熱控專業(yè)與運行技術講課概要

熱控專業(yè)與運行技術講課概要第一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第1頁，共57頁。主要內(nèi)容一、熱控常用儀表及測量原理介紹二、自動控制基礎系統(tǒng)三、分散控制系統(tǒng)（DCS）介紹四、運行中熱控缺陷的辨識2第二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第2頁，共57頁。一、熱控常用儀表及測量原理介紹現(xiàn)場儀表測量參數(shù)的分類：現(xiàn)場儀表測量參數(shù)一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)。下面就介紹一下這四大參數(shù)的測量原理，以及測量這四大參數(shù)所運用的儀表。3第三頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第3頁，共57頁。1、溫度的測量與變送溫度是我們電力生產(chǎn)中既普遍而又十分重要的參數(shù)之一。任何一個生產(chǎn)過程，都伴隨著物質(zhì)的物理和化學性質(zhì)的改變，都必然有能量的轉化和交換，而熱交換則是這些能量轉換中最普遍的交換形式。因此，在很多熱力反應的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應過程正常進行與安全運行的重要環(huán)節(jié)；它對運行參數(shù)的監(jiān)視和系統(tǒng)控制都有很大的影響。4第四頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第4頁，共57頁。1、溫度的測量與變送

溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同，測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質(zhì)相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由于測溫元件要與被測介質(zhì)接觸進行充分的熱交換才能達到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象，而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學反應；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應用于很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質(zhì)接觸，因而其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由于它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，測溫速度也較快，但是這種方法受到被測介質(zhì)至儀表之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質(zhì)的影響，因此測量量精度較低。5第五頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第5頁，共57頁。1、溫度的測量與變送

下表列出了常用測溫儀麥的測溫原理、測溫范圍和主要特點。表中所列的各種溫度計，機械式的大多只能就地指示，幅射式的精度較差，只有電的測溫儀表精度高，且測溫元件很容易與溫度變送器配用，轉換成統(tǒng)一標準信號進行遠傳，以實現(xiàn)對溫度的自動記錄和調(diào)節(jié)。因此，在生產(chǎn)過程控制中應用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)僅介紹這兩種溫度計。6第六頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第6頁，共57頁。7第七頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第7頁，共57頁。雙金屬溫度計實例

工業(yè)用雙金屬溫度計雙金屬電接點溫度計給煤機超溫報警第八頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第8頁，共57頁。壓力式溫度計

根據(jù)封閉系統(tǒng)的液體或氣體受熱后壓力變化的原理而制成的測溫儀表。由敏感元件溫包，傳壓毛細管和彈簧管壓力表組成。應用實例：#4爐送風機油站就地溫度表第九頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第9頁，共57頁。1、溫度的測量與變送1.1熱電偶溫度計1）熱電偶是應用最普遍、最廣泛的溫度測量元件。

2）既可用于流體溫度測量也可用于固體溫度測量，既可以檢測靜態(tài)溫度也能測量動態(tài)溫度。

3）在火電廠中，主蒸汽、過熱器管壁與高溫煙氣等的溫度都是采用熱電偶測量的。

4）熱電偶一般用于測量100～1600℃范圍內(nèi)溫度，用特殊材料制成的熱電偶還可測更高或更低的溫度；

5）熱電偶將感受到的溫度信號直接轉換成電勢信號輸出，便于測量、信號傳輸、自動記錄和控制等。10第十頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第10頁，共57頁。1、溫度的測量與變送熱電偶溫度計由熱電偶、電測部份(動圈儀表、電位差計或DCS)及連接導線組成如圖所示。由于熱電偶的性能穩(wěn)定、結構簡單、使用方便、測量范圍廣、有較高的準確度，且能方便地將溫度信號轉換為電勢信號，便于信號的遠傳和多點集中測量，因而在電力生產(chǎn)中應用極為普遍。231熱電偶溫度計測量線路1、熱電偶2、連接導線3、電測儀表t0t0tAB11第十一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第11頁，共57頁。1、溫度的測量與變送12熱電偶是由兩根不同的導體或半導體材料(如上圖中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導線連接的一端稱為熱電偶的冷端(自由端)。組成熱電偶的兩根導體或半導體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產(chǎn)設備中，冷端置于生產(chǎn)設備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會產(chǎn)生熱電勢E。該熱電勢E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關。如果保持t。不變，則熱電勢E只是被測溫度t的函數(shù)。用電測儀表測得E的數(shù)值后，便知道被測溫度t的大小。生產(chǎn)現(xiàn)場是元件所在一端為熱端，電子間的溫度作為冷端補償，從電子間測量出mV值得出的溫度加上冷端補償溫度就得出該元件所測出的實際溫度值，即DCS顯示值。我們廠中主要使用的是K分度(鎳鉻-鎳硅)熱電偶，還有如S分度(鉑銠10-鉑)；E分度號(鎳鉻-康銅)；T分度號(銅-康銅)；J分度號（鐵-康銅）；R分度號(鉑銠13-鉑)等熱電偶。熱電偶主要測量是高溫介質(zhì)，現(xiàn)場的高溫煙氣、蒸汽。第十二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第12頁，共57頁。1、溫度的測量與變送13第十三頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第13頁，共57頁。1、溫度的測量與變送

