热工自动控制系统学习教案.pptx

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1、会计学1热工自动热工自动(zdng)控制系统控制系统第一页，共45页。第七章第七章第七章第七章 汽包锅炉给水控制系统汽包锅炉给水控制系统汽包锅炉给水控制系统汽包锅炉给水控制系统(kn zh x(kn zh x(kn zh x(kn zh x tn)tn)tn)tn)试验试验试验试验一、汽包水位控制系统信号的测量和修正一、汽包水位控制系统信号的测量和修正1。汽包水位的测量。汽包水位的测量 玻璃管水位计：主要用于就地观察水位玻璃管水位计：主要用于就地观察水位 电触电水位计：曾用于水位保护电触电水位计：曾用于水位保护 差压式水位计：主要用于水位的控制，目前也作为水位保差压式水位计：主要用于水位的控制

2、，目前也作为水位保护信号源，但在护信号源，但在 锅炉起停过程中误差较大锅炉起停过程中误差较大(jio d)，此，此时应以电极式水位计为准时应以电极式水位计为准2。差压式水位计的计算和修正。差压式水位计的计算和修正第1页/共45页第二页，共45页。2 2、蒸汽流量、蒸汽流量、蒸汽流量、蒸汽流量(liling)(liling)的测量和修正的测量和修正的测量和修正的测量和修正 过热蒸汽密度，过热蒸汽压力和温度的函数p-过热蒸汽绝对压力t-过热蒸汽温度K-流量(liling)系数3 3、给水流量的计算、给水流量的计算(j sun)(j sun)和修正和修正t给水温度K流量系数第2页/共45页第三页，共

3、45页。1 1 1 1给水量扰动时的动态给水量扰动时的动态给水量扰动时的动态给水量扰动时的动态(dngti)(dngti)(dngti)(dngti)特性特性特性特性 给给给给水水水水量量量量扰扰扰扰动动动动时时时时，汽汽汽汽包包包包水水水水位位位位的的的的变变变变化化化化过过过过程程程程可可可可以以以以分分分分别别别别从从从从两两两两个个个个(lin)(lin)(lin)(lin)角度加以分析：角度加以分析：角度加以分析：角度加以分析：1 1 1 1、仅仅从物质平衡的角度来分析；、仅仅从物质平衡的角度来分析；、仅仅从物质平衡的角度来分析；、仅仅从物质平衡的角度来分析；2 2 2 2、仅仅从热

4、平衡的角度来分析。、仅仅从热平衡的角度来分析。、仅仅从热平衡的角度来分析。、仅仅从热平衡的角度来分析。二、汽包水位控制对象二、汽包水位控制对象(duxing)特性试验特性试验第3页/共45页第四页，共45页。综合上述两种角度(jiod)分析的结果，对曲线和曲线进行线性叠加，得到在给水量阶跃扰动下，汽包水位的实际变化曲线：第4页/共45页第五页，共45页。式中：迟延(chyn)时间 s；飞升速度，即单位给水流量改变时水位的变化速度；在给水量扰动下，被调对象在给水量扰动下，被调对象(duxing)(duxing)具有迟延、惯性和无自具有迟延、惯性和无自平衡平衡 能力特性。能力特性。第5页/共45页

5、第六页，共45页。2 2 2 2蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽(zhn q)(zhn q)(zhn q)(zhn q)量扰动时的动态特性量扰动时的动态特性量扰动时的动态特性量扰动时的动态特性 蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽量量量量扰扰扰扰动动动动(rodng)(rodng)(rodng)(rodng)时时时时，汽汽汽汽包包包包水水水水位位位位的的的的变变变变化化化化过过过过程程程程同同同同样样样样可可可可以以以以从从从从两个角度加以两个角度加以两个角度加以两个角度加以分析。分析。分析。分析。1 1 1 1仅仅从物质平衡的角度来分析仅仅从物质平衡的角度来分析仅仅从物质平衡的角度来分析仅仅从物质平衡的角度来分析 2 2 2

