分，它可分为哪几类仪表? 可分为模拟控制仪表、数字控制仪表两大类。 1-7数字控制仪表指哪些? 单回路控制器；DDZ-S型电动单元组合式仪表；DCS、PLC；FCS。 1-9 DDZ-I、DDZ-Ⅱ、DDZ-Ⅲ、DDZ-S的主要区别是什么？ DDZ-I（电子管）、DDZ-Ⅱ（晶体管）、DDZ-Ⅲ（集成块）、DDZ-S（微处理器） 1-11自动化仪表的发展方向是什么? 现场总线控制系统（FCS）。 3-9终端器的作用是什么？ 一是防止信号反射，二是将电流转换为电压。 4-1何谓干扰？ 所谓干扰，就是出现在仪表传输线上各种影响仪表正常工作的非信号电量。 4-3最为普遍和最为严重的干扰是什么？ 电和磁的干扰对于控制仪表来说，是最为普遍和最为严重的干扰。 4-5形成干扰的三个因素是什么？ 形成干扰的三个因素是：干扰源；干扰途径；干扰对象。 5-1 SAMA组合符号如图5-6所示，试说明组合符号的名称，并解释各组成符号的含义。
常见电厂热工自动控制技术研究
常见电厂热工自动控制技术研究 发表时间：2018-01-17T09:14:18.837Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：辛传龙彭军辉 [导读] 摘要：就电厂的热工自动化控制技术而言，它主要是利用自动化系统与技术来测量电厂各种数据，自动控制各种设备，处理电厂的各种信息数据，最终实现发电设备的安全可靠运行，使其产出更多电能。对于整个电厂而言，研究其热工自动化控制技术，一方面可以提高其产能；另一方面能降低电厂的生产成本，有助于整个电厂实现最终的可持续发展，所以我们必须重视电厂热工自动控制技术的研究。 （山东电力建设第三工程公司山东青岛 266000） 摘要：就电厂的热工自动化控制技术而言，它主要是利用自动化系统与技术来测量电厂各种数据，自动控制各种设备，处理电厂的各种信息数据，最终实现发电设备的安全可靠运行，使其产出更多电能。对于整个电厂而言，研究其热工自动化控制技术，一方面可以提高其产能；另一方面能降低电厂的生产成本，有助于整个电厂实现最终的可持续发展，所以我们必须重视电厂热工自动控制技术的研究。本文就对常见电厂热工自动控制技术进行分析和探讨。 关键词：电厂热工；自动控制；技术 1电厂热工自动化的含义 1.1电厂热工自动化的含义 电厂热工自动化的含义主要是指电厂在发电过程中的前期数据准备、发电过程中的数据处理、运行中仪器的自动操作、提醒和主动监测。依靠全自动仪器和自动控制装置来达到无人操作的过程。在发展过程中对操作系统进行自动化控制，使得发电设备的安全有所保障，可以避免重大事故的发生，同时减少人力资源，提高运行的工作效率。 1.2热工自动化发展的过程 热工自动化应用研究始于18世纪60年代。锅炉给水调节装置于1766年由波尔佐诺夫研制成功，并且在1784年瓦特制作成功蒸汽机离心摆调速技术。我国的独立发展和创新是从1950年开始，但受到技术落后、设备简陋等原因的影响，许多操作只能由简陋的机器完成，大部分要依靠人工，操作程序的自动化水平很低。直到20世纪70年代，我国首次引用集中控制的方式，将我国自主研发的用于生产的仪表广泛应用于不同机组中，虽然自动化水平发展依然不如西方，但已取得较大幅度的进步。随着自动化水平发展到20世纪70年代左右，DCS系统首次在国外研发出来并投入生产。我国也在20世纪80年代开始借鉴这种技术并将其应用于电厂。目前，DCS技术已成为我国电厂自动化控制的主要组成部分。 2热工自动化技术在火力发电中的应用 2.1DCS 热工自动化技术的主要代表是DCS，这种技术在火力发电厂的运行中具有成熟的运行经验。