《热工控制系统》

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。

热工自动控制系统的主要内容
1. 热工自动控制系统能精准控制温度啊！就像妈妈能精准掌握你最爱吃的菜的火候一样，比如在炼钢的时候，它能确保温度恰到好处，钢材质量杠杠的！
2. 它还可以稳定压力呢！这就像人要保持情绪稳定一样重要，在化工厂里，它让压力始终处在安全范围内，避免出大问题呀！
3. 流量控制也是热工自动控制系统的拿手好戏哟！就如同水龙头调节水流一样，在管道运输中，它能精确控制物料的流量。

比如说石油输送，那可全靠它来把关呢！
4. 它对液位的控制那也是超厉害的呀！好比给杯子倒水要控制好水位，在蓄水池中，热工自动控制系统能确保液位高度正合适。

你能想象没有它会怎样吗？
5. 热工自动控制系统还能实现自动化调节呢！就像你设定好闹钟，它就会自动响一样方便，工厂里不用人工时刻盯着就能自动运作啦，多厉害呀！
6. 它的监控功能也不容忽视啊！这就如同有一双眼睛时刻盯着，一有异常就能马上发现，比如在电站里，它时刻保障着各项参数正常呢！
7. 故障诊断也是热工自动控制系统的强项咧！就好像医生能快速找出病因，它能迅速发现系统的毛病，及时进行处理。

这可太重要了吧！
8. 而且它的适应性很强哦！不管环境多复杂，它都能应对自如，就像一个全能战士，在各种场合都能发挥作用，比如在高温高湿的环境下也能正常工作呢！
9. 热工自动控制系统真的好牛啊！在工业生产中简直就是不可或缺的存在，有了它，我们的生产才能又稳又高效！
我的观点结论：热工自动控制系统具有极其重要的作用，在各个领域都能大显身手，我们真的应该重视并好好利用它！。

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。

ICS 27．100P61 备案号；J224－2019中华人民共和国电力行业标准DL/T5175 －2019火力发电厂热工控制系统设计技术规定Technical rule for designing thermodynamic controlsystem of fossil fuel power plant 2019－01-09 发布2019－06－01 实施中华人民共和国国家经济贸易委员会发布目次、八―丄前言 --------------------------------------------------------- 11 范围 -------------------------------------------------------------- 22 规范性引用文件 -------------------------------------------------- 33 总则； ----------------------------------------------------------- 44 一般规定--------------------------------------------------------- 55 模拟量控制------------------------------------------------------- 85．1 模拟量控制功能 (8)5．2模拟量控制项目 (10)6 开关量控制------------------------------------------------------- 146．2 顺序控制 (14)6．3 连锁 (15)6．4 远方控制 (17)7 设备选择 ----------------------------------------------------------- 197．1 一般规定 (19)7．2 常规设备选择 (19)附录A ---------------------------------------------------------------- 21 （规范性附录） (21)本标准用词说明 (21)1 范围 -------------------------------------------------------------- 243 总则- ---------------------------------------------------------------- 25 4．一般规定--------------------------------------------------------- 265 模拟量控制------------------------------------------------------- 285．1 模拟量控制功能 (28)5．2 模拟量控制项目 (30)5．3 模拟量远方操作 (31)6 开关量控制------------------------------------------------------- 326．1 开关量控制功能 (32)6．2 顺序控制 (32)6．3 连锁 (33)6．4 远方控制 (33)7 设备选择 ---------------------------------------------------------- 357．1 一般规定 (35)7．2 常规设备选择 (35)本规定是DL 5000-2000 《火力发电厂设计技术规程》热工自动化部分的补充和具体化，在热工控制系统设计时应执行《火力发电厂设计技术规程》以及现行的有关国家标准和行业标准，并满足本规定的要求。

《热工控制系统》课程教学大纲课程编号: 0805507306课程名称：热工控制系统英文名称：Thermal Control System课程类型: 专业必修课总学时：72 讲课学时：72 实验学时：0学分：4.5适用对象: 热能动力工程专业（本科，热自方向）（08/09/10级）先修课程：工程数学、电子技术、自动控制原理、计算机技术、热工基础、热工测量与仪表、生产过程设备系统及运行一、课程性质、目的和任务《热工控制系统》是热能动力工程专业火电厂热工自动化方向学生的专业必修课，也是其主干专业课。

