热工过程自动化

1、杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 1热工过程自动化的地位热工过程自动化的地位控制装置控制装置炉炉机机电电运运行行集集控控室室热热控控区区域域主主设设备备区区域域杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 2本课程内容本课程内容基础知识：基础知识： 第一章的内容第一章的内容单元机组负荷控制极其子系统：单元机组负荷控制极其子系统： 主控（第二章、第三章、第四章）主控（第二章、第三章、第四章） 子系统（第五章、第六章、第七章、第子系统（第五章、第六章、第七章、第 八章）八章）控制系统的基本原理：控制系统的基本原理：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 3基础知

2、识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容自动检测自动检测 对反映热力生产过程运行状态的各种参数对反映热力生产过程运行状态的各种参数(量量)，例如压力、温度、，例如压力、温度、流量、液位、气体成分等，以及表征设备工作状况的参数进行自动流量、液位、气体成分等，以及表征设备工作状况的参数进行自动的检查、测量和监视称为自动检测。的检查、测量和监视称为自动检测。 自动检测获取的热工参数通常用于以下两个方面。其一，用于监自动检测获取的热工参数通常用于以下两个方面。其一，用于监视显示，作为运行人员监督和操作机组正常运行的重要依据，常视显示，作为运行人员监督和操作机组正常运行的重要依据，常用的自动检测装置

3、显示设备有模拟式仪表、数字式仪表以及用的自动检测装置显示设备有模拟式仪表、数字式仪表以及CRT显示器等；其二，用于自动控制系统作为被调量、冲量、补偿修显示器等；其二，用于自动控制系统作为被调量、冲量、补偿修正值等，自动控制系统控制质量的高低，不仅仅取决于控制设备正值等，自动控制系统控制质量的高低，不仅仅取决于控制设备、控制装置和控制系统设计的质量，在很大程度上还要依赖于被、控制装置和控制系统设计的质量，在很大程度上还要依赖于被测参数信号的准确性。质量再高的自动控制系统，如果没有一个测参数信号的准确性。质量再高的自动控制系统，如果没有一个好的检测系统与之相配合，就不会有高质量的过程控制。而且许好

4、的检测系统与之相配合，就不会有高质量的过程控制。而且许多记录仪表的数值记录又是机组进行经济核算和事故分析的重要多记录仪表的数值记录又是机组进行经济核算和事故分析的重要依据。依据。 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 4基础知识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容 I类：类：为保证机组安全、经济运行必须检测的参数，缺少其中任一参数的检测为保证机组安全、经济运行必须检测的参数，缺少其中任一参数的检测仪表，都不允许机组投人运行或只能短时运行。例如饱和蒸汽压力，过热蒸汽仪表，都不允许机组投人运行或只能短时运行。例如饱和蒸汽压力，过热蒸汽压力和温度，汽包水位等均属于压力和温度，汽包

5、水位等均属于I类参数。用来检测这些参数的仪表称为主要类参数。用来检测这些参数的仪表称为主要仪表。仪表。 II类：类：为进行经济分析和核收费用的参数，称为重要参数。缺少这些参数的检为进行经济分析和核收费用的参数，称为重要参数。缺少这些参数的检测仪表，机组运行的经济性将无法考核，电厂用户的费用无法核收。检测这些测仪表，机组运行的经济性将无法考核，电厂用户的费用无法核收。检测这些参数的仪表称为重要仪表。例如过热蒸汽流量、给水流量、给水温度、排烟温参数的仪表称为重要仪表。例如过热蒸汽流量、给水流量、给水温度、排烟温度等均属于度等均属于I类参数。类参数。 III类：类：为分析以上两类参数中的问题需要检测