1.2熱電阻溫度計熱電阻溫度計由熱電阻、電測儀表(動圈儀表或平衡電橋)和連接導線所組成，其中熱電阻是感溫元件，有導體的和半導體兩種。熱電阻溫度計廣泛用來測量中、低溫(一般為500℃以下)。它的特點是準確度高，在測量中、低溫時，它的輸出信號比熱電偶要大得多，靈敏度高，同樣可實現(xiàn)遠傳、自動記錄和多點測量。14第十四頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第14頁，共57頁。1、溫度的測量與變送熱電阻的測溫原理金屬導體的電阻值隨溫度的變比而變化的。溫度的變化，導致了導體電阻的變化。實驗證明，大多數(shù)金屬導體在溫度每升高1℃時，其電阻值要增加0.4一0.6%，熱電阻溫度計就是把溫度變化所引起熱電阻的變化值，通過測量電路(電橋)轉換成電壓(毫伏)信號，然后由顯示儀表指示或記錄被測溫度。熱電阻溫度計與熱電偶溫度計的測溫原理是不相同的。熱電偶溫度計把溫度的變化通過感溫元件——熱電偶轉換為熱電勢的變化值來測量溫度的；而熱電阻溫度計則是把溫度的變化通過感溫元件——熱電阻轉換為電阻的變化來測量溫度的。

15第十五頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第15頁，共57頁。1、溫度的測量與變送

對于制作熱電阻絲的材料是有一定技術要求的，一般應具有下列特性；電阻溫度系數(shù)要大，則測量靈敏度就高；熱容量要小，則對溫度變化的響應就快，即動態(tài)特性較好；電阻率要大，則相同的電阻值下電阻體體積就小，因而熱容量也?。辉谡麄€測溫范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)；要容易加工，有良好的復制性，電阻與溫度的關系最好近于線性或為平滑的曲線，以便于分度和讀數(shù)；價格便宜等。根據(jù)具體情況，目前應用最廣泛的是鉑和銅，分度號Pt50鉑電阻、分度號Pt100鉑電阻和分度號Cu50銅電阻、分度號Cu100銅電阻。熱電阻是由電阻體、保護套管以及接線盒等主要部件所組成。除電阻體外，其余部分的結構形狀一般與熱電偶的相應部分相同。16第十六頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第16頁，共57頁。1、溫度的測量與變送

在選用測溫儀表解決現(xiàn)場測溫問題時，首先要分析被測對象特點及狀態(tài)，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度計的特點及其技術指標確定選用的類型。一般應考慮以下幾個方面:1．儀表的可能測溫范圍及常用測溫范圍，是否符合被測對象的溫度變化范圍的要求;2．儀表的精度、穩(wěn)定性、響應時間是否適應測溫要求;3．根據(jù)測量場所有無沖擊、振動及電磁場，來考慮儀表的防震、防沖擊、抗干擾性能是否良好;4．儀表輸出信號能否自動記錄和遠傳;5．儀表的防腐性、防爆性和連續(xù)使用期限，是否滿足被測對象的要求;6．電源電壓、頻率變化及環(huán)境溫度變化對儀表示值的影響程度;7．測溫元件的體積大小是否適當;8．儀表使用是否方便、安裝維護是否容易。17第十七頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第17頁，共57頁。2、壓力的測量與變送在壓力測量中，通常有絕對壓力，表壓力、負壓、或真空度等名詞。絕對壓力是指介質(zhì)所受的實際壓力。Pa表壓是指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓之差，P即：