6、2仅仅从热平衡的角度来分析。仅仅从热平衡的角度来分析。仅仅从热平衡的角度来分析。仅仅从热平衡的角度来分析。第6页/共45页第七页，共45页。在蒸汽量阶跃扰动(rodng)下，汽包水位的实际变化曲线。第7页/共45页第八页，共45页。动态特性(txng)的数学描述为：式中：k比例系数，T时间常数(sh jin chn sh)飞升速度3燃料量扰动时的汽包水位动态特性燃料量扰动时的汽包水位动态特性 燃料量扰动时的汽包水位的变化与蒸汽流量燃料量扰动时的汽包水位的变化与蒸汽流量(liling)扰动时相近，扰动时相近，只是虚假水位更轻些，迟延时间也较短。只是虚假水位更轻些，迟延时间也较短。汽包水位动态特性

7、的特点总结：汽包水位动态特性的特点总结：1、具有迟延；、具有迟延；2、具有、具有“虚假水位虚假水位”现象；现象；3、无自平衡能力、无自平衡能力第8页/共45页第九页，共45页。三、三、三、三、单级三冲量给水调节单级三冲量给水调节单级三冲量给水调节单级三冲量给水调节(tioji)(tioji)(tioji)(tioji)系统及参数整定系统及参数整定系统及参数整定系统及参数整定 1 1、单级三冲量给水自动、单级三冲量给水自动(zdng)(zdng)调节系统的组成调节系统的组成D第9页/共45页第十页，共45页。2内回路(hul)(inner loop)的分析与整定 内回路的主要任务是当给水流量侧产

8、生自发性扰动时，必须内回路的主要任务是当给水流量侧产生自发性扰动时，必须迅速消除扰动，使被调量（汽包水位迅速消除扰动，使被调量（汽包水位H H）基本不受到自发性扰动）基本不受到自发性扰动的影响；当内回路外部发生扰动汽包水位的影响；当内回路外部发生扰动汽包水位H H 发生变化时，内回路发生变化时，内回路要具有快速要具有快速(kui s)(kui s)随动的特性，使给水流量随动的特性，使给水流量W W尽快地起到调节尽快地起到调节汽包水位的作用。汽包水位的作用。第10页/共45页第十一页，共45页。3外回路(hul)(outer loop)的分析与整定 外外回回路路(hul)(hul)可可以以看看作

9、作是是一一个个单单回回路路(hul)(hul)调调节节系系统统，所所以以可可以以采采用用整整定定单单回回路路(hul)(hul)调调节节系系统统的的方方法法来来整整定定外外回回路路(hul)(hul)。第11页/共45页第十二页，共45页。4.蒸汽(zhn q)流量侧 的选择 第12页/共45页第十三页，共45页。要使静态偏差为零，静态时必须(bx)满足ID=IW，即：在正常(zhngchng)运行时，可认为D=W，D=W，则有D=W 因此，为了克服静态偏差，蒸汽流量侧分流器的分流系数D必须等于给水流量侧分流器的分流系数W。第13页/共45页第十四页，共45页。串级系统实现自动调节比单级系统更

10、加灵活，克服静态偏串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活，克服静态偏串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活，克服静态偏串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活，克服静态偏差完全由主调节器实现，分流系数差完全由主调节器实现，分流系数差完全由主调节器实现，分流系数差完全由主调节器实现，分流系数DDDD取值不必考虑静态偏差的问题取值不必考虑静态偏差的问题取值不必考虑静态偏差的问题取值不必考虑静态偏差的问题(wnt)(wnt)(wnt)(wnt)，DDDD值可取得大一些，以利于更好地改善调节过程的调节值可取得大一些，以利于更好地改善调节过程的调节值可取得大一些，以利于更好地改善调节过程的调节值可取得大一

11、些，以利于更好地改善调节过程的调节品质。分流系数品质。分流系数品质。分流系数品质。分流系数WWWW取值影响内回路的稳定性，在外回路中，可通过取值影响内回路的稳定性，在外回路中，可通过取值影响内回路的稳定性，在外回路中，可通过取值影响内回路的稳定性，在外回路中，可通过主调节器的主调节器的主调节器的主调节器的和和和和TiTiTiTi来整来整来整来整定，定，定，定，WWWW的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。四、四、四、四、串级三冲量串级三冲量串级三冲量串级三冲量(chngli

