如何提高电厂热工自动化水平
摘要：
在科技不断发展的今天，提高电厂的热工自动化水平已是重要问题，提高电厂的热工自动化系统是研究工作的重点，其中包括了合理配置和采集信号工作。随着热工自动化机组的可靠性提高，电力工作完全可以满足现在的用电需求，在电力不断发展和壮大的现在，必须有效的提高技术能力，与技术的创新性，使电力事业取得更大的进步。
关键词：热工技术电厂热工自动化电厂热工自动化发展
引言：
近几年来国内的电厂热工自动化设备投入使用率很低，部分电厂的自动设备投入使用情况很差，只有少数的电厂比如：京西电厂自动调节设备投入率在百分之八十以上, 但是大多数电厂自动调节设备的投入率更低。随着电厂热工自动化的发展动向，和电厂热工自动化技术的影响，很多电厂内都安装了数字化仪表，这样可以达到人机的互交，如何才可以快速的，提高国内电厂热工自动化水平，这就需要电厂工作人员的不断努力，和不断的创新技术。
一、电厂热工自动化的概念内容及电厂热工仪表类型
电厂热工自动化是采用并通过，各种自动化仪表和装置，其中包括计算机系统对电厂的热力、生产过程，进行开环的和闭环的监视、控制，使之安全、经济、高效运行的技术。电厂热工包含温度、铂电阻、热电偶、液位、有电极式、差压式的锅炉水位仪表。一般流量差压式多，还有浮子式、涡街、进风有机翼式或巴式仪表。压力一般就是现场指针和压力变送器，执行器气动电动的都有，制水一般都是plc控制，启动开关阀多，此外汽机还有位移振动等仪表。电厂热工自动化的内容和广泛，包括有主机和辅助设备，公用系统的自动化可分为五个内容：自动检测与显示、自动调节和模拟量控制、顺序控制和开关量控制、自动保护系统、电厂热工自动化综合技术等。
第一章火电厂热工自动化概述 第一节引言 随着我国国民经济的高速发展，工、农业生产和人民生活对电力的需求不断增长，电力工业通过引进、消化、吸收国外的先进技术和管理经验，使电力工业得到了迅速的发展。随着单机发电容量的增大和电网容量的迅速扩大，我国已进入了大电网、大机组、高参数、高度自动化的时代。由于300MW、600MW以及以上大容量、高参数机组的新技术发展迅速，装机数量日益增多，机组对热工自动化水平的要求越来越高。另外由于微电子技术的迅猛发展，大型自动化装备的现代化程度快速提高，促使大型火力发电厂现代热工自动化技术发展迅猛。其特点是上世纪70年代中期，以计算机技术（Computer）、通讯技术（Communication）、控制技术（Control）和显示技术（CRT）为基础的计算机分散控制系统（简称DCS-Distributed Control System）的问世和其技术的日臻完善。分散控制系统广泛应用于大型发电机组的自动控制中，并将热工自动化水平推上了一个崭新的台阶，取得了十分显著的经济效益和社会效益。 与中、小容量火力发电机组相比，600MW及以上大容量机组的特点之一是监视点多、参数变化速度快和被控对象数量大，而且各个控制对象相互关联，操作稍有失误就会引起严重的后果。因此，大型发电机组必须采用完善的自动化系统。如果将大型发电机组的监视和操作任务仅交给运行人员去完成，不仅体力和脑力劳动强度大，而且很难做到及时调整和避免人为的误操作。大量事实证明，自动化技术的运用对于提高大型发电机组的安全经济运行水平是行之有效的。在机组正常运行过程中，自动化系统能根据机组运行要求，自动维持运行参数在规定值的范围内，以取得较高的热效率和较低的消耗（煤耗和厂用电率等）。当机组运行出现异常时，自动化系统能迅速按照预定的规律进行处理，以保证机组尽快恢复正常运行。如辅机故障减负荷（简称RB- RunBack）、迫升/迫降（RUNUP/RUNDOWN）、机组快速甩负荷（简称FCB-Fast Cut Back）等功能。当运行工况异常发展到可能危及到设备及人身安全时，能自动采取保护措施，以防止事故的进一步扩大和保护生产设备不受破坏。如锅炉主燃料跳闸（MFT），汽机超速保护（OPC）等功能。在机组启停过程中，自动化系统能根据机组启停时的状态和条件进行相应的控制，以避免机组产生不允许的热应力而影响机组的运行寿命，如汽机顺序控制系统。通常，自动化系统按照预先制定的规律进行工作，不需要人工干预。但在特殊情况下却要求人工给以提示或协调，即需要人的更高层次的干预。所以，随着自动化水平的提高，也要求运行人员具有更高的文化和技术素质。 建国以来，随着机组容量的增大，参数的提高，对于机组安全经济运行的要求越来越高。火电厂的自动化系统迅速发展，其功能已从单台辅机和局部热力系统发展到整个单元机组的监测与控制，并且随着整个单元机组自动化的不断完善，以及电网发展的要求，火电厂热工自动化的功能正和电网调度自动化相协调，以实现电网的自动化。尤其是目前随同整套大型火电机组同时引进的和国产的DCS系统的普遍使用，以及单元机组协调控制系统（CCS）和
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
第一部分发电厂热工设备介绍 热工设备（通常称热工仪表）遍布火力发电厂各个部位，用于测量各种介质的温度、压力、流量、物位、机械量等，它是保障机组安全启停、正常运行、防止误操作和处理故障等非常重要的技术装备，也是火力发电厂安全经济运行、文明生产、提高劳动生产率、减轻运行人员劳动强度必不可少的设施。 热工仪表包括检测仪表、显示仪表和控制仪表。下面我们对这些常用仪表原理、用途等进行简单介绍，便于新成员从事仪控专业工作有个大概的了解。 一、检测仪表 检测仪表是能够确定所感受的被测变量大小的仪表，根据被测变量的不同，分为温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析仪表等。 1、温度测量仪表： 温度是表征物体冷热程度的物理量，常用仪表包括双金属温度计、热电偶、热电阻、 温度变送器。常用的产品见下图： 双金属温度计热电偶 铠装热电偶热电阻（Pt100）