P表=Pa-P大負壓與真空度是指大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之差，即：

P真=P大-P絕因為各種工藝設備和測量儀表都處于大氣中，所以工程上都用表壓力或真空度來表示壓力的大小。我們用壓力表來測量壓力的數(shù)值，實際上也都是表壓或真空度（絕對壓力表的指示值除外）。因此，在工程上無特別說明時，所提的壓力均指表壓力或真空度。18第十八頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第18頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

壓力測量儀表的品種，規(guī)格甚多。常用的壓力測量方法和儀表有：通過液體產(chǎn)生或傳遞壓力來平衡被測壓力的平衡法。屬于應于這類方法的儀表有液柱式壓力計和活塞式壓力計；將被測壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉換成一個集中力，并在測量過程中用一個外界力（如電磁力或氣動力）來平衡這個未知的集中力，然后通過對外界力的測量而得知被測壓力的機械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬于應用此法的例子；根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變型的大小來測量彈性力平衡法。屬于這類應用方法的儀表很多，若根據(jù)所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機械和電子元件將被測壓力轉換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測量的電測法。例如電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等變送器應于此法的壓力測量儀表。19第十九頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第19頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

目前，電力生產(chǎn)中應用中廣泛的一種壓力測量儀表是彈性元件。根據(jù)測壓范圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測介質(zhì)壓力的作用下，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應的位移，通過轉換，可將位移轉換成相應的電信號或氣信號，以遠傳顯示，報警或調(diào)節(jié)用。20第二十頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第20頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

主要壓力檢測儀表：（1）彈簧管壓力表彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為廣泛的應用價值，它具有結構簡單，品種規(guī)格齊全、測量范圍廣、便于制造和維修和價格低廉等特點。彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動機構（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所示。彈簧管是一端封閉并彎成270度圓孤形的空心管子。21第二十一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第21頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

彈簧管壓力表1、彈簧管2拉桿3、扇型齒輪3、中心齒輪5、指針6、面板7、游絲8、調(diào)整螺釘9接頭ab22第二十二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第22頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測壓力的輸入端。當由它的固定端A通入被測壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴張變形，使自由端B發(fā)生位移。此時彈簧管的中心角γ要隨即減小Δγ，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉，從而在面板的刻度標尺上顯示出被測壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對變化值Δγ/γ與被測壓力P之間具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是均勻的。23第二十三頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第23頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

由上述可如，彈簧管真空表。彈簧管壓力表除普通由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內(nèi)壓力小于管外壓力，則自由端將隨負壓的增大而向內(nèi)彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質(zhì)的壓力測量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標，并注有特殊介質(zhì)的名稱，使用時應予以注意。還有一種是電接點壓力表，可以設備報警點，達到某一壓力點時開關接點動作。24第二十四頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第24頁，共57頁。2、壓力的測量與變送

壓力變送器差壓變送器25第二十五頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第25頁，共57頁。2、壓力的測量與變送壓力變送器工作原理壓力變送器用于測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將壓力信號轉變成4-20mADC信號輸出。具體工作原理有：電阻式、電感式、電容式、電渦流式、磁電式、壓電式、光電式、磁彈性式、振頻式等電力生產(chǎn)現(xiàn)場最常用的是電容式壓力變送器。26第二十六頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第26頁，共57頁。2、壓力的測量與變送電容式當壓力直接作用在測量膜片的表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，測量膜片上的高精度電路將這個微小的形變變換成為與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，然后采用專用芯片將這個電壓信號轉換為工業(yè)標準的4-20mA電流信號或者1-5V電壓信號。

由于測量膜片采用標準化集成電路，內(nèi)部包含線性及溫度補償電路，所以可以做到高精度和高穩(wěn)定性，變送電路采用專用的兩線制芯片，可以保證輸出兩線制4-20mA電流信號，方便現(xiàn)場接線。27第二十七頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第27頁，共57頁。2、壓力的測量與變送陶瓷式壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號。28第二十八頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第28頁，共57頁。3、流量的測量與變送

在電力生產(chǎn)過程中，為了有效地進行生產(chǎn)操作和控制，經(jīng)常需要測量生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)(如液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時，為了進行經(jīng)濟核算，也需要知道在一段時間內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，對管道內(nèi)介質(zhì)流量的測量和變送是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制以及進行經(jīng)濟核算所必需的。在工程上，流量是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積或質(zhì)量，即瞬時流量。流量的計量單位如下:

表示體積流量的單位常用立方米每小時(m3/h)、升每分(I/min)、升每秒(l/s)等；表示質(zhì)量流量的單位常用噸每小時(t/h)、千克每小時(kg/h)、千克每秒(kg/s)等。

