熱工自動控制系統(tǒng)重點

1、1、熱工自動化的主要內容：自動檢測，順序控制，自動保護，自動控制2、熱工自動控制設備與系統(tǒng)的要求：工作可靠，操作手段能雙向平衡無擾動切換專用的監(jiān)控裝置，對工況監(jiān)視、報警、聯鎖設備的抗干擾性能強使用和維護方便3、控制系統(tǒng)中常用術語被控對象（對象或PV）被控參數（被調量）干擾調節(jié)量：如汽包水位自動控制系統(tǒng)中的給水流量測量元件，測量值，給定值SP，偏差，閉環(huán)開環(huán)調節(jié)機構：如調節(jié)閥擋板4、控制系統(tǒng)的組成被控對象檢測元件與變送器：用來測量被調量，并把被調量轉換為與之成某種便于傳送和綜合的信號控制器（調節(jié)器）：接受被調量信號和給定值信號，并對偏差信號進行一定規(guī)律控制，其輸出送至執(zhí)行器調節(jié)機構（調節(jié)閥）：根

2、據控制器送來的控制指令去改變調節(jié)量來控制被調量5、典型的過渡過程形式衰減振蕩（0 1），非周期過程（ =1），發(fā)散振蕩（ 0），等幅振蕩（ =0）6、衰減比 & 衰減率可以衡量一個系統(tǒng)的穩(wěn)定程度衰減比 = y1y3 衰減率 = y1-y3y17、超調量 = y1y（）100%8、調節(jié)時間（ts）：衡量控制系統(tǒng)的快速性9、被控對象動態(tài)特性：過程控制對象的輸出與輸入之間的動態(tài)關系10、有、無自平衡能力有自平衡能力：從受到擾動后無需外部干預水位仍能回復到新的穩(wěn)態(tài)值無自平衡能力：對象在受到擾動后，其被調量不能依靠對象自身能力使之趨于某一穩(wěn)定值11、過程對象動態(tài)特性具有的特點被調量的過渡過程是不振蕩的被

3、調量在干擾發(fā)生的開始階段有一定的遲延和滯后特性在響應曲線的最后階段，被調量可能達到一個新的平衡態(tài)（有自平衡能力），也可能不斷變化而無法進入平衡態(tài)（無自平衡能力）描述對象的動態(tài)方程的參數有：放大倍數K、時間常數T、遲延時間12、由階躍響應求傳遞函數的方法切線法、兩點法、圖解法（半對數法）、面積法13、PID控制規(guī)律的特點原理簡單，使用方便適應性強魯棒性強，其控制品質對被控對象的變化不太敏感14、比例控制（P）特點動作快、有差控制Kp e（），但是不能太大，否則振蕩，不穩(wěn)定15、積分控制（I）特點動作不及時，能消除靜態(tài)偏差，實現無差控制，只有偏差為0時候，積分作用才停止變化16、比例積分控制器（P

4、I）階躍響應函數 e 是階躍輸入信號的幅值 比例控制可看作是粗調，積分作用是細調，克服單純P作用不能消除偏差的缺點和單純I作用控制不及時的缺點17、積分飽和生產過程中，負荷大范圍變動器件或在啟動、停機期間，所形成的較大偏差不能很快消除，控制器在積分作用下，將會形成積分飽和；避免措施：積分分離，當偏差大于一定值時不積分，小于一定值時積分才起作用。18、微分控制（D）特點超前調節(jié)：偏差變化速度 = 0，但偏差不等于0時，微分控制器的輸出等于0，不能單獨使用19、PD控制器理想PD的階躍響應函數實際PD的傳遞函數 PD控制的輸出曲線20、PID控制實際PID傳遞函數優(yōu)點：P保證過程的穩(wěn)定性，I保證誤