端面热电阻（测量轴温）温度变送器 1）双金属温度计 原理：利用两种热膨胀不同的金属结合在一起制成的温度检测元件来测量温度的仪表。 常用规格型号：WSS-581，WSS-461；万向型抽芯式；φ100或150表盘；安装螺纹为可动外螺纹:M27×2 2）热电偶 原理：由一对不同材料的导电体组成，其一端（热端、测量端）相互连接并感受被测温度；另一端（冷端、参比端）则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势之间具有函数关系。参比端温度一定时热电偶的热电动势随着测量温度端温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关。 根据结构不同，有普通型热电偶和铠装型热电偶。根据被被测介质温度高低不同，一般热电偶常选用K、E三种分度号。K分度用于高温，E分度用于中低温。 3）热电阻 原理：利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。 热电阻一般采购铂热电阻（WZP），常用规格型号：Pt100，双支，三线制，铠装元件?4，配不锈钢保护管，M27×2外螺纹。 4）温度变送器 原理：将变送器电路模块直接安装在就地温度传感器的接线盒内，将敏感元件感受温度后所产生的微小电压，经电路放大、线性校正处理后，变成恒定的电流输出信号（4～20mA）。 由于该产品未广泛普及，所以设计院一般很少选用。
热工过程 自动调节及其发展方向 2014年01月08日 前言 热工过程自动调节这门课，主要是以火力发电厂为对象，学习如何通过实现热力过程自动化调节，达到机组安全、可靠、经济运行的目的。自动调节具有下列几方面好处： 1．提高机组运行的安全可靠性 2．提高机组运行的经济性 3．减少运行人员，提高劳动生产率 4．改善劳动条件 火电厂自动调节的范围是极其广泛的，它包括了主机、辅助设备、公用系统等的自动化调节，大致可以分为四个基本内容。 1．自动检测 自动检测是对生产过程及设备的参数、信号自动进行转换、加工处理、显示并记录下来。
2．自动调节 自动调节一般是指正常运行时操作的自动化，即在一定范围内自动地适应外界负荷变化或其它条件变化，使生产过程正常进行。 3.远方控制及程序控制 远方控制是通过开关或按钮，对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现远距离控制。 4．自动保护 自动保护是利用自动化装置，对机组(或系统、设备)状态、参数和自动控制系统进行监视，当发生异常时，送出报警信号或切除某些系统和设备，避免发生事故，保证人身和设备的安全。 热工过程自动调节在热能工程的作用有以下几点： 1．产品与系统研发 零、部、组件通过集成形成产品或系统，所有零、部、组件的研发都应基于产品或系统集成的需要，充分考虑集成的要求。例如，在超燃冲压发动机结构研制过程，必须考虑基于自动控制的燃油供给的要求。 2．热能工程 通识教育、学科基础、专业基础诸多课程可以通过自动调节课程这一纽带提高并加深对专业的理解和认识，属于专业“顶层”课程之一。 热工过程自动调节重要性 1.自动调节实现安全、可靠、高效的目的，现代化体现； 2.自动调节的普遍性存在的要求； 3.在未来专业研发工作中可以站在系统性高度。 学习火力发电热工过程的自动调节，要结合其它热力循环动力系统的自动调节。第一章的基本概念入手，通过第二章到第六章自动控制基本原理和方法的学习，认识自动调节的途径与手段；第七章到第十章分别就供水、汽温、燃烧和机组系统的自动调节普遍方法及发展给出分析。 第一章自动调节的基本概念 调节就是为了达到一定的目的,对和生产过程有关系的设备进行操作.利用人来完成所需要的操作过程叫人工调节.由仪器、仪表完成的这一操作过程称为自动调节. 一、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。它分为内扰和外扰两种.内扰是指发生在调节通道内的扰动.外扰是指发生在调节通道外的扰动. 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：环节是一个抽象体。 每个环节都有对应的输入量(input singal)和输出量(output signal)，输入量是引起该环节发生作用的原因，输出量是该环节发生作用的表现和结果。 同类环节：两个环节的物理系统不同，但它们数学模型的形式完全相同，两个环节的因