我们对DCS进行控制时，我们主要通过计算机的局域网络对发电机组行有效的控制，这样可以将控制系统形成一种网络化的的方式。中央处理器较多是DCS系统的主要特点，因此DCS系统才能为火力发电提供许多服务，而以对火力发电厂中所产生的各种问题进行处理，一个处理器产生问题不会对整个系统的运行造成影响。我们不需要进行设备的过多投入，因为DCS系统可以对热工自动化的水平进行提升，对其经济效益进行保证。 2.2自动控制 火力发电厂的调节系统中我们运用热工自动化技进行其自动的控制，可以实现对其进行温度与燃烧的调节，这样可以对火力发电厂的自动化控制进行促进，我们以某发电厂为例，火力发电厂通过使用热工自动化技术，将其内的自动控制应用到了内部的三个系统当中：汽包水位系统：对火力发电厂的电量负荷状态进行调节，实现单冲、三冲量的调节，可以对其汽包水位进行系统提供自动化的调节方式，这样可以保证在火力发电厂中实现热工自动化以后所进行的控制优势上的体现。燃烧系统：对于火力发电厂中的炉膛内的压力进行送风量的控制，对于送风量远论是增加或是对其负荷进行增减，都可以以一种自动化的方式进行，对于热工自动化的具体技术要求进行遵循。主汽压力系统：在火力发电厂的主汽压力系统中的水温调节方面可以实现自动的控制与温度上的调节，由于热工自动化技术对于模糊控制方法进行了引进，使其在主汽压力系统中提高也对主汽的调节的能力。 2.3热工测量 进行热工的自动化测量中应该使用标准的器件或是仪表，减少因设备原因所造成的流量测量时的产生的误差，对于精准度进行提高，遵循差压的原理对流量隐患问题进行消除。压力测量：对于压力测量的部进行控制时我们需要对其应变的原理进行遵循，与传感器结合使用，对于热工检测中的压力测量进行合理的分配与使用。温度测量：进行温度测量中其热工自动技术的主控对象是其传感器，根据热工系统中的实践对温度测量进行执行，保证测温性能的可靠性。液位测量：传感器的选择可以清准对火力发电厂中的液位变化进行精准的计量。 3火电厂热工自动化控制技术发展 3.1现场总线控制技术 现场总线控制系统简称FCS作为一种在工业控制以及企业的数据通信与传输的重要单元，在现代控制系统中起了不可缺少的作用。FCS在火力发电厂中刚刚兴起，其应用将逐渐取代传统的分散控制系统（DCS），相比于DCS，FCS的系统结构具有开放性、成本低以及结构优良等优势，FCS的应用将大大地提高了火电厂热工控制性能与效率。常见的FCS结构体系主要由生产管理层（MNET）、监控网络层（SNET）、控制网络层（CNET）等组成。操作员站以及工程师站主要对生产过程进行监视、系统维护、操作以及管理。监控网络层实现高级控制策略以及装置优化控制等，结合控制网络层实现对控制系统的数据通信与传输。 3.2智能控制技术 由于火电厂热工控制系统结构相对比较复杂，大型火力发电的设备种类以及结构较大，在控制过程中采用传统的控制方式将会出现延迟、误控以及强耦合等问题，因此一种能避免这些问题的智能控制将取代传统的控制方式。目前在火电厂热工自动化控制中智能控制主要应用以下几个方面：（1）锅炉燃烧过程控制；锅炉燃烧过程控制主要是通过监控层对锅炉的燃烧状态进行数据采集与监测，根据监测的数据采用智能算法进行智能分析，常用智能算法有人工神经网络、多级可拓、模糊控制、专家系统等，利用智能算法计算状态参数进行对PID 控制的参数调节，从而实现锅炉燃烧的智能控制，提高锅炉的控制效率与控制的可靠性。（2）温度智能控制；锅炉温度智能控制主要是对锅炉汽温的控制，锅炉的汽温时变性较强，传统的控制方法不能适应大型火力发电厂的发展，对大型的火力发电厂控制效果不理想。目前
热工仪表与自动装置安装工艺及技术.