5、差調節(jié)，D補償調節(jié)對象的遲延和慣性21、曲線1控制過程時間較曲線2段，動態(tài)偏差也較2小?？刂七^程結束后存在靜態(tài)偏差實際應用時，可采用一下方式選擇控制規(guī)律1） 負荷變化不太，工藝要求不高，自平衡能力強的控制系統(tǒng)，可采用P控制；2） 對負荷變化不大，對象慣性較小，不允許有余差的控制系統(tǒng)，可采用PI控制；3） 對負荷變化大，對象慣性大，且控制質量要求較高，可采用PID控制；4） 對負荷變化大，對象遲延和慣性都大，而且PID達不到要求，可采用復雜控制規(guī)律或控制系統(tǒng)結構22、常用的整定方法理論計算整定法工程整定法：經驗法、臨界比例帶法、衰減曲線法、響應曲線法23、why用階躍擾動的控制過程來確定控制器參

6、數是否合理由于階躍擾動是最強烈的輸入信號形式，其他任何形式擾動下的控制過程都會優(yōu)于階躍擾動下的控制過程，因此，以它為依據確定整定參數是可靠的24、串級系統(tǒng)：兩個控制器串聯在一起工作，主控制其的輸出作為副控制器的給定值，由副控制器的輸出控制調節(jié)閥，這樣的控制系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng)特點：對進入副回路的二次干擾具有很強的克服能力串級控制系統(tǒng)可以使副回路的時間常數大大減小提高了系統(tǒng)的工作頻率有一定的自適應能力25、前饋控制：若直接對擾動進行控制，即當干擾出現時，控制器就直接根據測得的擾動大小和方向，按一定規(guī)律去控制，則可以補償干擾對被調量的影響，消除偏差“不變性”原理前饋控制系統(tǒng)形式：靜態(tài)前饋、動態(tài)前饋

7、、前饋反饋、前饋串級26、前饋反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點1）前饋的基礎加上反饋，大大簡化前饋控制系統(tǒng)，只需對主要擾動進行前饋補償，其他擾動可依靠反饋克服，既簡化系統(tǒng)，又保證控制精度2）由于反饋回路存在，降低了對前饋控制器精度的要求。前饋對擾動引起的被調量偏差不能完全補償，其余部分可由反饋來克服，進而消除偏差3）單純的反饋控制系統(tǒng)中提高系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性是一對矛盾。在不降低系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，通過引入前饋可以提高控制精度，控制及時的話可顯著提高控制質量27、比值控制系統(tǒng)：兩個或兩個以上參數自動保持一定比例關系的控制系統(tǒng)比值系統(tǒng)K=Q2Q1 Q1主物料Q2從物料類型：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系

8、統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)28、分程控制：由一個控制器的輸出信號去控制兩個或兩個以上控制閥動作，并且是按輸出信號的不同區(qū)間去操縱不同的控制閥特點：多閥且分程29、大遲延控制系統(tǒng)：純遲延會導致控制量的最大動態(tài)偏差增大，系統(tǒng)的控制質量下降，而且 /T之比越大越不易控制補償純遲延的常規(guī)控制：微分先行、中間反饋有效克服超調現象，縮短調節(jié)時間預估補償控制：Smith預估補償器30、耦合程度描述開環(huán)增益矩陣Y=PUuj到y(tǒng)j通道的第一放大系數uj到y(tǒng)j通道的第二放大系數相對增益Bristol矩陣系統(tǒng)和定理為：相對增益矩陣中每一行每一列元素之和為1當通道的相對增益接近1，則表明其他通道對該通道的耦合作用很小，不必采

9、取特別解耦措施在0.3到0.7之間或者大于1.5，則表明其他通道對該通道的耦合嚴重，需要采取解耦措施接近或小于0，表明本通道的調節(jié)量難以對相應的被調量進行有效控制31、解耦控制系統(tǒng)設計：串聯補償法、反饋補償法、前饋補償法第二章1、主汽溫控制系統(tǒng)主要任務：維持高溫過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍；保護過熱器使其管壁溫度不超過允許的工作溫度，以確保機組安全經濟運行。控制手段：噴水減溫、串級控制、分段控制2、過熱汽溫系統(tǒng)多輸入單輸出主要擾動：蒸汽流量（負荷）擾動（控制通道）、煙氣熱量擾動（擾動通道）、減溫水流量擾動（擾動通道）3、汽溫靜態(tài)特性 & 動態(tài)特性動態(tài)：遲延、慣性、有自平衡能力（三個擾動下具有相