6、的相关参数称为辅助参数，其检为分析以上两类参数中的问题需要检测的相关参数称为辅助参数，其检测仪表称为辅助仪表。炉水电导率、凝结水温度、减温水流量等均为辅助参数测仪表称为辅助仪表。炉水电导率、凝结水温度、减温水流量等均为辅助参数 IV类：类：只有在机组启动过程中才需要特别监视的参数，检测这些参数的仪表称只有在机组启动过程中才需要特别监视的参数，检测这些参数的仪表称为启动仪表。如汽包壁温度、法兰加热蒸汽压力、汽缸热膨胀指示值等均属于为启动仪表。如汽包壁温度、法兰加热蒸汽压力、汽缸热膨胀指示值等均属于启动参数。启动参数。 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 5自动调节自动调节 基础知

7、识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容自动地维持一个或几个能够表征热力设备正常工作状况的物理量自动地维持一个或几个能够表征热力设备正常工作状况的物理量为规定值。由于生产过程经常受到各种因素的干扰和影响，运行为规定值。由于生产过程经常受到各种因素的干扰和影响，运行工况发生偏离，必须通过自动调节达到正常运行的要求。因此，工况发生偏离，必须通过自动调节达到正常运行的要求。因此，自动调节是经常起作用的一种自动控制手段。自动调节是经常起作用的一种自动控制手段。 自动调节必须依赖自动调节设备或装置来完成自动调节必须依赖自动调节设备或装置来完成 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 6自

8、动报警、热工保护及联锁自动报警、热工保护及联锁 基础知识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容在某些重要的被控热工参数偏离正常值时，为引起运行人员的注在某些重要的被控热工参数偏离正常值时，为引起运行人员的注意，及时处理异常，在控制室内设有灯光、音响报警信号。各系意，及时处理异常，在控制室内设有灯光、音响报警信号。各系统设备发生故障、异常或联锁保护动作时，均会有灯光音响报警统设备发生故障、异常或联锁保护动作时，均会有灯光音响报警，以便引起运行人员注意及时处理，防止事故的产生或扩大，以，以便引起运行人员注意及时处理，防止事故的产生或扩大，以保证机组运行的安全。传统的自动报警系统采用报警灯、电铃

9、、保证机组运行的安全。传统的自动报警系统采用报警灯、电铃、电笛、光子牌等设备来实现电笛、光子牌等设备来实现 目前单元机组广泛使用目前单元机组广泛使用DCS控制系统，其报警系统采用在控制系统，其报警系统采用在CRT上用画面的方法实现，有的机组辅以多媒体来产生多种声音效果上用画面的方法实现，有的机组辅以多媒体来产生多种声音效果 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 7基础知识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 8机组在运行过程中，有时由于设备、系统本身的问题或运行人员机组在运行过程中，有时由于设备、系统本身的问题或运行人员操作

10、不当，设备和被控参数异常，为了避免事故扩大、设备损坏操作不当，设备和被控参数异常，为了避免事故扩大、设备损坏和人身伤亡事故的发生，机组都设有各种保护装置，例如，锅炉和人身伤亡事故的发生，机组都设有各种保护装置，例如，锅炉炉膛的灭火保护、汽轮机的超速保护等。随着机组容量的增大，炉膛的灭火保护、汽轮机的超速保护等。随着机组容量的增大，保护措施也越来越多而且越来越先进，例如锅炉炉膛安全监控系保护措施也越来越多而且越来越先进，例如锅炉炉膛安全监控系统（统（FSSS）、）、菲利蒲和本特利的汽轮机监视保护系统已被广泛应菲利蒲和本特利的汽轮机监视保护系统已被广泛应用于大型单元机组上。用于大型单元机组上。 联

11、锁也是热工保护的一部分。联锁主要针对辅机的保护联锁也是热工保护的一部分。联锁主要针对辅机的保护 在目前采用在目前采用DCS控制系统的机组，联锁与顺控并无严格的界限，控制系统的机组，联锁与顺控并无严格的界限，大多数大多数DCS系统在进行开关量控制软件组态时，把联锁作为顺序系统在进行开关量控制软件组态时，把联锁作为顺序控制系统（控制系统（SCS）的一部分。的一部分。 基础知识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 9根据预先拟定的程序条件和时间要求，使单元机组的主、辅机系根据预先拟定的程序条件和时间要求，使单元机组的主、辅机系统涉及到的设备自动