通过本课程的学习使学生理解并掌握热工对象的动态特性；掌握调节器的调节规律；掌握控制系统的基本概念、组成原理、分析设计方法、投运和调试方法，了解引进机组控制系统的新技术，为学生将来尽快适应实际工作奠定扎实的基础。

二、教学基本要求本课程主要以单回路控制系统、串级控制系统、导前微分控制系统和前馈-反馈复合控制系统为研究对象，以单回路控制系统为重点。

学完本课程应达到以下基本要求：1．理解热工对象动态特性并掌握其求取的基本方法。

2．理解掌握比例调节规律；理解掌握积分调节规律；理解掌握微分调节规律。

3．熟练掌握单回路控制系统分析；熟练掌握单回路控制系统的参数整定；了解单回路控制系统应用实例。

4．理解串级控制系统特点；掌握串级控制系统实例。

5．理解导前微分控制系统特点；掌握导前微分控制系统整定；了解导前微分控制系统实例。

6．理解前馈控制系统特点；掌握复合控制系统特性分析方法、复合控制系统实例分析方法和三冲量给水系统。

7．了解汽包锅炉燃烧对象动态特性；掌握燃烧控制系统基本方案；理解中储式锅炉燃烧控制系统和直吹式锅炉燃烧控制系统。

8．了解直流锅炉特点；了解直流锅炉动态特性；理解直流锅炉控制系统的基本方案。

9．掌握协调控制系统基本概念；理解协调控制系统基本方案。

三、教学内容及要求1．概论1）了解热控的发展2）了解热控的内容和分类3）掌握热控系统的品质指标2．热工对象1）了解影响对象动态特性的结构性质；2) 理解有自平衡能力对象的动态特性3) 理解无有自平衡能力对象的动态特性4) 掌握由阶跃响应求对象传递函数的基本方法；3．调节器1) 理解比例调节规律的特点，掌握比例调节规律对过渡过程的影响2) 理解积分调节规律的特点，掌握积分调节规律对过渡过程的影响3) 理解微分调节规律的特点，掌握微分调节规律对过渡过程的影响4．单回路控制系统1）熟练掌握单回路控制系统分析2）熟练掌握单回路控制系统的参数整定3）了解单回路控制系统实例5．串级控制系统1) 了解串级控制系统组成2) 理解串级控制系统特点3) 了解串级控制系统选择4) 掌握串级控制系统实例6．导前微分控制系统1) 了解导前微分控制系统组成2) 理解导前微分控制系统特点3) 掌握导前微分控制系统整定4) 了解导前微分控制系统实例7．复合控制系统1) 了解前馈控制系统组成2) 理解前馈控制系统特点3) 掌握复合控制系统特性分析4) 掌握复合控制系统实例分析5) 掌握三冲量给水系统8．比值及锅炉燃烧控制系统1）了解比值控制系统；2）了解锅炉燃烧控制系统的任务3）了解汽包锅炉燃烧对象动态特性4）掌握燃烧控制系统基本方案5）理解中储式锅炉燃烧控制系统6）理解直吹式锅炉燃烧控制系统9．直流锅炉控制系统1）了解直流锅炉的特点2）了解直流锅炉的动态特性3）理解直流锅炉控制系统的基本方案10．协调控制系统1) 掌握协调控制系统基本概念2) 理解协调控制系统基本方案四、所含实践环节参见《热工控制系统课程设计大纲》五、课外习题及课程讨论围绕下列主要问题给学生布置作业：一、基本概念和控制系统品质指标的物理意义二、由阶跃响应求对象传递函数的基本方法并熟悉其推导思路三、理调节器调节规律和调节参数对过渡过程的影响四、单回路控制系统的参数整定的方法五、串级控制系统特点、整定方法及现场整定等问题六、串级控制系统特点、整定方法及现场整定等问题七、复合控制系统特性分析；单级和串级三冲量给水系统的整定及故障分析八、比值控制系统基本概念；汽包锅炉燃烧对象动态特性；燃烧控制系统基本方案；中储式锅炉燃烧控制系统工作原理；直吹式锅炉燃烧控制系统工作原理。