自动化专业（火电厂热工自动化方向）培养方案 一、培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，较系统地掌握过程控制、计算机控制、检测与自动化仪表等技术方面的基础理论和专业知识，具有较强的专业技能和实际操作能力，具有创新精神、合作精神和工程意识，能在火电厂和电建安装公司从事热工过程控制、计算机控制、检测与自动化仪表方面的安装、调试、检修和维护的应用型高素质工程技术人才。 二、培养要求 1.政治素质与思想品德要求： 毕业生应具有热爱社会主义祖国，具有为国家富强，民族昌盛而奋斗的志向和责任感，能树立科学的世界观和人生观，具有敬业爱岗、团结协作和品质及良好的思想品德，遵纪守法，严谨务实，具有较好的文化修养和心理素质。 2.基本素质要求： 具有较扎实的自然科学基础，较好的人文科学、社会科学、经济管理科学知识，具有较强的外语综合应用能力。 3.专业素质要求： 系统地掌握电工技术、电子技术、控制技术、计算机技术方面较为宽阔的基础理论知识及其综合应用能力；具有较强的工程实践能力和良好的工程意识，具有熟练的计算机软、硬件综合应用能力。 具有必需的制图、试验技术、信息处理、文献检索和电子仪表工艺操作等基本技能。 4.自学能力与创新意识要求： 具有较强的信息获取能力，能对自动控制新理论、新技术、新设备及其应用保持跟踪，能综合运用多种方法来分析问题、解决问题，具有较强的自主研究能力。 5.身体、心理素质要求：
掌握科学锻炼身体的方法和基本技能，达到国家规定的大学生体育合格标准。 三、主要课程 1.核心课程 公共基础课： I、高等数学（一） II、大学外语（一） 学科基础课： III、电厂热力设备及运行 IV、微机原理及应用 V、自动控制理论 VI、PLC原理及应用 专业课： VII、检测技术及仪表 VIII、过程控制仪表 IX、热工过程控制系统 X、计算机控制系统 2.主要实践环节 I、PLC原理及应用课程设计 II、计算机控制系统课程设计 III、PLC创新实践训练 IV、DCS创新实践训练 V、毕业设计 四、学制与学位
智能控制在电厂热工自动化中的应用分析时辉 发表时间：2018-12-17T12:04:40.717Z 来源：《防护工程》2018年第23期作者：时辉 [导读] 随着电力行业的迅速发展，电厂智能控制与自动化水平也得到很大提升 济宁市技师学院山东济宁 272000 摘要：随着电力行业的迅速发展，电厂智能控制与自动化水平也得到很大提升。要想保障电力行业高效、生态、智能化的生产，以往的方法已经无法满足电厂热工自动化的发展步伐。因此，电厂应当了解智能控制的发展状况，并将先进的智能控制技术应用于电厂的生产中，以此促进电厂热工自动化更好的发展。 关键词：智能控制；电厂热工；自动化；应用 引言：随着科学技术的飞速发展，自动化、智能化控制技术的发展也极为迅速，并被广泛应用到各行业的发展中，对推动社会经济水平的提升有着巨大的作用。电厂作为经济市场发展的重要组成部分，更为人们日常生活提供稳定的电力能源，将先进的智能控制技术应用到电厂热工自动化系统中，对提升电厂热工自动化系统的控制水平有着巨大的作用。同时，在受到智能控制技术的影响下，电厂热工自动化系统的运行水平也飞速的提升，对提升电厂生产运营的经济性、效益性有着巨大的作用。 一、智能控制在电厂热工自动化中的作用 随着现代化工业的飞速发展，工业生产的规模逐渐扩大，生产设备的负担也越来越重，设备运行越来越频繁、越来越复杂，同时对系统控制方面也提高了标准。在生产过程中应用自动化，需要智能控制的有效支持，才能在真正意义上实现生产自动化。智能控制的发展越来越迅速，已经逐渐被更多的人认可与关注，运用智能控制，使固定数学模式与智能模式之间的转化得以实现。智能控制方法随着智能算法的不断应用而逐渐发展，像模糊控制、神经网络控制、群体智能控制等，这些智能控制系统的发展推动了控制系统的应用，使得高度不确定与复杂的控制系统能够有效、稳定地运行。智能控制能够有效地应用在电厂热工自动化中，使得电厂安全发展方面得到了有力的保障。与此同时，在电厂热工自动化中应用智能控制，能够有效地改进其自动化技术，促进电厂热工自动化技术迈向新的发展方向，同时使企业自身的自动化控制不断得到优化，促进电力行业智能化发展有序进行。 二、智能控制技术的应用方向 （一）自动保护 自动保护是在自动检测基础上延伸而来，自动保护能够实现还原与调整的数据。当生产条件无法恢复时，其可以通过自动检测来发现设备运行中存在的问题，并将这些数据传输到系统中心，并智能的实行暂停，防止由于设备存在问题而导致生产错误的现象发生，使电厂权益得到良好维护。 （二）自动检测 自动检测是采用自动化仪表对各种数据进行测量，之后自动检测热工参数，其中包括运行成分、温度、流量等，对机组的正确运行进行保障，实现系统自动运行的效果。同时，其本身也能够通过检测结果来调整参数，这对收益计算以及报警提供良好的条件。 （三）自动控制 由于电厂热工十分复杂，如果只是依靠传统的人工控制方法，将无法取得良好的运行效率，不仅增加了劳动强度，而且控制效果并不乐观，而智能控制在电厂热工自动化中的应用，能够发挥自动控制的作用，不仅能够使工厂流程更加规范，而且其能够有效规避外部不利因素带来的影响，使其自动调节设备，对保障设备的稳定运行奠定良好基础，有效促进电厂热工自动化的稳定发展。 三、智能控制在电厂热工自动化中的应用分析 （一）在锅炉燃烧中的应用 锅炉是电厂生产经营的关键设备，锅炉的燃烧效率也将直接影响到电厂的实际生产运用效率，因此，在电厂生产中必须重视锅炉的燃烧。在智能控制技术飞速发展下，将其应用到电厂锅炉燃烧中，实现对燃烧的智能化控制，对提升锅炉的燃烧效率有着极大的作用。以往锅炉燃烧过程的控制中存在控制精度偏低的现象，尤其是对锅炉燃烧温度的把控和煤耗的控制缺乏合理性，使得锅炉燃烧缺乏稳定性，而且锅炉燃烧的能源也不能得到充分的燃烧，产生一些燃料浪费的现象，影响到锅炉的燃烧的效率。