12、地依次进行启动、停止及其他一系列操作，统涉及到的设备自动地依次进行启动、停止及其他一系列操作，这一控制过程称为顺序控制。这一控制过程称为顺序控制。 顺序控制与远方控制顺序控制与远方控制 机组在启停、事故处理过程中，以及机组改变运行方式或系统处机组在启停、事故处理过程中，以及机组改变运行方式或系统处于手操状态时，运行人员需要在控制室对辅机、阀门、挡板等进于手操状态时，运行人员需要在控制室对辅机、阀门、挡板等进行远距离的操作和控制，这一工作过程称为远方控制。自动化程行远距离的操作和控制，这一工作过程称为远方控制。自动化程度再高的机组，远方控制手段也是必不可少的。度再高的机组，远方控制手段也是必不可

13、少的。 基础知识基础知识-传统自动化的内容传统自动化的内容杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 10基础知识基础知识-现代自动化的内容现代自动化的内容随着随着DCSDCS系统在单元机组中的广泛应用，现代的热工自动化的内容系统在单元机组中的广泛应用，现代的热工自动化的内容已不再沿袭传统热工自动化内容的分类方法了，但他们有一种对已不再沿袭传统热工自动化内容的分类方法了，但他们有一种对应关系应关系DAS-DAS-自动检测自动检测MCSMCS（CCSCCS）-自动调节自动调节SCS-SCS-顺序与远方控制顺序与远方控制FSSSFSSS（BMSBMS）-自动报警、热工保护及联锁自动报警、热

14、工保护及联锁 DEH-DEH-自动调节自动调节MEH -MEH -自动调节自动调节BPCS -BPCS -自动调节自动调节ETS -ETS -自动报警、热工保护及联锁自动报警、热工保护及联锁 ECS -ECS -自动调节自动调节BCSFSS杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 11基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成人工调节与自动调节人工调节与自动调节 代替人眼代替人眼代代替替人人脑脑代替人手代替人手以上调节过程可用方框图描述以上调节过程可用方框图描述杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 12基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统

15、的组成调节系统方框图调节系统方框图概念概念2 2：方框图四要素方框图四要素-信号线、信号综合点、信号分支信号线、信号综合点、信号分支点和环节点和环节。 概念概念1 1：调节系统中各设备之间相互作用与信号传递关系的示调节系统中各设备之间相互作用与信号传递关系的示意图称为调节系统的方框图意图称为调节系统的方框图 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 13基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成信号线：信号线：用箭头表示信号用箭头表示信号“x”的传递方向的连接线，方框图中的信号线只是的传递方向的连接线，方框图中的信号线只是表示环节之间信号的传递关系，不代表实际的物质和

16、能量的流动表示环节之间信号的传递关系，不代表实际的物质和能量的流动 相加点（又叫信号综合点或比较环）：相加点（又叫信号综合点或比较环）：表示求两个或两个以上信号的代数和表示求两个或两个以上信号的代数和，在相加点相加的变量必须量纲相同，在相加点相加的变量必须量纲相同 分支点：分支点：表示把信号表示把信号“x”分两路或两路以上取出分两路或两路以上取出 环节：环节：即方框图中的一个方框，方框图中的每一个方框即代表一个环节。即方框图中的一个方框，方框图中的每一个方框即代表一个环节。环节表示系统中一个元件或一个设备，或者几个设备的组合体。箭头指向环节表示系统中一个元件或一个设备，或者几个设备的组合体。箭

17、头指向方框的信号方框的信号x为环节的输入信号，箭头离开方框的信号为环节的输入信号，箭头离开方框的信号y为环节的输出信号为环节的输出信号 调节系统方框图调节系统方框图四要素概念：四要素概念：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 14基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成x(a)x3x2x1+-+(b)x xx(c)xyW(d)调节系统方框图调节系统方框图四要素图示：四要素图示：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 15基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成调节系统方框图调节系统方框图杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Pa