热工仪表与自动装置安装工艺及技术 一．热控取源部件及敏感元件的安装 1．概述：包括温度、压力、差压、流量等仪表的取样点选择、取样孔开孔、取源部件安装等工作。 2．仪表测点的开孔和插座的安装 2.1测点开孔位置的选择 a测点开孔位置应以设计或制造厂的规定进行。如无规定时，可根据工艺流程 系统图中测点和设备、管道、阀门等的相对位置，依据《电力建设施工及验收规范》（热工仪表及控制装置篇）的规定按下列规则选择： b、测孔应选择在管道的直线段上。测孔应避开阀门、弯头、三通、大小头、挡板、人孔、手孔等对介质流速有影响或会造成泄漏的地方。 c、不宜在焊缝及其边缘上开孔及焊接。 d、取源部件之间的距离应大于管道外径，但不小于200mmo压力和温度在同一地点时，压力测孔必须选择在温度测孔的前面（按介质流动方向而言。下同），以避免因温度计阻挡使流体产生漩涡而影响测压。 e在同一处的压力或温度测孔中，用于自动控制系统的测点应选择在前面。 f、高压（＞6M P a管道的弯头处不允许开凿测孔，测孔距管道弯曲起点不得小于管子的外径，且不得小于100mm。 g、取源部件及敏感元件应安装在便于维护和检修的地方，若在高空处，应有便于维修的设施。 2.2测点开孔：测点开孔，一般在热力设备和管道正式安装前或封闭前进行，禁止在已冲洗完毕的设备和管道上开孔。如必须在已冲洗完毕的管道上开孔时，需证实其内没有介质，并应有防止异物掉入管内的措施。当有异物掉入时，必须设法取
出。测孔开孔后一般应立即焊上插座，否则应采取临时封闭措施，以防止异物掉入。 根据被测介质和参数的不同，在金属壁上开孔可用下述方法： 在压力管道和设备上开孔，应采用机械加工的方法； 风压管道上可用氧乙炔焰切割，但孔口应磨圆锉光。 使用不同的方法开孔时，应按下列步骤进行： 使用氧乙炔焰切割开孔的步骤：用划规按插座内径在选择好的开孔部位上划圆；在圆周线上打一圈冲头印；用氧乙炔焰沿冲头印内边割出测孔（为防止割下的块掉入本体内，可先用火焊条焊在要割下的铁块上，以便于取出割下的铁块）；用扁铲剔去溶渣，用圆锉或半圆锉修正测孔。 使用机械方法（如板钻或电钻）开孔的步骤：用冲头在开孔部位的测孔中心位置上打一冲头印；用与插座相符的钻头进行开孔，开孔时钻头中心线应保持与本体表面垂直；孔刚钻透，即移开钻头，清除孔壁上的铁片；用圆锉或半圆锉修去测孔四周的毛刺。 2.3插座的安装：测温元件插座在安装前，必须核对插座的形式、规格和材质，应与设计相符，丝扣应与测温元件相符。对于材质为合金钢的插座必须进行光谱分析并作记录和标识。 插座安装应遵照焊接与热处理的有关规定及下列要求进行： a插座应有焊接坡口，焊接前应把坡口及测孔的周围用锂或砂布打磨，并清除测孔内边的毛刺。 b、插座的安装步骤为找正、点焊、复查垂直度、施焊。焊接过程中禁止摇动焊 件。 c、合金钢插座点焊后，必须先预热方可施焊。焊接后的焊口必须进行热处理。
热工自动控制B-总复习2016
热工自动控制B-总复习2016
在电站生产领域，自动化（自动控制）包含的内容有哪些？ 数据采集与管理；回路控制；顺序控制及联锁保护。 电站自动化的发展经历了几个阶段，各阶段的特点是什么？ 人工操作：劳动密集型；关键生产环节自动化：仪表密集型；机、炉、电整体自动化：信息密集型；企业级综合自动化：知识密集型； 比较开环控制系统和闭环控制系统优缺点。 开环：不设置测量变送装置，被控制量的测量值与给定值不再进行比较，克服扰动能力差，结构简单，成本低廉；闭环：将被控制量的测量值与给定值进行比较，自动修正被控制量出现的偏差，控制精度高，配备测量变送装置，克服扰动能力强； 定性判断自动控制系统性能的指标有哪些？它们之间的关系是什么？ 指标：稳定性、准确性、快速性。关系：同一控制系统，这三个方面相互制约，如果提高系统快速性，往往会引起系统的震荡，动态偏差增大，改善了稳定性，过渡过程又相对缓慢。 定性描述下面4 条曲线的性能特点，给出其衰减率的取值范围。 粉：等幅震荡过程，ψ=0；绿：衰减震荡过程，0<ψ<1；红：衰减震荡过程，0<ψ<1；蓝：不震荡过程，ψ=1； 在热工控制系统中，影响对象动态特性的特征参数主要有哪三个？