12、ng)(chngling)(chngling)(chngling)给水调节系统及参数整给水调节系统及参数整给水调节系统及参数整给水调节系统及参数整定定定定 第14页/共45页第十五页，共45页。1 1 1 1、串级三冲量、串级三冲量、串级三冲量、串级三冲量(chngling)(chngling)(chngling)(chngling)给水控制系统给水控制系统给水控制系统给水控制系统的组成的组成的组成的组成第15页/共45页第十六页，共45页。3 3外外回回路路(hul)(outer(hul)(outer loop)loop)整定整定 4 4蒸汽流量侧蒸汽流量侧DD的选择的选择此时此时(c sh

13、)(c sh)蒸汽流量信号不一定与给水流量信蒸汽流量信号不一定与给水流量信号严格配合，即号严格配合，即:2内回路(inner loop)整定 与单级三冲量(chngling)系统的内回路一样等效主调：第16页/共45页第十七页，共45页。五、五、五、五、变速给水泵的安全工作变速给水泵的安全工作变速给水泵的安全工作变速给水泵的安全工作 设计变速泵最小流量控制系统：用一次测量元件和流量变送设计变速泵最小流量控制系统：用一次测量元件和流量变送设计变速泵最小流量控制系统：用一次测量元件和流量变送设计变速泵最小流量控制系统：用一次测量元件和流量变送器对各个给水泵的入口流量进行测量，通过器对各个给水泵的入

14、口流量进行测量，通过器对各个给水泵的入口流量进行测量，通过器对各个给水泵的入口流量进行测量，通过(tnggu)(tnggu)(tnggu)(tnggu)各泵的再各泵的再各泵的再各泵的再循环调节阀将泵出口的部分给水流回除氧器，以保证通过循环调节阀将泵出口的部分给水流回除氧器，以保证通过循环调节阀将泵出口的部分给水流回除氧器，以保证通过循环调节阀将泵出口的部分给水流回除氧器，以保证通过(tnggu)(tnggu)(tnggu)(tnggu)给水泵的流量高于设计的最小流量。给水泵的流量高于设计的最小流量。给水泵的流量高于设计的最小流量。给水泵的流量高于设计的最小流量。第17页/共45页第十八页，共4

15、5页。第一节第一节 过热蒸汽温度过热蒸汽温度(wnd)调调节系统节系统第八章第八章 汽温调节汽温调节(tioji)(tioji)系统系统The Steam Temperature Control SystemThe Steam Temperature Control System第18页/共45页第十九页，共45页。锅炉锅炉(gul)(gul)过热器结构示意图过热器结构示意图 第一节第一节 过热过热(u r)(u r)蒸汽温度调节系统蒸汽温度调节系统 第19页/共45页第二十页，共45页。一过热蒸汽温度的动态一过热蒸汽温度的动态(dngti)(dngti)特性试验特性试验 三种扰动：蒸汽量、烟

16、气量和减温水量。三种扰动：蒸汽量、烟气量和减温水量。1 1蒸汽量扰动时，过热蒸汽温度的动态蒸汽量扰动时，过热蒸汽温度的动态(dngti)(dngti)特性特性 第20页/共45页第二十一页，共45页。特点是有迟延，有惯性，有自平衡能力特点是有迟延，有惯性，有自平衡能力(nngl)(nngl)。阶跃响。阶跃响应曲线应曲线 蒸汽量变化对汽温变化的传递函数可用下式近似表示：蒸汽量变化对汽温变化的传递函数可用下式近似表示：第21页/共45页第二十二页，共45页。2烟气侧扰动时过热蒸汽温度(wnd)的动态特性 阶跃响应曲线：烟气扰动时的过热器出口汽温的阶跃响应曲线 特点是：有迟延(chyn)、有惯性、有

17、自平衡能力。第22页/共45页第二十三页，共45页。3减温水量扰动时过热蒸汽温度(wnd)的动态特性 第23页/共45页第二十四页，共45页。导前区：导前汽温2测点前至减温器 惰性(duxng)区：过热器出口汽温1测点到导前汽温测点 式中2导前汽温1过热器出口(ch ku)汽温 w减温喷水量 第24页/共45页第二十五页，共45页。减温水量扰动时过热蒸汽减温水量扰动时过热蒸汽(zhn q)温度被调对象的阶跃响应曲线图：温度被调对象的阶跃响应曲线图：汽温对象(duxing)的传递函数可用下式表示：一般(ybn)n2=2 一般n12 第25页/共45页第二十六页，共45页。二串级汽温调节系统二串级

