热工控制系统第二章(4)

第二章锅炉侧控制第一节直流锅炉简介超临界机组指的是锅炉内工质的压力超过了临界点。

水的临界点是22.115MPa/374.15℃。

在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，理论上认为，水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成。

由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持汽包锅炉的自然循环，直流锅炉成为唯一型式。

随着机组向大容量高参数方向发展，直流锅炉由于热效率高在火电厂中得到了愈来愈广泛的应用。

直流锅炉属于强制循环锅炉，其工质在给水泵压头作用下，顺序地通过加热段、蒸发段和过热段，一次性的将给水全部转变为过热蒸汽，它的循环倍率等于１。

直流锅炉在工作原理、运行和控制等方面都有其自身的特点：（1）强制循环直流锅炉的汽水流程如图2-1所示，工质从水变成过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压头来驱动。

因此，较汽包锅炉而言，受热面可以任意布置，适应各种压力的锅炉。

（2）各受热段之间没有固定的界限直流锅炉没有汽包，因此加热段、蒸发段及过热面段没有严格的界限。

当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热段的分界就发生移动。

例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向汽水流程的前面移动（加热段、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。

由于受热面界限的变化，锅炉的过热蒸汽温度会发生很大的变化，如图2-2所示。

当给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热段缩短，过热受热段增加，所增加的燃烧热量全部用于使过热蒸汽加温，因此汽温将上升。

对于一般直流锅炉，燃烧率和给水流量的比例变化1将使过热蒸汽温度变化约8～10℃。

在实际运行中，负荷变化等原因引起燃料与给水流量的比例失调往往超过1％，从而使过热汽温发生很大的变化，所以只采用改变喷水流量作给水泵省煤器水冷壁过热器为调温手段将很难把出口汽温校正过来。

因此，对于直流锅炉来说，调节汽温的手段应是使燃烧率和给水流量保持适当比例（粗调）, 再采用喷水减温作为过热汽温的细调手段，以使过热汽温精确地等于给定值。

电厂热工自动控制系统电厂热工自动控制系统单元机组的自动调节系统¾ ¾ ¾ ¾ ¾机组功率－转速调节系统汽温控制系统（过热、再热）水位控制系统（凝汽器、除氧器、汽包）燃烧控制系统（燃料、风量、炉膛压力及一、二次风配比控制）其它单回路控制系统第一部分汽温控制系统一、过热汽温控制系统1. 任务温度过高，可能造成过热器、蒸气管道和汽轮机的高压部分金属损坏；温度过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级叶片蒸汽湿度增加，降低汽轮机内效率，加剧对叶片的腐蚀控制要求：最大控制偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃规定要求：2. 静态特性过热器的传热形式、结构、布置将直接影响其静态特性。

大容量锅炉一般采用对流过热器、辐射过热器和屏式过热器交替串连布置。

过热器出口温度对流式3. 动态特性蒸汽流量变化、热烟气的热量变化、减温水流量变化相同点：均为有迟延的惯性环节辐射式不同点：特性参数有较大区别蒸汽流量变化扰动下，汽温的迟延和惯性较小烟气扰动与蒸汽流量扰动相似，汽温反映较快减温水流量扰动由于管道较长，汽温反应较慢4. 控制方案串级控制导前微分控制过热器减温器出口温度TE4001TE4025末级过热器出口温度TE4024LDC指令过热器减温水阀控制逻辑静态特性：纯对流特性动态特性：更容易受负荷、燃烧工况等干扰的影响，温度变化幅度较大调节手段：烟气再循环、尾部烟道挡板、喷燃器摆角、喷水减温烟气再循环：尾部烟道烟气抽至炉膛底部，降低炉膛温度，减少炉膛的辐射传热，从而提高炉膛出口烟气的温度和流速。

使再热器的对流传热加强，达到调温的目的。

优点：反应灵敏，调温幅度大。

缺点：系统结构复杂尾部烟道挡板：尾部烟道被分割为两部分，主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器，烟气挡板布置在温度较低的省煤器下面。