容量系数，阻力系数，传递迟延 纯迟延与容积迟延在表现形式上有什么差别，容积迟延通常出现在什么类型的热工对象上？ 容积迟延：前置水箱的惯性使得主水箱的水位变化在时间上落后于扰动量。纯迟延：被调量变化的时刻，落后于扰动发生的时刻的现象。纯延迟是传输过程中因传输距离的存在而产生的，容积迟延因水箱惯性存在的有自平衡能力的双容对象 建立热工对象数学模型的方法有哪些？ 机理建模：根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列写物质平衡、能量平衡、动量平衡及反映流体流动、传热等运动方程，从中获得数学模型。实验建模：根据过程的输入和输出实测数据进行数学处理后得到模型 了解由阶跃响应曲线求取被控对象数学模型的方法、步骤及注意事项，能对切线法、两点法做简单的区分。 注意事项：1实验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；2扰动量大小适当，既克服干扰又不影响运行；3采样间隔足够小，真实记录相应曲线的变化；4实验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；5进行正反两个方向的试验，减小非线性误差的影响。方法：有自平衡无延迟一阶对象：切线发和0.632法；有自平衡有延迟一阶对象：切线发和两点法；有自平衡高阶对象：切线发和两点法；无自平衡对象：一阶近似法和高阶近
热工控制系统故障专项应急预案
热工控制系统故障专项 应急预案 1总则 1.1编制目的：为防止热工控制系统故障导致事故扩大，避免由于热工控制系统故障导致设备损坏事件的发生，特制定本预案。 1.2编制依据：本应急预案依据《火力发电厂设计技术规程》、《火力发电厂热工控制系统运行检修导则》、《火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定》、《枣庄市建阳热电有限公司公司重大突发事件应急预案》等结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》编写。 1.3热工控制系统故障：指热工控制系统硬件、软件以及系统出现故障导致锅炉、汽轮发电机组本体设备、辅助设备、其他相关系统及设备的控制故障，造成设备被迫停止运行，对机组安全运行及设备健康状况构成严重威胁的事件。 1.4适用范围：本应急预案适用于枣庄市建阳热电有限公司热工控制系统故障事件的应对工作。 1.5热工控制系统现况：枣庄市建阳热电有限公司#1、#2炉、1 #机DCS系统为XDPS分散控制系统。DCS系统的控制范围覆盖模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS、燃烧器管理系统BMS、数据采集
系统DAS、汽轮机控制系统DEH、给泵汽轮机控制系统MEH和电气控制系统ECS。控制室里，采用CRT控制并辅以大屏幕显示。 2事故类型和危害程度分析 2.1分散控制系统操作员站和过程控制单元等故障，导致控制信号消失或被控对象失去控制； 2.2分散控制系统网络或模件总线通信故障，导致信息传输中断或坏质量； 2.3热工控制系统软件存在缺陷、错误，导致控制系统发出错误指令； 2.4热工控制系统电源故障，导致控制系统停止工作； 2.5汽机控制系统（DEH）或给水泵汽机控制系统（MEH）故障，导致汽机或给水泵汽机不能正常控制和运行。 3应急处置基本原则 3.1当分散控制系统局部故障，重要的局部区域信号异常、部分主重要运行参数失去控制或其显示不能真实反映实际工况时，由值长按照规程，通过运行方式的调整、现场监视和操作等可以利用的一切手段，尽可能使机组运行稳定、设备处于安全状态。当部分操作员站（OIS）出现故障时，应由可用操作员站继续承担机组监控任务（此时应尽量减少操作），同时迅速排除故障。 3.2当全部操作员站出现故障时（所有OIS"黑屏"或"死机"），若主要后备硬手操及监视仪表可用且暂时能够维持机组现况，则转用后备操作方式运行，同时排除故障并恢复操作员站运行方式，由值长
常见电厂热工自动控制技术研究 崔保恒