而在智能控制技术的应用下，不仅可以实现锅炉燃烧的自动化更使其趋于控制智能化，充分解决锅炉燃烧不稳定性的现象，对整个燃烧系统的运行精确度有着良好的控制，能够使锅炉中的燃料充分燃烧，从而有效避免燃烧材料浪费的现象。另外，智能控制技术的应用能够有效提高电厂热工自动化系统的精度，我们都知道电厂锅炉在燃烧的过程中可能受到多方面因素的影响，使得锅炉在燃烧中出现不同程度的问题，而智能控制技术则能够有效检测到这些影响因素，并实施智能化控制，有效规避内部以及外部因素对锅炉燃烧的影响，而且在实际运行中能够及时发现锅炉燃烧的潜在风险因素，并将其信息传输至主控系统，并由工作人员制定出合理的解决措施，从而保证锅炉燃烧的安全性、稳定性、效率性[1]。 （二）在制粉系统中的应用 在智能控制技术应用之前，电厂的热工自动化系统运行面临诸多问题，尤其是中储式制粉系统的运行面临诸多瓶颈，使得制粉系统的运行效率低，影响到电厂热工效率，不利于电厂的可持续稳定发展。而在智能控制技术飞速发展下，将其应用到中储式制粉系统中，通过以复杂的数学模型作为基础，并实现对信号的接收和发送控制，更好地实现对电厂热工的智能控制。当然要提高智能控制的精确性，应有效减少模糊语言元素对现行规则数据产生的影响，切实提升电厂生产运行的经济效益，推动电厂的快速发展。当然，在智能控制技术不断发展下，针对电厂制粉系统的智能化控制也应进行不断的改进和创新，为电厂的可持续发展做好技术保障工作。 （三）在温度控制中的应用 通常在电厂锅炉运行的过程中，需要对锅炉的燃烧温度进行有效的控制，避免锅炉过热而对锅炉自身造成损害，同时也避免了锅炉温度过低而影响到燃料燃烧的充分性。在对以往电厂锅炉温度控制的调查研究中发现，由于控制技术不够先进影响到锅炉燃烧温度的控制效率。锅炉温度是衡量电厂热工自动化质量的重要指标之一，在智能控制技术的应用下，可以有效控制锅炉温度的变化，尤其是锅炉过热的现象，可以及时检测出其超标温度，并采取有效的降温措施，保证锅炉温度在正常范围内。另外，温度过低也会给予相应的提示，检查是
《热工过程自动调节》 实验指导书 高伟鲁录义编 华中科技大学 能源与动力工程学院 二O一三年
实验一 典型环节的动态特性 一、 实验目的 1． 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉它们的动态特性。 2． 了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。 二、 实验仪器与软件 1．PC 机 1台 2． MATLAB10.0环境 三、 实验内容 分别改变几个典型环节的相关参数，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况（曲线至少3条），并得出规律。 1) 比例环节（K ） 2) 积分环节（S T i 1） 3) 一阶惯性环节（ S T K c +1） 4) 实际微分环节（D T S ） 5) 典型二阶环节（222n n n S S K ωξωω++） 同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如图1－1所求形式，其中传递函数的形式根据不同环节进行设置。
图1-1 多响应输出示意图 四、 实验原理 1． 比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211212==-=-=-= 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-2所示。 图1-2 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形 2． 积分环节(I)的传递函数为 uf C K R s s C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-= 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 图1-3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形
3． 惯性环节的传递函数为 uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-= 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。 图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形 4． 微分环节(D)的传递函数为 uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<< 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。 图1-5 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形 5． 典型二阶环节的传递函数为 22()2n n n K G s S S ωξωω=++ 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-6所示。