优点：结构简单，操作方便缺点:调温灵敏度差，幅度小，挡板开度与汽温不成线性关系。

热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。

通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。

（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。

课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。

课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。

（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。

2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。

3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。

陈绍炳于向军编著《热工自动控制原理》习题参考答案长沙理工大学能源与动力工程学院 自动化教研室 石阳春E-mail: shiyc_110@第2章 线性自动控制系统的数学描述2－1 系统框图如图2－44所示，求输入为给定函数时的输出响应。

图2－44 系统框图解：(a) 212111)()(+=⋅+=S SS S U S Y ， 21)(SS U = 225.025.05.0)2(1)(22++−=+=S S S S S S Y ， ∴ te t t y 225.025.05.0)(−+−= (b)221212)()(+=⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=22)(+=S S Y ， ∴ te t y 22)(−=(c) )41)(21(1414212)()(++=+⋅+=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=41162188)41)(21(1)(+−++=++=S S S S S S S Y ,∴421688)(tt e e t y −−−+=(d) 15225121512)()(+=⋅+++=S SS S U S Y ， S S U 1)(=(a) 输入u(t) = t(b) 输入u(t) = 1(t)(c) 输入u(t) = 1(t)(d) 输入u(t) = 1(t)(e) 输入u(t) = 1(t)(f) 输入u(t) = 1(t)15252)1(52)(+−=+=S S S S S Y ， ∴t e t y −−=5252)( (e) 01.0)1.0(01.01)110(1)101(11)101(1)()(2222++=++=+++=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=01.0)1.0(1.05.001.0)1.0()1.0(5.05.0]01.0)1.0[(01.0)(222++×−+++−=++=S S S S S S S Y ∴ 10sin 5.010cos 5.05.0)(1010te t et y t t −−−−=或 )2(5.0)02.02.0(02.05.0]01.0)1.0[(01.0)(2002222ωζωω++×=++×=++=S S S S S S S S S Y ∴ )4510sin(21(5.0)(10°+−=−tet y t(f))1(3)13(2131212)()(++=+⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=13432)1(3)13(2)(++=++=S S S S S S Y ， ∴t e t y −+=3432)(2－2 由电阻R 和电容C 组成如图2－45所示的电路：图2－45 系统电路图⑴建立传递函数)()()(12S U S U S G =的表达式，说明为何种环节；⑵当输入u 1为单位阶跃函数时，画出输出u 2(t)响应曲线，并标出特征参数。

热工自动控制练习题（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、衰减振荡过程中，到达第一个峰值，所用时间叫(____)。

A、调节时间B、超调量C、上升时间D、峰值时间正确答案：D2、(____)是描述系统控制过渡过程进行快慢的指标。

A、调整时间B、上升时间C、峰值时间D、衰减时间正确答案：A3、串级三冲量给水控制系统维持汽包水位无静态偏差是靠（）来实现的A、副回路B、副控制器C、内回路D、主控制器正确答案：D4、三冲量给水自动控制系统中，给水量的扰动属于系统的（）。

A、内扰B、控制量C、外扰D、不确定正确答案：A5、被调量变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称为对象的（）。

A、输出迟延B、信号迟延C、传输迟延D、不确定正确答案：C6、双闭环比值控制系统两个控制器均应选（）控制规律。

A、PB、PIC、PIDD、PD正确答案：B7、输入量变化，引起环节(____)发生变化。

A、扰动B、输出量C、测量值D、被调量正确答案：B8、采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统中，主蒸汽流量作为（）信号。

A、前馈B、反馈C、极限值D、给定值正确答案：A9、系统频率特性和传递函数的关系为(____)。

A、频率特性与传递函数没有关系B、频率特性可以用图形表示，传递函数不能用图形表示C、传递函数的复变量s用jω代替后，就是相应的频率特性D、二者完全是一样的正确答案：C10、单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现（）物料流量间的定比值控制A、多种B、三种C、两种D、以上都不对正确答案：C11、二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是(____)。