常见电厂热工自动控制技术研究崔保恒 摘要：随着社会经济的发展，人们对电能的需求量越来越大，给电厂的产能提 出了更高要求，但就目前的电厂热工控制现状而言，其控制模式已经很难适应电 力工业控制单元机组的客观发展需求。文章概述了电厂热工自动化控制技术，分 析了电厂热工自动控制技术中存在的问题，并结合多年实际工作经验提出了确保 电厂热工自动控制技术可靠应用的策略。 关键词：电厂；热工自动化；控制技术 就电厂的热工自动化控制技术而言，它主要是利用自动化系统与技术来测量 电厂各种数据，自动控制各种设备，处理电厂的各种信息数据，最终实现发电设 备的安全可靠运行，使其产出更多电能。对于整个电厂而言，研究其热工自动化 控制技术，一方面可以提高其产能；另一方面能降低电厂的生产成本，有助于整 个电厂实现最终的可持续发展，所以我们必须重视电厂热工自动控制技术的研究。 一、电厂热工自动化控制技术概述 1.1热工测量技术 1.1.1温度测量。热电偶热电阻是电厂热工测量时温度测量传感器主要采用的 元件，有些电厂也在使用金属膜水银温包等热敏元件，这些元件都属于温度测量 的一次元件。 1.1.2压力测量。应变原理膜片为主要的压力传感器元件，弹簧管、数显形式 的二次仪表是其主要用到的构件。 1.1.3流量测量。大多数电厂使用的标准节流件，采用的都是差压测量原理。 齿轮、涡轮等传统的流量计只有个别电厂仍在使用。 1.1.4液位测量。在测量液位时，大多数电厂采用的都是差压原理经压力补偿 测量法，共同使用电接点与工业电视。 1.2DCS系统 就目前的电厂大机组仪控系统的使用状况而言，DCS系统为大多数电厂主要 使用的是电厂大机组仪控系统。在电厂发电机组控制系统中该系统技术的作用优 势也越来越明显。 就DCS系统来说，其建立要以计算机局域网技术为基础。DCS系统要求建立 的网络型控制系统要更安全、更可靠、更实时，DCS系统在目前电厂热工控制系 统中的应用也必将越来越广泛。 二、电厂热工自动化控制技术问题分析 随着电厂热工自动化水平的不断提升，虽然自动化控制技术有其自身的优点，在实践应用中也所有创新和提升，但在具体的生产应用中，依然还存在着一些问题，总结之，主要表现在以下几个方面： 2.1电厂设备自动化水平。对于电厂热工控制系统的自动化水平而言，其主要决定于以下几个方面，即发电机组在整个电厂设备中的地位、电网对电厂发电机 组提出的要求；发电机组可控制性、可承受负荷能力；控制设备与测量仪表的种 类与质量；对电厂设备自动化控制设计能力和水平；同时，还包括安装与调试， 最终自动化控制系统能取得怎样的控制效果，很多程度上还决定于电厂自身的管 理机制即运行维护水平。 2.2单元机组控制、DCS一体化水平。实践中可以看到，炉机电融一体化是当 前电厂单元机组的主要技术特征，而且DCS技术应用以后，因该技术自身具有高 度的安全可靠性，所以可以与电厂热工自动化控制系统密切的联系在一起，形成
热工过程控制系统
热工过程控制系统 第一章 过程控制系统概述 1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 *1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 *1.5过程控制系统的分类 *1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务 1.1过程控制定义及认识 过程控制定义 所谓过程控制（Process Control ）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 1.3 过程控制系统组成 被控过程（Process ）， 指运行中的多种多样的工艺生产设备； 过程检测控制仪表（Instrumentation ）， 包括： 测量变送元件（Measurement ）； 控制器（Controller ）； 执行机构（Control Element ）; 显示记录仪表 1.5 过程控制系统的分类 按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分： 定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 性能指标： 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。 