18、ge 16基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成调节系统方框图调节系统方框图杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 17基础知识基础知识-自动化调节系统的组成自动化调节系统的组成自动调节系统组成自动调节系统组成自动调自动调节系统节系统自动调自动调节装置节装置自动调自动调节对象节对象测量变送单元测量变送单元调节控制单元（现代为调节控制单元（现代为DCSDCS）执行单元执行单元有自平衡能力有自平衡能力单容对象（一阶）单容对象（一阶）多容对象（高阶）多容对象（高阶）无自平衡能力无自平衡能力有自平衡能力有自平衡能力无自平衡能力无自平衡能力杭州电力教育培训中心杭州电力教育

19、培训中心 Page 18被调对象：被调对象：指被调节的生产设备或生产过程指被调节的生产设备或生产过程 被调量：被调量：生产过程中需要维持为恒定值或在一定范围内变化的物理量生产过程中需要维持为恒定值或在一定范围内变化的物理量 给定值：给定值：根据生产工艺要求，被调量应达到的数值根据生产工艺要求，被调量应达到的数值 调节量（或叫调节手段）：调节量（或叫调节手段）：由调节机构来改变，以控制被调量的变化，使被由调节机构来改变，以控制被调量的变化，使被调量恢复为给定值的物理量调量恢复为给定值的物理量 调节机构：调节机构：根据调节信号去改变调节量大小的设备根据调节信号去改变调节量大小的设备 扰动：扰动：引

20、起被调量偏离其给定值的各种原因引起被调量偏离其给定值的各种原因 ，分内扰和外扰，分内扰和外扰基础知识基础知识-自动调节术语自动调节术语测量变送单元（测量变送器）：测量变送单元（测量变送器）：调节控制单元（调节器）：调节控制单元（调节器）：执行单元（执行器）：执行单元（执行器）：发生在调节侧的扰动，称为内发生在调节侧的扰动，称为内扰扰发生在负荷侧的扰动，称为外发生在负荷侧的扰动，称为外扰扰杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 19基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类随着对象的不同，相应的对调节系统的设计要求不同，为了便随着对象的不同，相应的对调节系统的设计要求不同

21、，为了便于区分和分析调节系统，有必要对调节系统进行分类于区分和分析调节系统，有必要对调节系统进行分类,不同的分不同的分类方式，调节系统的类型名称不同。类方式，调节系统的类型名称不同。按给定值的变化规律分类按给定值的变化规律分类 定值调节系统（恒值调节系统）定值调节系统（恒值调节系统）程序调节系统程序调节系统随动调节系统随动调节系统杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 20基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类按调节系统的结构（或控制方式）分类按调节系统的结构（或控制方式）分类 开环控制系统（前馈控制系统）开环控制系统（前馈控制系统）概念：概念：结构框图：结构框图：

22、调节器调节对象扰动杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 21基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类闭环控制系统（反馈控制系统）闭环控制系统（反馈控制系统）概念：概念：结构框图：结构框图：热工过程的调节系统都必须含有闭环控制系统热工过程的调节系统都必须含有闭环控制系统杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 22基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类反馈调节器调节阀调节对象前馈调节器给定值扰动被调量复合控制系统（前馈复合控制系统（前馈-反馈控制系统）反馈控制系统）概念：概念：结构框图：结构框图：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Pa

23、ge 23基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类按调节系统的闭合回路数目分类按调节系统的闭合回路数目分类 单回路控制系统单回路控制系统概念：概念：结构框图：结构框图：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 24基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类多回路控制系统多回路控制系统概念：概念：结构框图：结构框图：调节器1调节器2调节对象给定值被调量杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 25基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类按调节器的个数和连接方式分类按调节器的个数和连接方式分类 单级控制系统单级控制系统概念：概念：结构框图