自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用 摘要：随着计算机技术的不断发展，自动控制理论日趋成熟，自动化机械设备已广泛应用于人们日常生活的方方面面，尤其是在火电厂中的运用，对我国电力事业的现代化发展，做出了巨大的贡献。本文介绍了我国火电厂现阶段热工自动化应用现状，以及自动化控制理论在火电厂应用技术的最新进展，提出了今后自动控制理论在该领域的发展趋势，以期与同行交流。 关键词：自动控制火电厂热工自动化应用 近年来，我国在自动控制技术领域的研究取得了长足的进展，其研究成果不断被应用在生活生产的各个方面。火电厂热工自动化作为一种自动控制技术，其融合了热能工程技术、计算机信息技术以及智能仪表仪器等相关技术，可实现对火电厂生产过程的各类参数进行实时监控。这一技术的运用，将有助于提高该行业的生产效率，提高企业利润，有效降低人力物力成本，实现火电企业的现代化革新与可持续发展。 一、火电厂热工自动化发展现状 自动控制通常是指在企业生产过程中，采用自动化仪器设备代替部分甚至是全部人工操作，并依靠这些仪器设备进行自动生产，达到甚至超过人工操作的目的。自动控制理论早在上世纪前期就已经被提出，经过几十年的发展，其主要分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个不同阶段。其中经典控制理论主要以传递函数理论为基础，通过建立系统的数学模型，研究系统运行的状态和规律，从而实现自动控制。而现代控制理论中，线性控制和优化估值是其理论基础，从而使得火电厂在发电过程中实现对过程的自控。智能控制综合了前两者的优势，主要以数值计算。逻辑运算为理论基础，实现对复杂系统的精确控制。 在我国火电企业中，自动化控制理论主要运用于热工自动化中，如图1所示。
电厂热工基础知识 １、什么叫测量？ 测量就是通过实验的方法，把被测量与其所采用的单位标准量进行比较，求出其数值的过程。 ２、什么叫测量仪表？ 被测量与其单位用实验方法进行比较，需要一定的设备，它输入被测量，输出被测量与单位的比值，这种设备就叫测量仪表。 ３、什么是测量结果的真实值？ 测量结果的真实值是指在某一时刻，某一位置或某一状态下，被测物理量的真正大小，一般把标准仪器所测量的结果视为真实值。 ４、什么叫测量误差？ 测量误差：测量结果与测量真实值之存在的差值，通常称为测量误差。测量误差有大小，正负和单位。 ５、什么叫示值绝对误差？ 仪表的指示值与被测量的真实值之间的代数差，称为示值绝对误差。 ６、什么叫示值的相对误差？ 示值的绝对误差与被测量的实际值之比称为示值的相对误差。 ７、什么叫示值的引用误差？ 示值的绝对误差与该仪表的量程上限或量程围之比，称为示值的引用误差，以百分数表示。 ８、什么叫仪表的基本误差？
在规定的技术条件下，将仪表的示值和标准表的示值相比较，在被测量平稳增加和减少的过程中，在仪表全量程取得的诸示值的引用误差中的最大者，称为仪表的基本误差。 ９、什么叫系统误差？ 在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号保持恒定，或按照一定规律变化，这种误差称为系统误差。一般可以通过实验或分析的方法查明其变化的规律及产生的原因，并能在确定数值大小和方向后，对测量结果进行修正。 １０、什么叫偶然误差？ 在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小、符号均无规律，也不能事前估计，这类误差叫偶然误差。 １１、什么叫粗大误差？ 明显地歪曲了测量结果的误差称为粗大误差，简称粗差。 １２、什么叫仪表的灵敏度？ 灵敏度是仪表对被测量的反应能力，通常定义为输入变化引起输出变化*L对输入变化*X之比值。它是衡量仪表质量的重要指标之一，仪表的灵敏度高，则示值的位数可以增加，但应注意灵敏度与其允许误差要相适应，过多的位数是不能提高测量精度的。 １３、什么是仪表的分辨力？ 仪表的分辨力也叫鉴别力，表明仪表响应输入量微小变化的能力。分辨力不足将引起分辨误差，即在被测量变化某一定值时，示值仍不变，这个误差叫不灵敏区或死区。 １４、火力发电厂的热工测量参数有哪些？ 一般有温度、压力、流量、料位和成分，另外还有转速，机
18．对计量标准考核的目的是： A确定其准确度；B确认其是否具有开展量值传递的资格； C评定其计量性能；D保征计量人员有证上岗。 20 下列关于误差的描述，不正确的是 A、测量的绝对误差不等于测量误差的绝对值； B、测量误差简称为误差．有时可与测量的绝对误差混用； C、绝对误差是测量结果减去测量约定真值； D、误差的绝对值为误差的模，是不考虑正负号的误差值。 29 检定仪表时，通常应调节输入信号至-------的示值。 A被检仪表带数字刻度点，读取标准表；B被控仪表量程的5等分刻度点，读取标准表；C标准表带数字刻度点，读取被检仪表；D标准表量程的5等分刻度点，读取被检仪表。31测量结果的重复性是指----------方法，在同一的测量地点和环境条件下，短时问内对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。 A同一个人使用不相同的测量仪器和；B同一个人使用同类测量仪器和相同的测量，C不同的人使用相同的测量仪器和；D同一个人使用相同的测量仪器和。 38 星形网络结构特点是——。 A各站有的分主从，有的不分主从；B各站有主从之分，全部信息都通过从站； C有主从之分，全部信息都通过主站；D各站无主从之分。 