10、同的動態(tài)特性）4、SAMA功能圖例 測量或信號讀出功能 自動信號處理，一般表示機架上安裝組件的功能 手動信號處理，一般表示在儀表盤上安裝儀表的功能執(zhí)行機構5、過熱汽溫串級控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)原理框圖導前汽溫微分的雙回路過熱汽溫控制系統(tǒng)過熱汽溫分段控制系統(tǒng)按溫差控制的分段控制系統(tǒng)過熱汽溫控制系統(tǒng)方案一級減溫控制系統(tǒng)主要控制后屏過熱器出口蒸汽溫度T3，實現蒸汽溫度粗調；二級減溫控制系統(tǒng)主要控制末級過熱器出口蒸汽溫度，用于蒸汽溫度微調，實現主蒸汽溫度的精確調整SP一級減溫控制系統(tǒng)：前饋反饋控制6、控制系統(tǒng)切手動的一般原則1）測量信號故障2）SP和PV之間的偏差大3）調節(jié)機構故障4）設備的一些特殊要求一級

11、減溫且手動條件：1） 導前汽溫T5信號故障2） 蒸汽溫度T4信號故障3） 蒸汽流量信號故障4） 溫度設定值與實際值之間的偏差大5） 調節(jié)閥控制指令與反饋偏差大6） MFT7） 汽機跳閘8） 鍋爐負荷低于20%7、再熱汽溫控制（動態(tài)特性：遲延、慣性、有自平衡能力）任務：保持再熱器出口汽溫處于允許范圍內，穩(wěn)態(tài)時等于設定值影響因素：機組負荷的變化（蒸汽流量變化）、煙氣熱量變化主要調節(jié)手段（改變煙氣流量）1） 改變煙氣擋板位置2） 改變再循環(huán)煙氣流量3） 改變燃燒器的傾斜角度4） 采用多層布置的圓形燃燒器8、煙氣擋板控制再熱汽溫控制方案優(yōu)點：設備結構簡單、操作方便缺點：調溫的靈敏度較差、調溫幅度較小、

12、擋板開度與蒸汽溫度變化不呈線性關系單回路+前饋9、再熱汽溫噴水減溫控制系統(tǒng)A側再熱汽溫噴水減溫閥強制關閉條件：1） MFT2） 汽機跳閘3） 鍋爐負荷低于40%10、給水控制的任務：使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定范圍內；保持穩(wěn)定的給水流量11、汽包水位由汽包中的儲水量和水面下的汽泡容積決定。水位控制對象的動態(tài)特性：慣性、無自平衡能力12、三擾動：給水流量W擾動、蒸汽流量D擾動、燃料量B擾動13、虛假水位：負荷突增時，給水流量小于蒸發(fā)量，飽和水的溫度低于汽包內工作壓力對應下的飽和溫度，蒸發(fā)量突增，水位不僅不下降，反而上升14、給水量調節(jié)方式節(jié)流調節(jié)：簡單可靠，但具有節(jié)流損失，

13、增加了泵的消耗功率，鍋爐低負荷時采用給水泵調速：通過改變給水泵的轉速，進而改變給水泵特性來調節(jié)給水流量，鍋爐運行正常時廣泛采用15、單沖量給水控制系統(tǒng)（鍋爐低負荷）問題：當負荷變化產生虛假水位時將使控制器反相錯誤動作；對蒸汽流量擾動不靈敏；對給水流量擾動不靈敏16、單機三沖量給水控制系統(tǒng)前饋反饋控制蒸汽流量的前饋控制給水流量的反饋控制三沖量：汽包水位H、蒸汽流量D、給水流量W當蒸汽流量（負荷）改變時，通過前饋控制作用，可及時改變給水流量，維持進出鍋爐內的物質平衡，有利于克服虛假水位現象；當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時，通過反饋作用，可抑制這種擾動對給水流量以及汽包水位的影響有利于減少汽包水位的波動