24、：结构框图：只含有一个调节器的控制系统只含有一个调节器的控制系统杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 26基础知识基础知识-自动调节系统的分类自动调节系统的分类串级控制系统串级控制系统概念：概念：结构框图：结构框图：含有多个调节器（一般为两个）并且前一个调节器的输出是含有多个调节器（一般为两个）并且前一个调节器的输出是下一个调节器的输入的控制系统，下一个调节器的输入的控制系统，调节器1调节器2调节对象给定值被调量杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 27基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标自动调节系统的品质指标扰动信号：扰动信号：斜波、脉冲、阶跃，其中阶跃扰动输

25、入信号最剧烈和典型，斜波、脉冲、阶跃，其中阶跃扰动输入信号最剧烈和典型，热工控制系统把对阶跃扰动干扰的反应作为判别系统抗干扰能力好坏的标热工控制系统把对阶跃扰动干扰的反应作为判别系统抗干扰能力好坏的标准准。一、概念：一、概念：调节系统的性能优劣，通过品质指标反映，性能好的调节系统，调节系统的性能优劣，通过品质指标反映，性能好的调节系统，其抗干扰能力强。分析品质指标必须先清楚有关概念其抗干扰能力强。分析品质指标必须先清楚有关概念静态（稳态）：静态（稳态）：动态：动态：过渡过程（调节过程）：过渡过程（调节过程）： 一个稳定的调节系统，当受到干扰信号的作用，其平衡状态被打破，一个稳定的调节系统，当受

26、到干扰信号的作用，其平衡状态被打破，经过调节系统的调节作用，系统又重新回到稳定状态的过程。一个调节系经过调节系统的调节作用，系统又重新回到稳定状态的过程。一个调节系统的优劣在稳态下难以判别，只有在过渡过程中才能得以鉴别，过渡过程统的优劣在稳态下难以判别，只有在过渡过程中才能得以鉴别，过渡过程都以阶跃输入信号作为扰动信号都以阶跃输入信号作为扰动信号。杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 28基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标自动调节系统的品质指标二、四种过渡过程：二、四种过渡过程：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 29基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标

27、自动调节系统的品质指标四种过渡过程分析：四种过渡过程分析：（a a）=1=1，非振荡过程（非周期），稳定的过程，不理想。非振荡过程（非周期），稳定的过程，不理想。（b b）0101，衰减振荡过程，稳定的过程，最理想。衰减振荡过程，稳定的过程，最理想。（c c）=0=0，等幅振荡过程，临界过程，一般不采用。等幅振荡过程，临界过程，一般不采用。（d d）00，发散振荡过程，不稳定的过程，不采用。发散振荡过程，不稳定的过程，不采用。控制系统希望采用具有稳定过渡过程的调节系统，其中以衰控制系统希望采用具有稳定过渡过程的调节系统，其中以衰减振荡过程（减振荡过程（b b）为最好为最好杭州电力教育培训中心杭

28、州电力教育培训中心 Page 30基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标自动调节系统的品质指标三、品质指标：三、品质指标：稳定性稳定性准确性准确性快速性快速性1 1、稳定性、稳定性指标：衰减率指标：衰减率定义：定义：=y ym1m1y ym3m3- -y ym1m1= = 1 1- -y ym3m3y ym1m1以以 （b b）曲线分析曲线分析与系统稳定性关系：与系统稳定性关系：实际的热工控制要求实际的热工控制要求=0.750.9=0.750.9之间（之间（4 4：1 1到到1010：1 1）杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 31基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标自动

29、调节系统的品质指标稳定性分析曲线：稳定性分析曲线：第一峰值第一峰值第三峰值第三峰值Y（）ts杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 32基础知识基础知识-自动调节系统的品质指标自动调节系统的品质指标2 2、准确性、准确性概念：概念：指标：静态偏差和最大动态偏差指标：静态偏差和最大动态偏差静态偏差：概念：静态偏差：概念： e e（）=y y（）最大动态偏差：概念：最大动态偏差：概念： y ym m=y ym1m1+y+y（）实际的热工调节系统希望两个偏差越小越好实际的热工调节系统希望两个偏差越小越好杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 33基础知识基础知识-自动调节系统