39 新建机组的分散控制系统要求空]／O点和空端子排的数量不低于总使用量的——。 A 5％～10％ B 10％～15% C 15％～20％ D 20%以上。 45 在分散控制系统中，开关量输入信号的光电隔离需要--------。 A一个电源B共地的两个电源； C各自接地且不共地的两个电源D不同极性的两个电源。 56 在火力发电厂单元机组的分散控制系统中，最基本的、也是最早的应用功能是—— 系统，最迟进入的应用功能是——。 A DAS，CCS; B SCS，DEH； C FSSS，DBF; D DAS，ECS． 53 SOE主从模件正常工作时，通常每隔-------h自测试一次。 A 24； B 12; C 8； D 1。 65在分散控制系统中，根据各工艺系统的特点．协调各系统设备的运作。起着整个工艺系统协凋者和控制者作用的是——一。 A过程控制级；B过程管理级；C经营管理级 D 生产管理级。 66下列网络结构中．分散控制系统较少应用的是——。 A星型：B树型；C总线型D环型。 1运行中，原先显示正常的三点给水流量信号同时持续出现大于主蒸汽流置过多的情况， 在判断主蒸汽流量测量信号正常的情况下，请分析最可能的原因是———。 A平衡阀、负压管或负压侧阀门出现泄漏；B给水流量孔板或喷嘴出现故障； c测量变送器或测量通道（仪表）偏差增大；D线路干扰。 2锅炉运行过程中出现故障·引起炉膛压力波动，在炉膛压力开关动作跳炉瞬间，CRT上 炉膛压刀显示值为1500Pa，由此可以判断炉膛压力开关设定值，正常情况下——。 A大于1500Pa B小于1500Pa C等于1500Pa；D选项A、B、C都有可能。 3从减少压力测量的响应迟缓考虑，压力测量仪表管路的长度一般不宜超过过-------m。 A 30； B 40； C 50； D 80。 4火力发电厂汽、水流量的测量，采用最多的是——一流量计。 A转子：B涡轮；c电磁；D差压式。
电厂热工基础知识 １、什么叫测量 测量就是通过实验的方法，把被测量与其所采用的单位标准量进行比较，求出其数值的过程。 ２、什么叫测量仪表 被测量与其单位用实验方法进行比较，需要一定的设备，它输入被测量，输出被测量与单位的比值，这种设备就叫测量仪表。 ３、什么是测量结果的真实值 测量结果的真实值是指在某一时刻，某一位置或某一状态下，被测物理量的真正大小，一般把标准仪器所测量的结果视为真实值。 ４、什么叫测量误差 测量误差：测量结果与测量真实值之存在的差值，通常称为测量误差。测量误差有大小，正负和单位。 ５、什么叫示值绝对误差 仪表的指示值与被测量的真实值之间的代数差，称为示值绝对误差。 ６、什么叫示值的相对误差 示值的绝对误差与被测量的实际值之比称为示值的相对误差。 ７、什么叫示值的引用误差 示值的绝对误差与该仪表的量程上限或量程范围之比，称为示值的引用误差，以百分数表示。 ８、什么叫仪表的基本误差
在规定的技术条件下，将仪表的示值和标准表的示值相比较，在被测量平稳增加和减少的过程中，在仪表全量程取得的诸示值的引用误差中的最大者，称为仪表的基本误差。 ９、什么叫系统误差 在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号保持恒定，或按照一定规律变化，这种误差称为系统误差。一般可以通过实验或分析的方法查明其变化的规律及产生的原因，并能在确定数值大小和方向后，对测量结果进行修正。 １０、什么叫偶然误差 在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小、符号均无规律，也不能事前估计，这类误差叫偶然误差。 １１、什么叫粗大误差 明显地歪曲了测量结果的误差称为粗大误差，简称粗差。 １２、什么叫仪表的灵敏度 灵敏度是仪表对被测量的反应能力，通常定义为输入变化引起输出变化*L对输入变化*X之比值。它是衡量仪表质量的重要指标之一，仪表的灵敏度高，则示值的位数可以增加，但应注意灵敏度与其允许误差要相适应，过多的位数是不能提高测量精度的。 １３、什么是仪表的分辨力 仪表的分辨力也叫鉴别力，表明仪表响应输入量微小变化的能力。分辨力不足将引起分辨误差，即在被测量变化某一定值时，示值仍不变，这个误差叫不灵敏区或死区。 １４、火力发电厂的热工测量参数有哪些 一般有温度、压力、流量、料位和成分，另外还有转速，机
Q、自动调节系统按给定值如何函数分类？按结构又如何分类？ 答：按给定值：1恒值调节系统生产过程中，（自动调节系统的给定值恒定不变，也就是使被调量保持为一固定数值）、2程序调节系统（系统的给定值是时间的已知函数，给定值随时间变化是预先设定的，调节系统用来保证被调量按预先设定的随时间变化的数值来改变）、3随机调节系统（系统的给定值是不可预知的，其数值决定于一些外来因素的变化，所以调节结果使被调量也跟随这个给定值随时改变） 按结构及其特点：反馈调节系统（特点在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；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） 前馈调节系统（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；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） 复合调节系统（吸取前馈和反馈系统各自长处，调节时间缩短，调节质量得到改善） 按调节系统闭环回路的数目分类：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 按系统的特性分类：线性调节系统，非线性调节系统 Q、什么是静态特性、动态特性、传递函数？ 