第一章 基础篇控制部分一、计算机控制nDCS控制 （Distributed Control Systems分散控制系统 ）分为若干级：过程控制级、 控制管理级、生产管理级、经 营管理级分散控制、集中操作、分级 管理，合而自治和综合协调地 设计原则。 二 热工自动化发展趋势和任务 单元机组：机、炉、电为一整体 热工自动控制设备的要求： n工作可靠 n专用的监控装置，对工况监视、报警、 联锁。n设备的抗干扰性能强 n使用和维护方便 1自动检测 参数信号 转换、加工处理、显示并记录 2自动调节（控制） 一定范围内自动适应外界条件变化 3. 远方控制及程序（顺序）控制 4自动保护异常状态 四方面内容既相对独立而又相互配合。自动调节是主要的，也是基本的内容，自动检测是基础，自动保护是保障，程序控制是进一步发展。 一、火电厂自动化的四个基本内容一、火电厂自动化的四个基本内容二、热工自动控制的概念主要是指对锅炉、汽机及其辅助设备运行的自动控制。 控制的目的是使机组自动适应工况的变化，且保持在安全、 经济的条件下运行。三、热力过程实现自动化的益处 1 1提高机组运行的安全可靠性提高机组运行的安全可靠性 2 2提高机组运行的经济性提高机组运行的经济性 3 3减少运行人员，提高劳动生产率减少运行人员，提高劳动生产率4 4改善劳动条件改善劳动条件简单控制系统简单控制系统是由一个被调量、一个控制量 而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个闭 合回路。在热工过程控制中简单控制系统是最基本的，也 是应用最多的。输入量输出量调节器被控对象第一节 概述 生产过程是否正常进行，通常是用一些物理 量来表征的当这些物理量偏离所希望维持的数值 时，就表示生产过程离开了规定工况，必须加以 调节。因此调节的任务就是使表征生产过程是否正 常进行的这些物理量保持在所希望的数值上。 人工调节汽包W给水给水调节阀 省煤器水 冷 壁过热器水 位 计蒸汽Dh汽包锅炉给水人工调节示意图 人工/自动自动调节给水 w蒸汽 D测量单元调节单元给定单元执行单元汽包锅炉给水自动调节示意图h人工/自动自动调节中的一些常用术语 n1被调量（被控制量）表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。n2给定值按生产要求被调量必须维持的希望值。n3控制对象（被控对象）被调节的生产过程或设备称为控制对象。n4调节机构可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。n5控制量（调节量）由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制被调量 的变化。 n6扰动引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称 为外扰。 如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动 。变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控 制作用扰动。n7控制过程（调节过程）原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用 ，被调量就会偏离给定值。要通过自动控制仪表或运 行人员的调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态 的过程，称为调节过程。n8自动控制系统自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系 起来就构成一个自动控制系统。 三、控制系统组成与分类 n组成及术语 n术语：被控对象 被控参数（被调量） 、测量值干扰（扰动）：内扰和外扰 、基本扰动 调节量（调节介质） 偏差 检测与变送器（单元）调节器（单元）执行单元n组成系统四个部分：被控对象、检测变送单元、调节单元、执行单元控制系统的分类 n结构分：单变量、多变量n工艺参数分：流量控制、压力控制n任务分：比值控制、前馈控制n闭环分：开环控制系统、闭环控制系统 控制系统的分类n按给定值的不同来分类： 1 定值控制系统：恒定值 2 随动控制系统：给定值是不断变化，而这种变 化往往是无规律的，是未知的时时间函数。 3程序控制系统：给定值是变化的，变化规律是 一个已知的时间函数。控制系统的过渡过程n静态和动态 静态：被调量不随时间而变化的平衡状态 动态：过渡过程，是从一个平衡状态过渡到另一 个平衡状态的过程。 控制系统的过渡过程控制性能指标n四个常用指标 (1)衰减比和衰减率： 衰减比： 4:1 10:1 衰减率： 0.75 0.9n(2) 最大偏差和超调量最大偏差：被调量偏离给定值的最大偏差值超调量： n（3） 调节时间（控制时间ts）从原来的平衡状态被破坏到另一个新的平衡状态所需要的 时间ts，实际上，被调量恢复到给定值的95的范围时， 就认为是稳定的。n（4）余差（静态偏差）新的稳态值y与给定值之间的差值。 第二章 被控对象的动态特性 n1、多输入单输出的被调对象 物质或能量 U模型表示2 多输入输出系统 YUD21热工对象一般特性 有自平衡能力对象 无自平衡能力对象 n对象动态特性具有以下一些特点。 （1） 被调量的变化是不振荡的 （2） 被调量有迟延和滞后特性 （3） 自平衡能力和无自平衡能力 （4）描述对象的动态方程的参数有：放大 倍数K、时间常数T、迟延时间。 第三章 控制策略 PID控制： proportionalintegralderivative control31 比例控制（P控制）一、控制规律 ：Kp：比例增益。 e是偏差 二、特点：控制及时、但有差控制 Kp不能不太，否则振荡，不稳定32 积分控制 （I控制） 一、控制规律： TI：积分时间 二、特点：无差控制 消除余差，但稳定性变差（相对纯P控制） 33 微分控制（D控制） 一、控制规律 Td：微分时间。实际上不单独使用 二、PD控制 三 PID. 选择控制规律： 负荷变化不大， 工艺要求不高，自平衡能力强的控制系统，P控制 负荷变化不大， 对象惯性较小，不允许有余差的控制系统，PI控制 负荷变化大， 惯性大， 控制质量要求较高， PID控制1P 2I 3PI 4PD5PID 自动控制系统现场投运的一般步骤1、准备工作 熟悉工艺流程，了解被控对象的特性。