30、的品质指标自动调节系统的品质指标3 3、快速性、快速性概念：概念：指标：过渡过程时间指标：过渡过程时间t ts ststs越短，控制过程进行的越快，品质越好越短，控制过程进行的越快，品质越好t ts s的计算的计算被调量被调量y y偏离定值的偏离定值的5%5%或或2%2%时对应的时间时对应的时间注意实际运用时，不能仅注重某一个指标，要兼顾注意实际运用时，不能仅注重某一个指标，要兼顾杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 34基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解了解对象的特性，有利于设计合理的调节系统了解对象的特性，有利于设计合理的调节系统一、求解传递函数作

31、用：一、求解传递函数作用：了解对象的特性，有利于分析调节系统了解对象的特性，有利于分析调节系统了解对象的特性，有利于整定调节系统的参数，对于了解对象的特性，有利于整定调节系统的参数，对于PID调节调节器主要是整定器主要是整定、Ti、Td求解传递函数，相当于在未构成调节系统之前，了解对象的特求解传递函数，相当于在未构成调节系统之前，了解对象的特性性杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 35基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解环节输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比称为环节环节输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比称为环节的传递函数，定义为：的传递

32、函数，定义为：调节系统方框图各环节用传递函数表示大小，则变为传函方框图调节系统方框图各环节用传递函数表示大小，则变为传函方框图W（S）Y（S）X（S）W（S）Y（S）X（S）X与与y是时间的函数是时间的函数Y（S）& y（t）& x（t）X（S）二、传递函数概念：二、传递函数概念：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 36基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解三、热工对象分析三、热工对象分析实际热工对象只为高级对象实际热工对象只为高级对象对象有两类四种对象有两类四种阶跃响应中的特征参数及其求法，对应各类型的对象说明特征阶跃响应中的特征参数及

33、其求法，对应各类型的对象说明特征参数情况参数情况杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 37基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解四、求解传递函数：四、求解传递函数：1 1、有自平衡能力的对象、有自平衡能力的对象（1 1）、一阶对象）、一阶对象一阶对象一般为惯性环节一阶对象一般为惯性环节传递函数可以用下式表示：传递函数可以用下式表示：= =K KT Ts s+ + 1 1W W（s s）特征参数特征参数T T（时间常数）和时间常数）和K K（放大系数）用图示法求解放大系数）用图示法求解方法见方法见P7P7页页杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page

34、 38基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解（2 2）、高阶对象）、高阶对象高阶对象一般为迟延的惯性环节高阶对象一般为迟延的惯性环节传递函数可以用下式表示：传递函数可以用下式表示：= =K K（T Ts s+ + 1 1）W W（s s）特征参数特征参数K K的求法同一阶对象的求法同一阶对象而而n n和和T T的求法可用图示法中的的求法可用图示法中的切线法或两点法间接求解，见切线法或两点法间接求解，见P7P7页页n n杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 39基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解2 2、无自平衡能力的对象、无自平衡

35、能力的对象一阶对象一般为积分环节一阶对象一般为积分环节传递函数可以用下式表示：传递函数可以用下式表示：= =1 1T Ta as sW W（s s）特征参数特征参数TaTa（积分时间）用图积分时间）用图示法间接求解，方法见示法间接求解，方法见P9P9页页（1 1）、一阶对象）、一阶对象y（t）to杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 40基础知识基础知识-控制对象传递函数的求解控制对象传递函数的求解高阶对象一般为具有迟延的积分高阶对象一般为具有迟延的积分环节，传递函数可以用下式表示：环节，传递函数可以用下式表示：= =1 1T Ta as sW W（s s）特征参数特征参数TaT

36、a、T T（时间常数）、时间常数）、n n用图示法间接求解，方法步骤见用图示法间接求解，方法步骤见P9P9页页（2 2）、高阶对象）、高阶对象（1+Ts）n杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 41基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定一、控制器规律一、控制器规律1 1、传统控制器规律：、传统控制器规律： PIDPID2 2、现代控制器规律：、现代控制器规律： 自适应、思密斯予估、解偶、状态观测自适应、思密斯予估、解偶、状态观测二、传统控制器各规律作用二、传统控制器各规律作用3 3、智能控制器规律：、智能控制器规律： 模糊、鲁棒模糊、鲁