最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。 第三章 过程执行器 主要内容 执行器 电动执行器 气动执行器 调节阀及其流量特性 变频器原理及应用 本节内容在本课程中的地位 执行器用于控制流入 或流出被控过程的物 料或能量，从而实现 对过程参数的自动控 制。 3.1 调节阀（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之 间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3.1 调节阀 功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。 3.1.1 调节阀的组成 要求观察 思考调节变换 显示记录调节给定值执行机构检测 仪表记录仪显示器调节器控制器测量变送被控过程 执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-控制器 测量变送 被控过程 执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t ) y ( t ) z ( t ) -
《热工过程自动控制》课程设计
（注意：保持清洁，设计结束后装订在设计说明书正文的第1页） 《热工过程自动控制》课程设计任务书 专业方向：热能与动力工程 班级： 学生姓名： 指导教师： 周数：1 学分：1 一、设计题目 600MW单元机组直流锅炉给水控制系统的组态设计 二、原始资料 1. 控制对象 600MW超临界机组直流锅炉给水控制系统采用两台分别带50%负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，设置一台可带50%负荷的电动给水泵，作为启动及带低负荷或两台汽动泵中有一台故障时作备用泵使用。 2. 控制要求 直流锅炉必须使燃烧率和给水量随时保持适当的比例。 （1）给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流工况下，才能对锅炉出口的主蒸汽温度起到粗调的作用。为保证锅炉本身的安全运行，要求任何工况下省煤器入口给水流量不低于35%MCR； （2）给水泵串级控制回路的副调节器根据给水流量偏差输出给水泵控制指令，调节各台泵的转速以满足机组负荷变化的需要； （3）为保证给水泵的运行安全，给水流量调节阀控制回路通过调节给水阀门的开度维持泵出口母管的压力在适当范围内； （4）汽动给水泵再循环阀调节回路需保证通过每台汽泵的流量不低于最小允许流量。 三、设计任务 1、了解大型单元机组控制系统概貌和集散控制系统概貌及其组态原理；
2、了解ABB贝利公司Symphony集散控制设备及其重要功能模块的作用； 3、掌握控制对象（包括工艺流程）及控制任务； 4、根据控制系统原理进行相应集散控制系统的组态设计； 给水控制系统包括三个部分：（1）给水流量指令形成回路（2）汽动给水泵转速控制回路（3）给水流量调节阀控制回路，可任选其中两部分做组态设计。 5、对所设计的部分进行组态分析。 四、建议时间安排 课程设计时间安排 序号内容时间 1 收集资料，学习相关理论知识1天 2.5天 2 进行集散控制系统的组态设计 并绘制组态图 3 整理报告1天 4 答辩0.5天 5 合计5天 五、成果要求 1、课程设计报告 （1）字数约5000左右，统一用A4纸手工书写，字迹工整。 （2）主要内容及装订顺序：封面、扉页、成绩考核表、课程设计任务书、目录、正文、参考文献、设计体会及附录。 （3）正文部分应该包括以下几项内容：大型单元机组控制系统概述、集散控制系统概述及其组态原理、Symphony集散控制设备简介及重要功能模块的作用、系统控制对象（包括工艺流程）及控制任务、所选定部分的组态设计和组态分析。（4）设计报告严禁抄袭，即使是同一小组也不允许雷同，否则按不及格论。 2、图纸要求：图纸要求手绘，以附录的形式放在报告最后。 六、成绩评定 设计成果主要由设计报告体现，成绩评定等级为优、良、中、及格、不及格五级制。设计成绩根据以下四个方面综合确定：（1）设计报告（40%）（2）设计期间表现（20%）（3）设计答辩（40%）。