A、调整时间B、峰值时间C、上升时间D、最大超调量正确答案：D12、电容两端电压为输入信号，电流为输出信号，则此环节为(____)环节。

A、比例B、惯性C、微分D、积分正确答案：C13、在无自平衡的单容对象中，其特征参数是由（）决定的。

A、不确定B、自平衡率C、阻力系数D、容量系数正确答案：D14、在动态过程中，利用前馈控制有效地减少被调量的（）。

（2022最新）热工测量与自动控制重点总结热工测量与自动控制重点总结第一章测量与测量仪表的基本知识1测量：是人们对客观事物取得数量观念的一种认识过程。

人们通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值。

2测量方法：是实现被测量与标准量比较的方法，分为直接测量、间接测量和组合测量。

3按被测量在测量过程中的状态不同，有分为静态和动态测量。

4测量系统的测量设备：由传感器、交换器或变送器、传送通道和显示装置组成。

5测量误差的分类：1）系统误差2）随机误差3）粗大误差6按测量误差产生来源：1）仪表误差或设备误差2）人为误差3）环境误差4）方法误差或理论误差5）装置误差6）校验误差.7测量精度：准确度、精密度、精确度。

8仪表的基本性能：一般有测量范围、精度、灵敏度及变差。

9精度：是所得测量值接近真实值的准确程度，以便估计到测量误差的大小。

10仪表的灵敏限是指能够引起测量仪表动作的被测量的最小变化量，故友称为分辨率或仪表死区。

第二章1产生误差的原因：1）测量方法不正确2）测量仪表引起误差3）环境条件引起误差4）测量的人员水平和观察能力引起的误差。

2函数误差的分配：1）按等作用原则分配误差2）按可能性调整误差3）验算调整后的总误差。

第三章温度测量1温标：是温度数值化的标尺。

他规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。

2热电偶产生的热电势由接触电势和温差电势组成。

3热电偶产生热电势的条件是：1）两热电极材料相异2）两接点温度相异.4热电偶的基本定律：1）均质导体定律2）中间导体定律3）中间温度定律。

4补偿电桥法：是采用不平衡电桥产生的电势来补偿电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值。

5电阻温度计的传感器是热电阻，热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

6热电阻温度计测温度的特点：1）热电阻测温度精度高，测温范围宽，在工业温度测量中，的到了广泛的应用。

2）电阻温度系数大，电阻率大，化学、物理性能稳定，复现性好，电阻与温度的关系接近线性以及廉价。

课程设计说明书题 目： 300MW 单元机组过热汽温控制系统设计 学生姓名： 任强 学 院： 能动学院 班 级： 能环10-3 指导教师： 施永红2014年 1 月 7 日学校代码： 10128 学 号： 201030307019内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：热工控制系统专业课程设计 学院： 能动学院 班级： 能环10-3 学生姓名： 任强 _ 学号： 201030307019 _ 指导教师：施永红、王胜捷一、题目300MW 单元机组过热汽温控制系统设计二、目的与意义本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计，是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。

通过本课程设计，使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程，使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。

三、要求 已知条件：（1）串级过热汽温控制系统方框图如图1-1所示，系统中各环节的传递函数为：图1-1221()T W s d =；11111()(1)T i W s T sd =+；0010259()()()(/)(118.4)W s W s W s C V s °==+； 0228()(/)(123)W s C V s °=+； 120.1(/)V C q q g g °==；1z K K m ==（2）300MW 单元机组过热蒸汽流程：汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进10θ2θ 1θ)(1s W T )(2s W T z KμK)(02s W )(01s W2θγ1θγK µ行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温过热器后送入汽轮机。