37、棒PIDPID控制的意义：控制的意义： P P（比例）比例） I I（积分）积分） D D（微分）微分）比例带比例带积分时间积分时间Ti微分时间微分时间Td杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 42基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定二、传统控制器各规律作用二、传统控制器各规律作用PIDPID控制的作用：控制的作用：P P作用：有利于调节系统稳定性，但会出现静态偏差作用：有利于调节系统稳定性，但会出现静态偏差 越大，系统稳定性加强越大，系统稳定性加强I I作用：有利于消除静态偏差，但会出现振荡作用：有利于消除静态偏差，但会出现振荡 T

38、iTi越大，积分作用越弱越大，积分作用越弱D D作用：超前调节有利于减小动态偏差，但会超调作用：超前调节有利于减小动态偏差，但会超调 TdTd越小，微分作用越弱越小，微分作用越弱杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 43基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定三、常用的传统三、常用的传统PID控制器及其控制规律控制器及其控制规律1 1、P P调节器调节器控制规律：控制规律：W W （S S）= =T1=Kp（放大系数）放大系数）2 2、PIPI调节器调节器控制规律：控制规律：W W （S S）= =T1=Kp（1+ ）1TiS（1+ ）1

39、TiS3 3、PDPD调节器调节器控制规律：控制规律：W W （S S）= =T1=Kp（1+ Td S ）4 4、PIDPID调节器调节器控制规律：控制规律：W W （S S）= =T1=Kp （1+ 1TiS（1+ Td S ）TiS1（1+ +Td S ）TiS1+ Td S）杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 44基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定四、四、PID调节器的参数整定调节器的参数整定PIDPID构成的单回路调节系统，必须对构成的单回路调节系统，必须对、Ti、Td进行正确的整定，进行正确的整定，才能使调节系统投入运

40、行，对于多个回路的调节系统则要等效为才能使调节系统投入运行，对于多个回路的调节系统则要等效为单回路来整定。控制系统的整定有理论计算方法和工程整定方法。单回路来整定。控制系统的整定有理论计算方法和工程整定方法。这里主要阐述单回路系统的工程整定方法这里主要阐述单回路系统的工程整定方法工程整定方法，一般通过调节系统处于开环和闭环运行状态来工程整定方法，一般通过调节系统处于开环和闭环运行状态来整定获取其整定获取其、Ti、Td三个参数的最佳值三个参数的最佳值按此方法，按此方法，PIDPID调节器参数有三种整定方法：调节器参数有三种整定方法：临界比例带（边界稳定法）临界比例带（边界稳定法）衰减曲线法衰减曲

41、线法动态参数法（响应曲线法）动态参数法（响应曲线法）闭环状态闭环状态开环状态开环状态杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 45基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定临界比例带法（边界稳定法）临界比例带法（边界稳定法）原理要点：原理要点：调节器设置成纯比例作用，系统投入运行，比例带由大调节器设置成纯比例作用，系统投入运行，比例带由大到小改变，出现等幅振荡，根据此时的临界比例带到小改变，出现等幅振荡，根据此时的临界比例带k ，振荡周期振荡周期Tk，按经验公式计算调节器各参数（查表）按经验公式计算调节器各参数（查表）特点：特点：无需知道被控对

42、象的特性，系统直接投入闭环运行进行无需知道被控对象的特性，系统直接投入闭环运行进行参数整定。参数整定。整定步骤：整定步骤：杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 46基础知识基础知识-调节器的调节规律及调节器参数整定调节器的调节规律及调节器参数整定（1）：置）：置、Ti、Td（2）：调节系统投入闭环运行）：调节系统投入闭环运行杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 47基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 48基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 49基础知识