答：静态特性：在平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。 动态特性：在不平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。 传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统（或环节）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。 传递函数性质：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，且不能具体表达系统的物理结构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，从何能方便判断动态过程的基本特性 建立微分方程的步骤：1，根据输入信号，输出信号分析各变量间的关系；2依次写出每一元件的动态特性方程3在可能条件下，对各元件的动态特性方程进行适当简化，略去一些次要因素或进行线性化处理4校区中间变量5化为微分方程的一般形式输出有关的在等号左侧，输入有关的放在等号右侧，降幂形式排列 Q、什么是有自平衡能力对象？无自平衡能力对象？内扰？外扰？ 答：（1）有自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。 （2）无自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不经过外加调节作用，对象的输出量不能自己稳定在一个新的平衡状态。 （3）内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动 （4）外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动 输入信号与输出信号之间的联系称为通道。 调节作用至被调量之间的信号联系为调节通道。 干扰作用至被调量之间的信号联系称为干扰通道。
火电厂热工自动化控制的应用实践及发展方向之研究 发表时间：2019-06-04T11:35:27.013Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：崔保恒张宇恒 [导读] 摘要：随着国家电力体制的改革和能源政策的转轨，我国的电力结构不断地在调整和优化，而火力发电组仍然是现代电力生产中的主要形式，这也使得火电厂热工自动化在操作现场的地位日益重要。 （霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司内蒙古霍林郭勒市 029200） 摘要：随着国家电力体制的改革和能源政策的转轨，我国的电力结构不断地在调整和优化，而火力发电组仍然是现代电力生产中的主要形式，这也使得火电厂热工自动化在操作现场的地位日益重要。 关键词：自动化；火电厂；应用；实践 在我国现阶段电力行业发展的过程中，火力发电已经成为电力发电系统重要的组成部分，而且随着科学技术的不断发展，人们也将许多先进的科学技术应用到了其中，而且对电力系统中各个运行环节进行有效的控制，从而有效的提高发电设备的工作效率。其中热工自动化技术的应用，不仅满足了电力设备允许的相关要求，还保障了电力设备的安全性和稳定性。 一、我国火力发电厂热工自动化的发展现状 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DistributedControlSystem（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、DCS的主要发展方向 2.1采用自律分布式的系统结构 自律分布控制系统是现代火电厂热工发展中的一项重要控制系统。该系统可以同时满足自律可控性和自律可协调性的系统。所谓“自律可控性”是指如果在该系统中的任何一个部件系统出现问题，那么其余的系统就能在自我保护的基础上对自身的系统进行控制，而“自律可协调性”是指任何系统出现问题时，企业的系统可以协调控制自身的工作状态，并在工作中互相协调。 自律DCS与现有DCS有以下差别：现有的DCS主要有两种类型，即层次分布型系统与水平分布型系统。当前者的上位子系统出现问题时，下位子系统无法实施调节，但下位子系统可以在一定范围内进行局部控制，具有自律控制性，但缺乏协调性；后者的部分子系统停止工作时，其余的系统可以继续工作，子系统的问题并不影响其余系统的工作状态，但在这种情况下，系统彼此之间无法交换信息，无法实现彼此控制，所以，它具备协调性，缺乏控制性；而在传统的集中式系统中，由于只有一个控制器，因此它既无自律可控性，也无自律可协调性。 2.2EIC综合技术 在以前的发电控制过程中，电气控制装置E（Eleetric）、仪表控制装置I（Instrument）和计算机控制装置c（Computer）都是彼此独立的装置，采取分别安装的方式。