目录第一章引言 (1)1.1课题研究背景及发展 (1)1.2PID控制系统的发展现状 (2)第二章汽温控制系统原理 (4)2.1过热汽温控制对象的动态特性 (4)2.1.1减温水流量扰动下汽温的动态特性 (4)2.1.2蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性 (5)2.1.3烟气侧扰动时的汽温动态特性 (6)2.1.4过热汽温控制系统的方案 (7)2.2串级汽温控制系统的工作原理 (8)2.2.1串级汽温控制系统的组成 (8)2.2.2串级汽温控制系统的工作原理 (9)第三章串级汽温控制系统的设计 (10)3.1汽温控制对象的实验建模 (10)3.1.1控制系统的数学建模 (10)3.1.2单位阶跃响应曲线 (10)3.1.3控制对象传递函数求取 (15)3.2串级控制系统的设计和调节器的选型 (22)3.2.1主、副回路的设计原则 (22)3.2.2主、副调节器的选型 (22)3.3串级汽温控制系统的整定 (23)3.3.1当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率相差大时整定 (24)3.3.2当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率差别不大时整定 (25)3.3.3串级控制系统的整定 (28)第四章过热汽温控制系统实例与分析 (31)4.1过热蒸汽流程 (31)4.2过热汽温控制系统方案 (32)第五章参考文献 (33)第一章引言1.1课题研究背景及发展火电厂中汽温控制系统是锅炉的重要控制系统之一。

汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。

蒸汽温过高，会引起锅炉和汽轮机金属材料的超温过热，加速金属的氧化，降低材料的使用寿命；而汽温过低会降低热力循环的效率，同时使汽轮机末级叶片处的湿度增加，对叶片侵蚀作用增强，影响汽轮机安全运行。

火电厂在额定功率运行时通常规定允许主汽温偏离额定值的范围为-10～+5℃，然而影响主汽温变化的因素很多，主要有锅炉负荷、炉膛过量空气系数、给水温度、燃料性质、受热面污染情况和燃烧器的运行方式等；且主汽温被控对象本身具有大迟延、大惯性和时变特性。

一、填空题1.热工控制系统应遵循在确保设备及人身安全的前提下保证机组得到较好的可用性、经济性的原则设计。

2.模拟量控制宜采用能直接反应过程质量要求的参数作为被调量。

当这种参数在测量上有困难或测量迟延过大时，可选择与上述参数有单值对应关系的间接参数作为被调量。

3.采用分散控制系统控制的单元机组，可按照控制系统分层分散的设计原则设计。

模拟量控制可分为下列三级：1）协调控制级级 2）子回路控制级 3）执行级4.机、炉协调控制系统应能协调控制锅炉和汽轮机，满足机组快速响应负荷命令、平稳控制汽轮机及锅炉的要求，并具有下列几种可选的控制方式。

1）机、炉协调控制2）汽轮机跟踪控3）锅炉跟踪控4）手动控制单元机组模拟量控制系统应能满足滑压运行的要求，在不投油最低燃煤负荷到100%MCR负荷变动范围内应保证被控参数满足机组有关验收标准的要求。

5.模拟量控制系统平行控制两个及以上被控对象时，该控制系统应有被控对象的负荷分配和负荷自动转移分配功能。

6.顺序控制设计应遵守保护、联锁操作优先的原则。

7.环境温度较高或力矩较大的被控对象，宜选用气动执行机构。

要求动作较快的被控对象，也可采用液动执行机构。

8.电动执行机构和阀门电动装置应具有可靠的制动性能和双向力矩保护装置；当执行机构失去电源或失去信号时，应能保持位置不变，并具有供报警用的输出接点。

9.自动控制系统中的执行机构与拉杆之间及被控制机构与拉杆之间的连接宜采用球形铰链。

二、判断题1.机柜内的模件应允许带电插拔而不影响其他模件正常工作。

（√）2.125MW及以上机组应配置汽轮机电调系统。

（√）3.连锁控制逻辑应尽量简捷，应采用时序逻辑控制。

（╳）4.电动备用调速给水泵的给水调节机构（在制造厂允许时）应跟踪运行泵的给水调节机构。

（√）5.对于不经常操作且人力操作较为困难的阀门和挡板，必须在DCS上可以操作。

（╳）三、简答题1、设计控制回路时，原则是什么？应该遵循什么规定？答：控制回路应按照保护、连锁控制优先的原则设计，以保证机组设备和人身的安全。

热工控制系统介绍一、综述火电厂自动化水平是通过控制方式、控制室布置、控制系统的配置及功能、电厂运行监控模式以及主辅机可控性等多方面的综合体现。

1．控制方式a. 机组控制为三机一控，采用分散控制系统（DCS）实现，按照炉机电单元机组集中控制的方式布置。

b. 烟气脱硫系统控制采用独立的分散控制系统（FG_DCS）实现，设置单独的脱硫控制室。

c. 辅助车间采用可编程控制器（PLC）实现控制功能，并将辅助车间分类集中，按水、灰、煤三类分别设置控制网络，在各控制网络的上层操作站上对相关车间的工艺过程进行监控。