14、要求蒸汽流量和給水流量的測量值在穩(wěn)態(tài)時必須相等17、串級三沖量主控采用PI控制規(guī)律，保證水位無靜差；副控采用P控制規(guī)律，保證快速性。副控的任務：用以消除因給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)擾動及當蒸汽負荷改變時迅速調節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡。前饋串級前饋：蒸汽流量及測量裝置、反饋系數構成。18、全程控制系統(tǒng)：單元機組在啟停過程和正常運行時均能實現自動控制的系統(tǒng)組成：鍋爐給水全程控制系統(tǒng)、主汽溫全程控制系統(tǒng)、機爐協(xié)調全程控制系統(tǒng)19、對全程控制系統(tǒng)的要求1）測量信號必須能自動進行壓力、溫度校正2）需要保證給水流量，還保證給水泵始終工作在安全工作區(qū)域內3）高低負荷時要采用不同的

15、汽包水位控制方式，保證切換是雙向無擾的4）高低負荷時要采用不同的給水量調節(jié)機構，保證閥門與調速泵之間的無擾切換5）全程控制必須適應機組定壓運行 & 滑壓運行工況，必須適應冷態(tài)啟動 & 熱態(tài)啟動情況20、變速泵的給水控制變速泵的安全工作區(qū)：DEFGH泵的工作點在上限特性之外，則給水流量太小，引起泵的汽蝕，甚至振動；反之，則使泵的工作效率降低。泵出口壓力不得高于鍋爐正常運行的最高給水壓力且不得低于最低給水壓力變速泵構成全程給水控制系統(tǒng)，3個子系統(tǒng)：給水泵轉速控制系統(tǒng)；給水泵最小流量控制系統(tǒng)；給水泵出口壓力控制系統(tǒng)電動泵當啟動泵 & 備用泵，容量25% or 30%；汽動泵2臺 各50%21、汽包水

16、位控制系統(tǒng)3個回路：旁路閥單沖量控制回路；電動給水泵轉速單沖量控制回路；給水泵轉速三沖量控制回路22、給水泵最小流量控制系統(tǒng)（單回路） 某定值，yes全關，no接受PID指令 350t/h，全開；350x380，取PID output23、單元機組的基本控制方式：鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調任務：1） 滿足機組負荷要求，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定2） 保證燃燒過程經濟性3） 保證燃燒過程穩(wěn)定性調節(jié)量：燃燒量、送風量、引風量被調節(jié)量：pT汽壓 or 功率、過剩空氣系數、ps爐膛負壓鍋爐跟隨 汽機跟隨24、送風控制系統(tǒng)比值串級MK-V=0；MV=1K25、引風控制系統(tǒng)單回路：前饋反饋26、燃燒過程控制基本

17、方案27、基于給煤量修正的總燃燒量（發(fā)熱量）測量入爐總煤量Mc；能反映燃料量變化又能反映出煤的熱值變化的燃料量（發(fā)熱量）信號kMQ=0t（Dq-M）dt熱量信號DQ也是反映燃料量和燃料熱值變化信號，總燃料量均含有燃油量信息若MDQ說明kMQ過大，積分器反向積分，使kMQ減小。隨著kMQ減小，M減小，直至M=DQ，M停止變化，這時kMQ正確反映了煤的熱值28、增益自動調整增益調整與平衡器：乘法器作為燃料調節(jié)對象的一部分，選擇合適的函數f（x），則可以做到不管給煤機投入的臺數如何，都可以保持燃料調節(jié)對象增益不變，這樣就不必調整燃料調節(jié)器的控制參數29、風煤交叉限制增負荷，先加風后加煤；減負荷，先減