在现代科技的支持下，国家开展了EIC综合技术运用，将这三种装置结合起来，并由DCS进行统一规划和完成，这是DCS的未来发展方向。为了让这个目标成为现实，对该综合系统起到控制力的分布系统应具有相应的控制能力，即需要配套的硬件、软件支持，同时还需要适合综合系统组成的编码。 2.3过程控制仪表。 随着DCS的广泛使用，常规的控制仪器的使用范围大大缩小，特别是中央控制室的BTG盘上所装设的指示仪表和记录仪表的使用更是急速下降。目前在300MW以上大型机组上设置的仪器表已经缩小到29块，并且不再安装记录表。随着大屏幕IGS的应用，现代中央控制室将不再使用仪表盘。国外在这项技术的使用上已经有了一定经验，今后过程控制仪表的主要发展趋势是在FB支持下使用各种智能变送器和智能执行器，这些装置不但可以实现各种复杂的互补，还可以往设备运行中以及停止运行时检查到出现在系统中的问题，为仪器运行提供了一个安全稳定的运行环境。现代社会的发展越来越注重环境的保护，各种先进的监控发电厂污染物排放量的仪器日益增加，但这些设备的结构复杂，造价高昂，在实际使用和维护中都非常困难，同时，由于是新型技术，现阶段还缺乏相应的技术人才，我国没有则很重仪器的详细介绍，国外的资料也十分有限，这些都影响了该设备的使用，不但浪费了国家的资金和人力，还会第环境造成威胁。可是国外却很重视这种仪器的使用和维护，它已经成为发电系统内不可缺少的部件。 2.4现场总线。 采用现场总线FB也是DCS未来的发展方向。FB是由DCS所控制一条通信线路，它能排除干扰和免受不良影响。采用FB可将现场的所以智能设备，如智能变送器和智能执行机构全部统一连接到FB上。不仅减少了控制电缆的数量，还能减少因长线传输导致的信号不良和信号差异等问题。使用FB后，整个系统结构实现有有机的系统分散管理和运行，加强现场设备智能化运行，对发电控制设备的运行和维护都起到了积极作用。 三、火电厂的热工自动化控制技术实践策略 近年来，在我国电力行业发展的过程中，火电厂热工自动化控制技术受到了人们的广泛关注，这不仅有利于我国电力行业的稳定发展，还使得区域电网互联技术取得了较大的进步。但是，热工自动化控制技术在实际应用的过程中，容易受到各方面因素的影响，从而导致火电厂在工作的过程中，出现重大的安全隐患，这就给人们的生命财产安全带来了巨大的损失，因此我们就要在实践过程中，采用切实可行的策略来对其进行处理。不过，随着我国火电厂的迅速发展，人们也将许多网络信息技术应用到其中，这就使得火电厂热工自动化控制技术越来越复杂，为此电力系统在运行的过程中，技术人员就要通过对当前我国火电厂自动化技术和信息技术的综合分析，来提高电力系统运行的安全性和稳定性。 火电厂热工自动化控制技术在实际应用前，人们必须要对火电厂热工自动化技术的内涵、特征以及控制理论等方面来对其进行理解，并且在电子信息技术的支撑下，对火电厂中发电设备各方面的运行成熟进行检测和监控，使得热工自动化技术在实际应用的过程中，可以对电力设备的运行情况进行全面的控制，以确保电力生产工作安全稳定的进行。而且我们在对其电力生产设备进行优化管理的过程中，我们还可以采用相应的科学技术，来降低电力设备在运行过程中电能的消耗量，提高其工作效率。目前，我们在对火电厂中所采用的热工自动化控制技术，主要是针对其锅炉设备和相关的辅助设备来对其进行控制处理，根据发电机组的运行情况，来进行适当的调控。其中热工
电厂热工自动化技术专业简介 专业代码530206 专业名称电厂热工自动化技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握热工检测技术和自动控制理论，以及其他工业过程控制基本知识，具备热工仪表和自动控制装置的选型、安装、调校与维护，以及小型控制系统设计、安装与调试能力，从事发电厂过程检测和自动装置安装、调试与检修，热工自动控制系统投运、维护、安装和调试等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向发电企业和电力建设及检修、控制仪表或系统企业，在热工仪表及自动装置运行维护、自动控制系统维护开发岗位群，从事热工测控设备及系统的安装、调试、维护、检修和技术管理等工作。 主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具有热工仪表和控制装置的选型、安装、调试、校验和检定能力； 3.具备热工自动控制系统的安装、组态、调试与运行维护能力； 4.具备PLC 的控制技术应用和运行维护能力； 5.具备小型控制系统设计、安装与调试能力； 6.具备中等复杂程度的DCS 系统组态调试能力； 7.具备基础的热力设备运行能力； 8.具备电气、电子、控制系统线路原理图识读，电气、电子线路、控制设备一般故障的检测和处理能力。
核心课程与实习实训 1.核心课程 热工检测及仪表、热工自动装置维护与检修、热工自动控制系统、分散控制系统（DCS）组态与维护、PLC 应用技术、热工保护与程序控制设计与调试、热力设备及运行等。 2.实习实训 在校内进行金工、电工技术、热工仪表维护与检修、控制系统、自动控制装置维护与检修、DCS 控制系统、火电机组仿真运行等实训。 在发电厂，电力检修、安装等企业进行实习。 职业资格证书举例 热工仪表检修工热工自动装置检修工热工程控保护工热工仪表及控制装置安装工热工仪表及控制装置试验工 衔接中职专业举例 火电厂热工仪表安装与检修工业自动化仪表及应用 接续本科专业举例 能源与动力工程自动化测控技术与仪器