屏式过热器和高温对流过热器均为左、右两侧对称布置。

在前屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器的入口分别装设了Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级喷水减温器，其中Ⅲ级喷水减温器是左、右两侧对称布置。

主要内容：1、根据图1-1及已知的传递函数完成串级汽温控制系统主、副调节器的参数整定。

1、控制对象，被控制量，给定值如何定义，举例说明1．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，如h 。

2．给定值：按生产要求被调量必须维持的希望值。

在许多情况下是不变的(如汽包水位，汽机转速等)，有些情况下变化的。

3．控制对象：被调节的生产过程或设备称为控制对象，如汽包。

4．调节器：接受偏差信号，输出一定规律的控制指令给执行器。

5．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。

称为控制量，如给水量W 。

6．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。

其中，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有时也称控制作用扰动。

7．控制过程（调节过程）：原来处于平衡状态的控制对象，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。

8．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。

9.测量变送器：测量被调量转化成某种便于传递的信号。

10.执行器：根据调节器的指令推动调节机构，改变调节量。

11.调节机构：接受控制作用去改变调节量变化的具体设备。

12.反馈控制系统（闭环控制系统）工作原理是根据被调量与其给定值之间的偏差进行调节，最后达到减小或消除偏差，简单说就是“按偏差调节”。

13. 前馈控制系统工作原理是根据扰动信号进行调节，即利用扰动信号产生的调节作用去补偿(抵消)扰动对被调量的影响。

14. 前馈─反馈控制系统：在反馈控制系统的基础上加入前馈控制就称为前馈─反馈复合控制系统。

将经常发生的主要扰动（负荷）作为前馈信号，由于前馈信号快于被调量的偏差信号，故可以进行“立即”调节，及时克服主要扰动对被调量的影响。

热工控制系统B思考题与习题第一章控制系统概述1. 什么叫自动控制系统？2．自动控制系统主要由哪几部分组成？每一部分的作用是什么？3．控制对象、被控制量、控制量和给定值是如何定义的？请举例说明。

4．自动控制系统的主要分类方法有哪几种？说明各种分类方法的特点，指出各种分类方法所包括的系统是什么？各系统的特点是什么？5．什么叫前馈控制系统？什么叫反馈控制系统？6．什么叫反馈？什么叫负反馈？7、什么叫定值控制系统？对定值控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的定值控制系统。

8．什么叫随动控制系统？对随动控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的随动控制系统。

9．、对一个实际控制系统如何实现负反馈？10．说明汽包锅炉有哪些被控制量？相应的控制量、控制机构有哪些？锅炉运行过程中被控制量可能会受到哪些扰动？11．控制过程的基本形式有哪几种？它们各有什么特点？如何根据控制过程曲线来检验控制系统是否满足基本要求？哪种控制过程的基本形式符合热工控制过程的要求，给出稳定性指标的范围。

12．通常从哪三个方面衡量自动调节系统的工作品质，表示调节系统的工作品质的指标有哪几个？如何兼顾这些指标？13．举出反馈控制系统的实例，指出被控制量、控制量、控制机构、给定值、扰动，画出控制系统的示意图。

14．水位自动控制系统的两种方案如下图所示，在运行中，希望水位高度H维持不变：（1）说明各系统的工作原理。

（2）画出各系统的方框图，并说明控制对象、被控制量、给定值、扰动各是什么？（3）试说明两系统各属于何种结构的控制方式。

（4）当水箱出口水流量q2变化时，各系统能否使水位高度保持不变？试从原理上定性说明。

第二章控制对象的动态特性1．为什么要研究对象动态特性？2．热工控制对象一般有哪几种类型？每种类型的特点是什么？写出相对应的传递函数。

3．热工控制对象的特征参数有哪些？是如何定义的，物理意义是什么？4．写出表示有自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。