若流體的密度是ρ，則體積流量Q與質(zhì)量流量M的關系是:M=Qρ或Q=M/ρ29第二十九頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第29頁，共57頁。3、流量的測量與變送

應當指出，流體的密度是隨工況參數(shù)而變化的。對于液體，由于壓力變化對密度的影響很小，一般可以忽略不計；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，則應引起注意。不過一般溫度每變化10℃時，液體的密度變化約在1%以內(nèi)。所以，除溫度變化較大，測量準確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。對于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%。在常壓附近，壓力每變10kPa，密度也約變化3%。因此，在測量氣體體積流量時，必須同時測量氣體的溫度和壓力，并將工作狀態(tài)下的體積流量換算成標準體積流量。所謂標準體積流量，在工業(yè)上是指20℃、0.10133MPa(稱標定狀態(tài))或0℃、0.10133MPa(稱標準狀態(tài))條件下的體積流量。在儀表計量上多數(shù)以標定狀態(tài)條件下的體積流量為標準體積流量。流量測量的方法和儀表種類繁多，其測量原理和儀表的結構形式各不相同。針對電力生產(chǎn)過程的不同要求，采用不同的流量儀表。下表中列出了幾種主要類型流量表(或稱流量計)的性能及適用場合。30第三十頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第30頁，共57頁。3、流量的測量與變送31第三十一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第31頁，共57頁。3、流量的測量與變送3.1差壓式流量計差壓式(也稱節(jié)流式)流量計是使用歷史最久，應用也最廣泛的一種流量測量儀表，同時也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測量儀表之一。它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差與其流量有關而實現(xiàn)流量測量的。差壓式流量計通常是由能將被測流量轉換成差壓信號的節(jié)流裝置(包括節(jié)流元件和取壓裝置)、導壓管和差壓計或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號，常通過差壓變送器轉換成相應的電信號或氣信號，以供顯示、調(diào)節(jié)用。32第三十二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第32頁，共57頁。3、流量的測量與變送節(jié)流現(xiàn)象及其原理流體在有節(jié)流元件的管道中流動時，在節(jié)流元件前后的管璧處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象，如圖3-1所示。所謂節(jié)流裝置就是設置在管道中能使流體產(chǎn)生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱。應用最廣泛的節(jié)流元件是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。33第三十三頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第33頁，共57頁。4、液位的測量與變送4差壓式液位計

差壓式液位計是應用差壓計或差壓變送器來測量變送器液位的，是目前應用得最廣泛的一種液位測量儀表。差壓式液位汁是利用容器內(nèi)液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理而工作的，如圖所示。

+-HP氣

P液

Q入

P出排污當差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相時根據(jù)流體靜力學原理，我們知道，變送器正壓室受到的壓力為：Pl=P氣十Hρg式中H液位高度;ρ介質(zhì)密度;g重力加速度;P氣氣相壓力。圖4-3差壓變送器測量液位示意圖34第三十四頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第34頁，共57頁。二、自動控制系統(tǒng)基礎把工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、液位、濃度等狀態(tài)參數(shù)作為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)叫過程控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)可以由以下幾個部分組成：測量變送器：用來測量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉換為與之成比例的某種便于傳遞和綜合的信號。給定元件：用來設置被調(diào)量的給定值或與該給定值對應的電信號。調(diào)節(jié)器：接受被調(diào)量信號和給定值比較后的偏差信號，輸出一定規(guī)律的控制指令給執(zhí)行器。

執(zhí)行器：根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的控制指令去推動調(diào)節(jié)機構，改變調(diào)節(jié)量。35第三十五頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第35頁，共57頁。二、自動控制系統(tǒng)基礎控制對象：被控制的熱工生產(chǎn)過程或設備。被調(diào)量：表征熱工過程是否符合規(guī)定工況的物理量。擾動：生產(chǎn)過程中引起被調(diào)量偏離給定值的各種因素。調(diào)節(jié)量：由控制作用來改變并去控制被調(diào)量變化的物理量。36第三十六頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第36頁，共57頁。二、自動控制基礎知識二、自動控制系統(tǒng)的分類