熟悉控制方案，掌握系统的设计 意图，接线图，各设备（调节器、变送器、执行器）的性能，规格以及 安装地点。 2、电气线路和连接管路的检查 连线要全部经过检查，验明是否符合图纸要求，是否有接错之处。3、 变送器、调节器（组态图）、执行器的检查变送器、执行器工作是否正常，精度要求是否符合。 4、试投 参数设定后，平衡状态下投入自动，注意观察工作情况，如有异常迅速 切除自动。正常时，看控制质量是否符合要求，不满足，参数修正，直 到满意为止。 第四章 前馈控制系统 41 概述 以前的控制系统都是当干扰出现后，被调量出现 偏差，调节器才有动态输出来补偿干扰时被调量的影 响，是一种利用偏差消除偏差的反馈控制系统，因此 控制作用总是落后于干扰作用，是不及时控制。 Gd(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)4-2 前馈控制系统的形式 1、静态前馈 2、动态前馈 3、前馈反馈控制 单纯前馈不能存在的原因 （1） 完全补偿是不可能的，（a）精确模型要求；（b）实 现很难 （2）存在其他干扰，每一个干扰都建立前馈，系统复杂，难 有实用价值，而且有的干扰无法测量，有的可测量，但测量 惯性很大，这样无法消除其他干扰对被调量的影响。Gd(s) R(s)Gm(s)G(s)Y(s)D(s)Gc(s)前馈反馈的优点：（1） 减化前馈控制系统，只须对主要干扰进行前馈补偿，其 他干扰可依靠反馈克服，这样既得保证精度，又简化系统。（2） 由于反馈得存在，降低了对前馈调节器精度得要求，不 完全补偿部分，可由反馈来克服。（3）控制精度高，控制及时，显著提高控制质量。给水控制 第一节 给水控制任务 汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量 适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。 第二节 对象特性 三个主要扰动因素： 给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动 一、给水流量扰动下水位的动态特性 二、蒸汽流量扰动下的水位的动态特性 三、炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性 给水泵调速方式 调速泵有： （1）电动调速泵，原动机是定速电动机，电动机与水泵之间的轴联接采用 液力联轴器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。 （2）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小汽轮机的进汽流量实现给水泵 转速的改变。小汽轮机转速由独立的MEH控制。第三节 给水流量的控制方式 第四节 给水全程控制 对给水全程控制系统的要求 （1）水位、给水流量和蒸汽流量的测量这些测量 信号能自动地进行压力、温度校正 （2）不仅要满足给水量控制的要求，同时还要保 证给水泵工作在安全工作区内。 （3）在高、低负荷时要用不同形式的系统 ，而且 必须保证这种切换应是双向无扰的。 （4）在多种调节机构的切换过程中 ，必须保证 无干扰。 （5）给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑压运行 工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。 给水泵运行问题 300MW以下的单元机组多用电动变速 泵作主给水泵，通过调整液力联轴器的 勺管位置来调节泵的转速。我厂采用汽 动变速泵作主给水泵，再设置一台电动 变速泵作启动给水泵并作为系统的备用 泵使用。无论采用哪种类型的变速泵， 保证泵的安全工作区是首先要考虑的问 题。 采用变速泵构成给水全程控制系统时，一般 会有以下三个子系统：（1）给水泵转速控制系统。根据锅炉负荷要 求，控制给水泵转速，改变给水流量。 （2）给水泵最小流量控制系统。低负荷时， 通过增大水泵再循环流量的办法来维持水泵 流量不低于设计要求的最小流量值，以保证 给水泵工作点不落在上限特性曲线的外边。 （3）给水泵出口压力控制系统（或流量增加 闭锁系统）。出口压力控制系统是通过控制 给水调节阀的开度来维持给水泵出口压力， 保证给水泵在安全区内。第五节 600MW全程给水控制 600MW机组通常配置3台给水泵，1台 电动给水泵，两台容量各为额定容量50 的汽动给水泵。电动给水泵一般是作 为启动泵和备用泵，正常运行时用两台 汽动给水泵。汽包锅炉给水控制系统包 括汽包水位控制系统和给水泵（电动和 汽动给水泵）最小流量控制系统。 1测量系统 （1） 汽包水位测量汽包水位测量大多采用三个独立检测回路取 中值的方案，在每个检测回路中，对水位变送 器的输出都用汽包压力对其进行参数修正 （2）主蒸汽流量测量 以汽轮机第一级压力经过主汽温度补偿后作 为主蒸汽流量信号 （3）主给水流量测量 用节流式差压装置测量主给水流量，并经给水温 度补偿2旁路阀单冲量控制回路机组在启动和低负荷（在0到某一定值x范围内）时，由 一台电动给水泵向锅炉供水，这时给水控制系统按单冲量 调节方式工作。因所需给水流量很小，电动给水泵运行在 最低转速，用给水旁路阀调节给水流量，以保持汽包水位 ，旁路阀开度运行在0 80（ 90）之间。3电动给水泵转速单冲量控制回路当旁路阀开度达到某一定值（80 90）时，控制系 统自动切换到电动给水泵转速控制汽包水位；当锅炉负荷 达到一定值（例如25）时，主阀自动打开，但这时仍为 单冲量调节方式。 4给水泵转速三冲量控制回路当锅炉负荷升高到电动给水泵额定负荷值（例如30） 时，需启动一台汽动给水泵；当锅炉负荷进一步升高到某 先整定值（例如35）时，系统自动切换到三冲量调节方 式；正常运行时，两台汽动给水泵运行，汽包水位由汽动 给水泵转速控制，为三冲量调节方式。汽温控制系统 第一节 过热汽温系统概述 一、过热汽温控制的任务汽温（过热汽温、再热汽温）是火电厂热力系 统中重要参数，汽温控制品质的优劣直接影响到 整个机组的安全性和经济