水系统监控点设在锅炉补给水控制室，包括水系统和燃油泵房的监控；灰系统监控点设在脱硫控制室，包括除灰、除渣和电除尘的监控；输煤系统监控点设在输煤控制室。

2.机组监控方式a.采用炉、机、电、网集中监控方式，采用三机一控。

不单独设电气网络控制室，集中控制室内按机组操作员设岗。

b. 对于辅助车间，利用水、灰、煤系统控制网络对其相关车间的工艺过程进行集中监控。

在此方式下，水、煤控制室设值班员，灰系统操作员站设在脱硫控制室.烟气脱硫系统设置单独的控制室并设值班员。

c. 单元机组全部实现CRT监控。

运行人员在集中控制室内通过大屏幕显示器与CRT操作员站实现机组启/停的控制、正常运行的监视和调整以及机组运行异常与事故工况的处理。

d. 集中控制室内不设后备监控设备和常规显示仪表，仅保留DCS系统故障时安全停机的少数独立于DCS的硬接线紧急停机、停炉、停发电机等的控制开关。

设置炉膛火焰工业电视以及重要无人值班区域的闭路电视监视系统作为运行人员直观了解生产过程和生产现场的手段。

e. 在水、灰、煤控制室内通过辅助车间控制系统的CRT操作员站对各辅助车间进行监控。

在主要辅助车间的控制设备室内布置本地上位机，作为网络故障、设备调试等特殊情况下的操作手段。

3. 控制室及电子设备间布置a. 集中控制室布置三台机组及电气网控合设一个集中控制室。

1.自动控制系统分类：按系统结构分为反馈控制系统，前馈控制系统，前馈—反馈控制系统。

按给定值特点分为定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统。

2.控制对象的动态特性：a.有自平衡能力单容对象：放大系数k，时间常数tb.无自平衡能力单容对象：飞升时间或飞升速度c.有自平衡能力多容对象：（容积迟延时间Tc，时间常数Tc，放大系数k）或（自平衡率，d,e飞升速度，迟延时间）d.无自平衡能力多容对象：（飞升时间，迟延时间）或（飞升速度，迟延时间）e.纯迟延对象：放大系数，时间常数，容积迟延时间3.热工动态特性特点：a对象的动态特性是不振荡的。

b对象的动态特性在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性。

c在阶跃响应曲线的最后阶段，被调量可能达到新的平衡，也可能不断变化而不再平衡下来。

d描述对象的动态特性的特征参数有：放大系数，时间常数，迟延时间，飞升速度，自平衡率。

4.P作用能单独的执行调节任务，并能使控制过程趋于稳定，但使被调量产生静态偏差。

I 作用只有在极少情况下才单独使用，会使控制过程变成振荡甚至不稳定但能使被调量无静态偏差。

D作用不能单独使用，但能提高控制系统的稳定性，有效的减少被调量的动态偏差。

5.比例作用能单独的执行调节任务，并能使过程趋于稳定，但使被调量产生静态偏差。

积分作用只有在极少情况下（对象自平衡能力大，惯性和迟延很小等）才能单独使用，会使被调量无静态偏差。

积分作用不能单独使用，但能提高系统稳定性，有效减少被调量的动态偏差。

6.调节器正作用，即当系统的测量值减给定值增加时，调节器的输出也增加；调节器反作用，即当系统的测量值减给定值增加时，调节器的输出减小。

7.对象特性对控制质量的影响：©干扰通道的特征参数对控制质量的影响：放大系数K对控制质量的影响，时间常数对T对控制质量的影响，延迟时间对控制质量的影响；©控制通道的特征参数对控制质量的影响：放大系数对控制质量的影响，时间常数、延迟时间对控制质量的影响。