1．按控制方式分類

閉環(huán)控制系統(tǒng)（也稱反饋控制系統(tǒng)）：它的被控量信號反饋到控制設備的輸入端，成為控制設備生產(chǎn)控制作用的依據(jù)。只要被控量與給定量之間有偏差，控制設備就要對控制對象施加作用，直到被控量符合要求為止。特點:基于偏差，消除偏差，可克服各種擾動對被控量的影響。由于控制作用落后于干擾，因此相對來講控制不及時。第三十七頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第37頁，共57頁。二、自動控制基礎知識開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）：控制設備和控制對象在信號關系上沒有形成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒有反饋到控制設備的輸入端。特點:按擾動進行控制，結構簡單，精度差，只能克服單一擾動。復合控制系統(tǒng)：開環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。第三十八頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第38頁，共57頁。二、自動控制基礎知識常規(guī)PID控制規(guī)律常規(guī)PID控制即比例-積分-微分控制規(guī)律。1、比例調(diào)節(jié)規(guī)律指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u（t）與其偏差輸入信號e(t)之間成比例關系，即比例增益

第三十九頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第39頁，共57頁。二、自動控制基礎知識比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點：（1）動作快，調(diào)節(jié)及時、迅速；（2）對干擾有很強的抑制作用；（2）調(diào)節(jié)過程結束，被調(diào)量偏差仍存在，存在靜態(tài)偏差，稱為有差調(diào)節(jié)。

比例帶大，則調(diào)節(jié)閥動作幅度小，被調(diào)量變化平穩(wěn)，超調(diào)量小，但殘差較大，靜態(tài)偏差隨比例帶的加大而加大；減小比例帶導致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定，比例帶設置必須有一定的穩(wěn)定裕度。第四十頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第40頁，共57頁。二、自動控制基礎知識2、積分調(diào)節(jié)規(guī)律積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u（t）與其偏差輸入信號e（t）隨時間的積累值成正比特點：

只要偏差存在，積分控制作用一直增加；消除穩(wěn)態(tài)偏差，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。結論：積分時間越小，積分速度越快，調(diào)節(jié)閥動作愈快，容易引起和加劇振蕩。積分調(diào)節(jié)作用是隨時間而逐漸增強的，與比例調(diào)節(jié)作用相比過于遲緩，惡化了動態(tài)品質(zhì)，使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。第四十一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第41頁，共57頁。二、自動控制基礎知識微分調(diào)節(jié)規(guī)律

微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號的變化速度成正比。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度加入微分調(diào)節(jié)作用實現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，有利于克服動態(tài)偏差，將大大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關，而與偏差值大小無關。

微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準確性都得以提高，可適當減小靜態(tài)偏差，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。調(diào)節(jié)過程開始時，被調(diào)量偏差小，但其變化速度卻較大，可使執(zhí)行機構產(chǎn)生較大的位移。但當調(diào)節(jié)過程結束，執(zhí)行機構位置最后總是回復到原來的數(shù)值，不能適應負荷的變化。第四十二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第42頁，共57頁。二、自動控制基礎知識綜上：比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，使“長勁”，比例作用貫徹于整個調(diào)節(jié)過程之中；積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，使“后勁”；微分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期，使“前勁”PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。比例(P)代表了當前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應迅速。微分(D)在信號變化時有超前控制作用，代表了將來的信息。在過程開始時強迫過程進行，過程結束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分(I)代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性。此三作用配合得當，可使動態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準確，收到良好的效果。第四十三頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第43頁，共57頁。二、自動控制基礎知識熱控控制系統(tǒng)方式一.反饋控制

反饋控制是根據(jù)被調(diào)量與給定值的偏差值來控制的。反饋控制的特點是必須在被調(diào)量與給定值的偏差出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器才能對其進行調(diào)節(jié)來補償干擾對被調(diào)量的影響。如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)還未變化時，調(diào)節(jié)器是不會動作的。即反饋控制總是落后于干擾作用。因此稱之為“不及時控制”。反饋控制方案的本身決定了無法將干擾對被控量的影響克服在被控量偏離設定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進一步提高。44第四十四頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第44頁，共57頁。二、自動控制基礎知識二.前饋控制

1.基本原理

考慮到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結果，如果直接按擾動而不是按偏差進行控制，也就是說，當干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進行控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)，顯然，前饋控制對于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時得多。

若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向就對被調(diào)節(jié)介質(zhì)進行控制來補償干擾對被調(diào)量的影響，則這種控制就叫做“前饋控制”或“擾動補償”。

45第四十五頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第45頁，共57頁。二、自動控制基礎知識三、復合控制