18、煤后減風由于高值選擇器的作用，風量控制系統(tǒng)先于燃料控制系統(tǒng)動作。由于低值選擇器的作用，使燃料給定值受到風量的限制，燃料控制系統(tǒng)要等風量增加后再增加燃料量30、帶死區(qū)的非線性函數由于爐膛壓力的被控對象時間常數小，系統(tǒng)響應速度快，為了避免引風機入口擋板頻繁動作當偏差小于常死區(qū)時，調節(jié)器PID輸出不改變，引風機入口擋板不動作；干擾爐膛壓力較大波動，其偏差超出非線性函數常死區(qū)時，調節(jié)器PID輸出改變，從而消除大偏差31、單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)基本組成負荷控制系統(tǒng)：負荷指令處理回路（LDC接收來自電網調度所的負荷分配指令ADS）、機爐主控制器子控制系統(tǒng)：鍋爐控制系統(tǒng)、汽輪機控制系統(tǒng)負荷控制對象32、單元機

19、組的動態(tài)特性的特點當汽機調門開度動作時，被調量PE和pT的響應都很快（即熱慣性小）；當鍋爐燃燒率改變時，PE和pT的響應都很慢（熱慣性大）33、負荷控制方式1）機爐分別控制方式：鍋爐跟隨、汽機跟隨、其他方式2）機爐協(xié)調控制方式：以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)、以汽機跟隨為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)、綜合型協(xié)調控制系統(tǒng)、負荷指令間接平衡的協(xié)調控制系統(tǒng)、以能量平衡信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)34、鍋爐跟隨的特點1）利用了鍋爐的蓄熱量，較快響應電網負荷的要求，適合帶變動負荷的機組；2）汽壓波動大。當負荷變化較大時，汽壓波動將超出允許范圍，需限制負荷變化率；3）適用于中小型汽包鍋爐（蓄熱能力相對較大）4）當鍋爐側

20、正常，機組輸出功率因汽機側原因受到限制時，采用BF35、汽機跟隨的特點1）負荷適應能力差，不利于帶變動負荷和參加電網調頻。機組沒有利用鍋爐的蓄熱能力來加快對給定負荷的響應，使機組對負荷響應很慢，適用于帶固定負荷的機組2）汽機調門響應快，汽壓波動小3）適用于單元機組承擔基本負荷的場合4）汽機側正常，機組輸出功率因鍋爐側原因受到限制時，采用TF36、協(xié)調控制前饋反饋控制為主的多變量控制系統(tǒng)前饋：補償機組動態(tài)遲延，加快負荷響應非線性環(huán)節(jié)：合理利用機組蓄熱能力在BF中死去非線性元件，限制了汽壓變化，同時減慢了輸出功率PE響應負荷要求指令PO的速度在TF中飽和非線性元件，將功率信號引入汽機控制回路，實質

21、是降低汽壓控制品質為代價來提高功率響應速度在綜合協(xié)調控制系統(tǒng)中BF基礎上增加了2個前饋：按負荷指令進行前饋控制、按蒸汽流量進行前饋控制37、以能量平衡信號為基礎的協(xié)調控制系統(tǒng)以汽機能力需求信號為基礎，出發(fā)點：在任何工況下保證鍋爐輸入能量與汽輪機需求能量相適應汽機隊鍋爐的能量要求信號稱為能量平衡信號對調節(jié)級壓力p1修正（造成動態(tài)正反饋）：壓力比修正法 & 壓力差修正法38、幾種協(xié)調控制的特點1）均為前饋反饋的協(xié)調控制，一般帶非線性環(huán)節(jié)2）采用非線性環(huán)節(jié)可使汽壓在規(guī)定的允許偏差范圍內變化3）前饋的作用是補償機組的動態(tài)遲延和慣性，起“粗調”作用4）反饋起“細調”作用39、LDC的作用對外部負荷要求指令進行選擇并根據機組運行情況進行處理，使之轉變?yōu)橐粋€適合機爐運行狀態(tài)的實際負荷指令Po 同時根據發(fā)電機組的運行方式，產生主蒸汽壓力給定值p040、正常工況下負荷指令處理負荷指令受到的限制：負荷指令變化速率限制，運行人員所設定的最大、最小負荷限制41、異常工