18、汽温调节系统 1 1系统构成系统构成(guchng)(guchng)及工作原理及工作原理 第26页/共45页第二十七页，共45页。2串级汽温调节(tioji)系统的分析与整定 系统方框图为：第27页/共45页第二十八页，共45页。（1）内回路分析设副调节(tioji)器选用比例调节(tioji)规律：此时可将除G02(s)以外的部分视为等效调节(tioji)器，则等效副调节(tioji)器为:可根据单回路系统整定原则对内回路进行(jnxng)整定计算。第28页/共45页第二十九页，共45页。（2）外回路(hul)分析 当内回路(hul)整定好后，可把它看作一个快速随动系统，则 即：整个内回路等

19、效为一个(y)比例环节。如果将主调节器GPI（s）以外(ywi)均视为被调对象，则等效被调对象的传递函数为：根据单回路整定方法来整定外回路。第29页/共45页第三十页，共45页。导前汽温微分导前汽温微分(wi fn)(wi fn)信号双回路系统为串级系统的方框图信号双回路系统为串级系统的方框图 上一页上一页返回返回(fnhu)目目录录三采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节三采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节(tioji)系统系统 第30页/共45页第三十一页，共45页。1系统构成(guchng)及工作原理 该系统可用等效串级系统整定和补偿法整定两种方法来整定。2等效串级系统整定方法 等效(d

20、n xio)主调节器（1）等效(dn xio)主调节器 第31页/共45页第三十二页，共45页。可见(kjin)等效主调节器为PI作用，其比例带和积分时间分别为：（2）等效(dn xio)副调节器可见等效副调节器也为PI作用(zuyng)，其比例带和积分时间分别为：第32页/共45页第三十三页，共45页。调节器出现调节器出现(chxin)(chxin)积分饱和的原因：调节器具有积分作用，只要被调量偏差存在时，积分作积分饱和的原因：调节器具有积分作用，只要被调量偏差存在时，积分作用就不停的进行积分运算，使调节器输出不断增加或减少，当被调量偏差存在时间较长时，调节器用就不停的进行积分运算，使调节器

21、输出不断增加或减少，当被调量偏差存在时间较长时，调节器的输出就会达到其上限或下限，即出现的输出就会达到其上限或下限，即出现(chxin)(chxin)积分饱和。积分饱和。防止办法：防止办法：1 1。解除调节器的积分作用。解除调节器的积分作用2 2。外部反馈模式。外部反馈模式3 3。引入阀位指令限制。引入阀位指令限制四、串级控制结构中主调防止积分四、串级控制结构中主调防止积分(jfn)饱和的方法饱和的方法第33页/共45页第三十四页，共45页。五、再热汽温的控制五、再热汽温的控制(kngzh)第34页/共45页第三十五页，共45页。第九章第九章 燃烧过程燃烧过程(guchng)自动控制系统自动控

22、制系统返回返回(fnhu)目录目录上一页上一页第35页/共45页第三十六页，共45页。一、燃烧过程自动调节的任务一、燃烧过程自动调节的任务 锅锅炉炉燃燃烧烧过过程程自自动动调调节节的的目目的的在在于于使使进进入入锅锅炉炉的的燃燃烧烧的的燃燃烧烧热热量量与与锅锅炉炉的的蒸蒸汽汽负负荷荷要要求求相相适适应应，同同时时保保证证锅锅炉炉燃燃烧烧过过程程安安全全经经济济地地运运行行。锅锅炉炉燃燃烧烧调调节节需需要要包括下列包括下列(xili)(xili)几项内容：几项内容：1 1、燃料量调节、燃料量调节 2 2、送风量调节、送风量调节 3 3、引风量调节、引风量调节 第36页/共45页第三十七页，共45

23、页。二、燃烧过程调节的特点二、燃烧过程调节的特点 燃烧过程的调节系统有三个被调量和三个调节量。燃烧过程的调节系统有三个被调量和三个调节量。锅炉锅炉(gul)(gul)的运行实践表明，对燃烧过程的三个的运行实践表明，对燃烧过程的三个被调量的调节存在着明显的相互影响。被调量的调节存在着明显的相互影响。这主要由于对象内部每个这主要由于对象内部每个被调量都同时受到几个调节被调量都同时受到几个调节量的影响，而每个调节量的量的影响，而每个调节量的改变改变(gibin)(gibin)又能同时影响又能同时影响几个被调量。左图表示了燃几个被调量。左图表示了燃烧对象的调节烧对象的调节 量对被调量的量对被调量的这种