基本原理

工程實際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)量，對一兩個主要擾動采取前饋補償，而對其它引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾采用反饋控制來克服。以這種形式組成的系統(tǒng)稱為前饋一反饋復合控制系統(tǒng)。前饋-反饋復合控制系統(tǒng)既能發(fā)揮前饋調(diào)節(jié)控制及時的優(yōu)點，又能保持反饋控制對各種擾動因素都有抑制作用的長處，因此得到了廣泛的應用。

46第四十六頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第46頁，共57頁。二、自動控制基礎知識四、串級控制

1.基本原理主調(diào)節(jié)器的輸出是副調(diào)節(jié)器的輸入。主參數(shù)(主變量)：

串級控制系統(tǒng)中起主導作用的被調(diào)參數(shù)稱為主參數(shù)。副參數(shù)(副變量)：

其給定值隨主調(diào)節(jié)器的輸出而變化，能映主信號數(shù)值變化的中間參數(shù)稱為副參數(shù)。這是一個為了提高控制質(zhì)量而引起的輔助參數(shù)。主調(diào)節(jié)器(主控制器)：根據(jù)主參數(shù)與給定值的偏差而動作，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值的調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，記為WT1(s)副調(diào)節(jié)器(副控制器)：

其給定值由主調(diào)節(jié)器的輸出決定，并根據(jù)

副參數(shù)與給定值(即主調(diào)節(jié)器輸出)的偏差動作的調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器47第四十七頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第47頁，共57頁。二、自動控制基礎知識2.串級控制系統(tǒng)的特點

串級控制仍然是一個定值控制系統(tǒng)，主參數(shù)在干擾作用下的控制過程與單回路控制系統(tǒng)的過程具有相同的指標和形式，但與單回路系統(tǒng)比較，串級控制系統(tǒng)具有以下特點：

(1)串級控制系統(tǒng)具有很強的克服內(nèi)擾的能力

(2)串級控制系統(tǒng)可減小副回路的時間常數(shù)，改善對象動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率。

(3)串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力48第四十八頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第48頁，共57頁。三、分散控制系統(tǒng)介紹1.

分散控制系統(tǒng)的特點

DCS系統(tǒng)也稱分布式控制系統(tǒng)，

指控制功能分散、風險分散、操作顯示集中、采用分布式結構的智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。其實質(zhì)是計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一捉新型控制技術。其功能特點是：通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、安裝簡單規(guī)范化、調(diào)試方便、運行安全可靠等。

其硬件設備由管理操作應用工作站、現(xiàn)場控制站和通信網(wǎng)絡組成。49第四十九頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第49頁，共57頁。三、分散控制系統(tǒng)介紹包含工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站

A.

工程師站提供技術人員生成控制系統(tǒng)的人機接口，主要用于系統(tǒng)組態(tài)和維護，技術人員也可以通過工程師站對應用系統(tǒng)進行監(jiān)視。

B.

操作員站提供技術人員與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的人機交互界面，用于監(jiān)視可以完成數(shù)據(jù)的狀態(tài)值顯示和操作員對數(shù)據(jù)點的操作。

C、現(xiàn)場控制站用于現(xiàn)場信號的采集處理，控制策略的實現(xiàn)，并具有可靠的冗余保證、網(wǎng)絡通信功能。50第五十頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第50頁，共57頁。三、分散控制系統(tǒng)介紹分散控制系統(tǒng)在結構上采用模塊化設計方法，通過靈活組態(tài)，合理的配置，可以實現(xiàn)火電機組的模似量控制系統(tǒng)（MCS）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、鍋爐燃燒控制和爐膛安全系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）等功能。DAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)指采用數(shù)字計算機控制系統(tǒng)對工藝系統(tǒng)和設備的運行參數(shù)、狀態(tài)進行檢測，對檢測結果進行處理、記錄、顯示和報警，對機組的運行情況進行運算分析，并提出運行指導的監(jiān)視系統(tǒng)。51第五十一頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第51頁，共57頁。三、分散控制系統(tǒng)介紹MCS模擬量控制系統(tǒng)指通過控制變量自動完成被控制變量調(diào)節(jié)的回路。CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)指將鍋爐-汽輪發(fā)電機組作為一個整體進行控制，通過控制回路協(xié)調(diào)鍋爐汽輪機在自動狀態(tài)下運行給鍋爐、汽輪機的自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以適應負荷變化的需要，盡最大可能發(fā)揮機組的調(diào)頻、調(diào)峰的能力，它直接作用的執(zhí)行級是鍋爐燃料控制系統(tǒng)和汽輪機控制系統(tǒng)。52第五十二頁，編輯于星期六：二十二點十九分。第52頁，