热工控制系统重点
热工控制系统重点 1.反馈、前馈、复合控制系统的图形、特点。 例题：例题：反馈控制系统的特点是( A 基于偏差、消除偏差，调节及时果的准确性 )。 B 调节不及时，无法保证结 D、调节 C 基于偏差、消除偏差，调节不及时及时，无法保证结果的准确性 2.自动调节系统性能指标及它们之间的关系。 例题：评价一个自动调节系统调节过程好坏的性能指标是（ A 峰值时间、衰减率、上升时间）。 B 静态偏差、动态偏差、稳定 D 上升时性 C 静态偏差、动态偏差、衰减率、控制过程时间间、超调量、衰减率 3.环节连接方式，方框图等效变换（必考），传递函数定义 4.热工对象的分类，利用阶跃响应曲线法求取对象高阶传递函数。 5.P、I、D调节的规律。四种调节器的参数变化对调节品质的影响（选择、判断） 例题：单回路控制系统中 PI 控制作用下，如下所示哪组参数可使稳定性增强（） B、δ增大，Ti 增大 C、δ减小，Ti 增A、δ增大，Ti 减小大 D、减小，减小 6.二阶系统标准方程及符号意义。阻尼系数范围，会求取时域性能指标。 7.劳斯判据在判定系统稳定性中的应用。 8.单回路控制系统三种整定方法及其区别，开环试验与闭环试验的区别。 9.什么是串级系统，主、副调各有何种任务。 例题：串级控制系统比单回路控制系统控制性能好的原因之一在于副回路的加入改善了调节对象的动态特性。（） 10.串级系统及导前微分系统的参数整定（大题）（两种出题方式：（1）给出阶跃响应曲线（或对象高阶传递函数）（2）给出减温器与总对象的特征参数 Tc、τ） 11.串级过热汽温控制系统采用喷水减温而非烟气侧调节或蒸汽量D 进行调节的原因。 12.再热汽温控制系统的控制策略，不采用喷水减温作为主控方案的原因。 13.水位的组成，三扰动、三冲量，虚假水位图形及原因，何种扰动对水位影响最大。三冲量应分别采用何种控制方案。前馈控制方案对系统稳定性有无促进作用。
火电厂热工自动控制技术及应用 张云龙
火电厂热工自动控制技术及应用张云龙 发表时间：2018-10-18T14:43:18.457Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：张云龙 [导读] 摘要：本书系统地阐述了过程控制系统的构成、问题，同时还介绍了火电厂热工自动控制技术的实际应用。 （内蒙古大板发电有限责任公司内蒙古赤峰市 025150） 摘要：本书系统地阐述了过程控制系统的构成、问题，同时还介绍了火电厂热工自动控制技术的实际应用。 关键词：火电厂；热工；自动化控制；能源 一、火电广热工自动化控制系统的构成 电厂热工自动化控制系统一般是由检测装置、执行设备和控制系统组成。由于火电厂热力生产过程复杂，多数设备长期处于高温、高压、易燃等恶劣环境下高速运行，现代热工控制系统往往还包括自动报警与保护、自动检测和顺序控制等内容。 1.1 DCS系统 (1)单元机组实现了集中控制，电气控制系统纳入了DCS技术。单元机组电气发变组和厂用高、低压电源系统实现DCS监控。烟气脱硝系统及汽机旁路系统的监控纳入机组Dl笃。 (2)两台机组的DCS之间设置公用网络。并通过网桥联接空压机房、燃油泵房等厂用电公用系统，公用网络可独立设置的操作员站，或通过单元机组操作员站对公用系统进行监控。 (3)机组操作台上设有DCS、DEH操作员站及安全操作控制按钮。当DCS发生通信故障或操作员站故障时，可通过后备控制手段实现安全停机或停炉，达到自动控制目的。 1.2 辅助系统集中监控网络 热力辅助系统的监控采用可编程控制器+交换机+人机接口方式，为满足安装、调试和初期运行过渡需要，按照水、煤、灰三点设置调试终端兼临时操作员站．正常运行后转移为集中控制室集中监控。 1.3烟气脱硫系统 烟气脱硫系统的控制点．可与除灰系统合并设置控制室。