重庆电力高等专科学校控制系统逻辑图分析报告专业：工业热工控制技术班级：热控0812班学号：31号姓名：王海光指导教师：向贤兵、曾蓉重庆电力高等专科学校动力工程系二〇一一年五月重庆电力高等专科学校《课程设计》任务书课程名称：控制系统逻辑图分析教研室：控制工程指导教师：曾蓉向贤兵说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送实践部一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

目录0.前言 (1)1.火电厂协调控制系统分析 (1)1.1协调控制系统的任务 (1)1.2对象的动态特性 (1)1.3控制原理逻辑图分析 (3)2.火电厂汽包炉给水控制系统分析 (7)2.1给水控制系统的任务 (7)2.2对象的动态特性 (7)2.3控制系统原理逻辑图分析 (10)3.火电厂汽温控制系统分析 (11)3.1 气温系统的任务 (11)3.2 对象的动态特性 (11)3.3 控制原理逻辑图分析 (13)4. FSSS控制逻辑图分析 (14)参考文献 (17)0.前言广安发电厂机组简介：广安发电厂设计规划总容量为240万千瓦，一期工程两台30千瓦燃煤机组分别于1999年10月28日和2000年2月7日建成投产。

两台机组均采用美国贝利公司北京分公司研发的计算机集散OV A TION控制系统，自动化程度居国内同类型机组领先水平。

公司坚持以效益为中心，以市场为导向，两个文明同步发展，取得显著成效。

先后荣获"四川省文明单位"、"四川省园林式单位"、"四川省社会治安综合治理模范单位"等光荣称号。

其环抱设施工程质量经国家环保总局、中国环境检测总站等检查验收，均为优良，各项环保指标均符合国家规定标准。

1.火电厂协调控制系统分析1.1协调控制系统的任务1.1.1接受电网中心调度所的负荷自动调度指令ADS、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号△f，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。

控制作用μ干扰作用λ被调量G 0μ(s )G 0λ(s )图1-9 对象的输入、输出量第二节 热工控制对象的动态特性一、概述自动控制系统是由控制对象和自动控制设备组成的，控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。

控制对象的输出就是控制系统的被调量，控制对象的输入信号是引起被调量变化的各种因素（包括扰动作用和控制作用），如图1-9所示。

要分析研究控制系统的工作质量，设计或改造自动控制系统，首先必须分析控制对象的动态特性，并根据它来正确地选择和使用自动控制设备，确定调节器的最佳整定参数，使控制设备与控制对象相互协调配合，构成一个合理的控制系统，才能获得预期的控制效果，对于机组运行人员来说，熟悉控制对象的动态特性，也是正确使用好控制系统的必要前提：所以，研究热工控制对象的动态特性，是研究控制系统、实现生产过程自动化的基础工作。

控制对象的动态特性就是控制对象在动态变化过程中各种输入信号与输出信号之间的关系。

对象的输入量至输出量的信号联系称之为通道；控制作用到输出量（被调量）的信号联系称为控制通道；干扰作用至输出量的信号联系称为干扰通道。

一般热工对象对于不同的输入信号所引起的被调量的变化特性是不同的，或者说同一对象的不同信号通道的传递函数（或微分方程）不同。

要全面了解对象的动态特性，就要了解各通道的动态特性，这往往是比较困难的。

由于控制通道在控制系统中的闭环以内，而控制作用又是经常、自动、反复地进行，所以它的动态特性较强地影响控制系统的稳定性。

影响控制对象输出的扰动分为外部扰动和内部扰动。

凡是来自控制系统之外，引起被调量发生变化的各种原因，都称为外扰，而控制系统内部的扰动称为内扰。

例如给水控制系统，给水流量和蒸汽流量的变化都会引起水位变化，但蒸汽流量的变化是用户需求变化引起的，调节系统本身无法控制，是系统的外扰，而给水母管压力变化引起的给水流量的变化是调节系统可以控制的，是系统的内扰。

外扰通道在控制系统的闭环以外，在一般情况下，外扰是随机的、短暂的、一次发生的，所以它的动态特性只影响调节过程中的被调量的幅值。