24、影响。所以燃烧过程调这种影响。所以燃烧过程调节对象是一个多输入多输出节对象是一个多输入多输出的多变量相关调节对象。的多变量相关调节对象。燃烧对象调节燃烧对象调节(tioji)(tioji)量对被调量的影响量对被调量的影响第37页/共45页第三十八页，共45页。1燃料量的修正 （1）热量(rling)信号DQ 热量(rling)信号DQ的表达式为:其中：D蒸汽流量kg/s Ck蓄热系数，kg/Mpa Pd汽包压力 Mpa 汽包压力信号微分 （2）热值校正 a.对总燃料量的校正 b.对给煤机煤量的热值校正 c.热值校正对机前压力的影响 第38页/共45页第三十九页，共45页。2 2 2 2氧量的校

25、正氧量的校正氧量的校正氧量的校正 氧量校正的原因：氧量校正的原因：氧量校正的原因：氧量校正的原因：锅炉实际上是非线性系统，仅靠前馈获得的风量不能保证最佳的氧量；锅炉实际上是非线性系统，仅靠前馈获得的风量不能保证最佳的氧量；锅炉实际上是非线性系统，仅靠前馈获得的风量不能保证最佳的氧量；锅炉实际上是非线性系统，仅靠前馈获得的风量不能保证最佳的氧量；氧量设定值是负荷的函数，与负荷呈非线性关系（而锅炉机组是按线性系氧量设定值是负荷的函数，与负荷呈非线性关系（而锅炉机组是按线性系氧量设定值是负荷的函数，与负荷呈非线性关系（而锅炉机组是按线性系氧量设定值是负荷的函数，与负荷呈非线性关系（而锅炉机组是按线性

26、系 统设计的）。统设计的）。统设计的）。统设计的）。校正方式：可以将当前氧量值与给定值的偏差对风量指令进行修正，也可以校正方式：可以将当前氧量值与给定值的偏差对风量指令进行修正，也可以校正方式：可以将当前氧量值与给定值的偏差对风量指令进行修正，也可以校正方式：可以将当前氧量值与给定值的偏差对风量指令进行修正，也可以 对实际风量值进行修正。对实际风量值进行修正。对实际风量值进行修正。对实际风量值进行修正。3.3.3.3.风煤交叉限制风煤交叉限制风煤交叉限制风煤交叉限制 当负荷变化时，传统的燃烧控制方案采用的是燃料和风量同时动作。由于风量对当负荷变化时，传统的燃烧控制方案采用的是燃料和风量同时动作

27、。由于风量对当负荷变化时，传统的燃烧控制方案采用的是燃料和风量同时动作。由于风量对当负荷变化时，传统的燃烧控制方案采用的是燃料和风量同时动作。由于风量对象特性的时间常数大于燃料量对象特性的时间常数，常常会造成象特性的时间常数大于燃料量对象特性的时间常数，常常会造成象特性的时间常数大于燃料量对象特性的时间常数，常常会造成象特性的时间常数大于燃料量对象特性的时间常数，常常会造成(zo chn)(zo chn)(zo chn)(zo chn)氧量氧量氧量氧量的失控。的失控。的失控。的失控。第39页/共45页第四十页，共45页。燃烧(rnsho)指令风煤单交叉(jioch)限制：第40页/共45页第四十一页，共45页。二、燃料量控制子系统的各种基本二、燃料量控制子系统的各种基本二、燃料量控制子系统的各种基本二、燃料量控制子系统的各种基本(jbn)(jbn)策略策略策略策略第41页/共45页第四十二页，共45页。第42页/共45页第四十三页，共45页。第43页/共45页第四十四页，共45页。燃油锅炉为保证燃料(rnlio)的充分燃烧，采用加燃料(rnlio)先加风、减燃料(rnlio)先减油的方法，使得燃料(rnlio)燃烧过程中始终有富裕的风量。第44页/共45页第四十五页，共45页。