烟气脱硫控制系统采用PLC实现。烟气脱硫系统的状态监控与报警保护等联锁信号．通过硬接线与机组DCS系统连接。以保证机组的正常运行。 二、热工自动化控制技术存在的几个问题 虽然自动控制技术尤其多种优点，但是在生产及其应用过程中也是存在着问题的。 2.1自动化水平问题。火电厂设备的自动化水平，主要由以下几个条件决定：(1)发电机组在设备中占据的地位以及整个电网对发电机组所提出的要求；(2)发电机组本身的可控制性以及能够承受的负荷变化的能力；(3)测量仪表和控制装置的品种以及质量；(4)人类对于自动化控制系统的设计能力；(5)安装和调试。而且自动化控制系统在最终到底能否达到我们想要的效果，还取决于火电厂本身的管理体制和运行过程中的维护水平。 2.2单元机组的整体控制与DCS的一体化。炉机电融为一体是单元机组的技术特点，在采用DCS技术之后，由于DCS技术的高度可靠性，使其有条件的与自动化控制系统有机地结合在一起，使新的单元机组运行格局得以实现。 2.2.1炉机电整体控制。在过去国内的电站建设过程中，发电设备、变压器机组以及发电厂用电系统的监控是独自成为一条线路的，这么多年来，电厂的设备在集中控制方面都是要求与炉机是分开的。形成这种状态的主要原因是发电站在运行过程中实行了炉机电分开管理的体制。那么如今，如果我们能够将其河滨为一个整体来管理，不仅有助于我们对于电厂的管理，更加有助于我们对于机组设备的调度。 2.2.2DCS的功能覆盖面的一体化。DCS功能一体化，可以简单理解为以DCS为主体，通过网络通信来实现数据的传输与共享，进而达到使系统简化，减少对设备的操作，从而使值班人员的监视面减少，提高工作效率。 三、计算机在火电厂的应用 然而随着时代的进步，原有的分散控制系统技术也已渐渐不能满足社会发展的需要。众所周知，在80年代初期的时候，计算机制造业在我国还是处于基本的主机研发阶段，不能与国外的技术相提并论。因此，想要根据我们设备的实际情况开发出一套属于我们自己的自动化控制系统更是难上加难。但是，我们的工人不畏艰难，以总结外国电站应用计算机的经验的基础上，加上国产计算机研发工作的飞速发展，先后完成了PDP11系统以及其它几款以微机为主机的系统。随后我们又引进了美国Foxboro公司生产研发的FOX1/A计算机，实现了我国火电厂的数据采集和处理的功能。渐渐地，我国的计算机自动化控制系统日趋成熟起来，现在的智能化控制技术主要分为以下几个方法： （1）分层递阶的自动化控制方法；分层递阶的自动化控制是大系统控制一种非常重要的手段。对于那些较为复杂的系统来说，采用这种分层递阶的控制方式，能够化复杂为简单，这样能够使系统易于管理。分层递阶的架构按照自动化程度的高低分为三个等级：一、组织级；二、协调级；三、运行控制级。 （2）专家的自动化控制。其实所谓的专家系统，就是指专家的系统理论同控制理论的方法和技术的一种有机结合。并且使计算机能够在一种不确定的环境中，模仿专家的智能从而实现对发电机组设备的控制。专家控制系统亦可以分为两类：一是专家控制系统，另一种是专家式控制器。由于专家式控制器相较于专家控制系统来说拥有结构简单，造价又低的特点，因此，专家式控制器被广泛应用于电力事业当中。 （3）模糊控制。早在1965年，Zadeh教授就提出了模糊集理论，而后又由英国的Mamdani以其为基础，成功地将其应用于蒸汽机和锅炉上，进而使模糊理论集得到了实际的应用。随着时间的推移，模糊控制日渐精益的发展并被广泛的应用于火电厂发电设备。模糊控制系统，简而言之就是以比较模糊的数字、语言表示形式和模糊的逻辑思维规则，并且辅助于计算机而实施的一种自动化控制系统。模糊控制得以广泛应用主要是因为它具有很强的鲁棒性，这种特性使传统的控制方法中那种非线性和大延迟得到轻松解决。模糊控制系统采用的是不精确的推理过程，它仿照人类的思维方式，依据经验和数据，来处理一些较为复杂的问题。 （4）神经网络自动控制系统。神经网络，按照字面的理解就是使计算机模拟人的大脑神经的结构和相应的功能，通过模拟这些来处理和传递信息。 （5）智能复合自动控制系统。每一种自动控制系统都有其自身的利与弊，那么智能复合控制技术就是将这些自动控制系统的缺点摒