43、基础知识-热工控制图例热工控制图例（1）测量和信号读出功能（2）自动信号处理（3）手动信号处理（4）执行机构 杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 50基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例FTPTlTTTZTSTIT杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 51基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例Kd/dtSTR杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 52基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例V/IP/IV/PI/PA/D杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 53基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例+-杭州电力教育培训中心

44、杭州电力教育培训中心 Page 54基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例TA杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 55基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例VTA/M杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 56基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例MOHOAO杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 57基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例ORNOTXORAND杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 58基础知识基础知识-热工控制图例热工控制图例TITAIKSMVPVSPFF杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page

45、59基础知识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 60基础知识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 61基础知识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 62基础知识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 63基础知识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 64基础知

46、识基础知识-自动控制系统的跟踪技术自动控制系统的跟踪技术杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 65控制系统的原理结构控制系统的原理结构-单回路控制系统单回路控制系统PVTITAIKSMVSPf（x）ZT由测量变送器、调节由测量变送器、调节器、执行器、调节机器、执行器、调节机构、被控对象组成的构、被控对象组成的单闭环负反馈控制系单闭环负反馈控制系统（只能有一个调节统（只能有一个调节器）。器）。调节器的正、反作用调节器的正、反作用分析分析跟踪分析跟踪分析杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 66控制系统的原理结构控制系统的原理结构-单回路控制系统单回路控制系统利用传函方

47、框图可分利用传函方框图可分析调节系统特性。析调节系统特性。为按理论计算整定方为按理论计算整定方法整定调节系统提供法整定调节系统提供基础。基础。杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 67控制系统的原理结构控制系统的原理结构-单回路控制系统单回路控制系统单回路调节系统是最基本、最简单、最实用的控制系统，任何其单回路调节系统是最基本、最简单、最实用的控制系统，任何其它的控制系统都是以单回路为基础形成的。它的控制系统都是以单回路为基础形成的。单回路控制系统的参数整定为各种控制系统的参数整定提供了最单回路控制系统的参数整定为各种控制系统的参数整定提供了最基础的方法基础的方法杭州电力教育培训

48、中心杭州电力教育培训中心 Page 68控制系统的原理结构控制系统的原理结构-单回路控制系统单回路控制系统单回路调节系统，要整定的参数至多为一个调节器、三个参数单回路调节系统，要整定的参数至多为一个调节器、三个参数即即、Ti、Td。整定方法一般可用工程整定方法，而无需用理论计算方法，参数整定方法一般可用工程整定方法，而无需用理论计算方法，参数整定好后，再经过投运调整即可。整定好后，再经过投运调整即可。杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 69控制系统的原理结构控制系统的原理结构-单回路控制系统单回路控制系统单变量被控对象，即在被控对象中，一个控制变量只影响到一个单变量被控对象，即

49、在被控对象中，一个控制变量只影响到一个被控变量，且与其它控制变量和被控变量间不发生交叉影响。被控变量，且与其它控制变量和被控变量间不发生交叉影响。杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 70控制系统的原理结构控制系统的原理结构-串级控制系统串级控制系统主被控量主被控量主调节器主调节器PI1副调节器副调节器PI2副被控量副被控量调节系统中采用一个调节系统中采用一个以上调节器，相互串以上调节器，相互串联，一个调节器的输联，一个调节器的输出作为另一个调节器出作为另一个调节器的给定值的给定值当调节系统受到扰动当调节系统受到扰动时，副被控量先于主时，副被控量先于主被控量变化作用于被控量变化作

50、用于PI2PI2，PI2PI2先于先于PI1PI1提提前进行调节，副被控前进行调节，副被控量的波动很快被消除量的波动很快被消除杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 71控制系统的原理结构控制系统的原理结构-串级控制系统串级控制系统结构上形成两个闭环结构上形成两个闭环，在里面的环称为内，在里面的环称为内回路或副回路，控制回路或副回路，控制过程中起粗调作用；过程中起粗调作用；在外面的环称为外回在外面的环称为外回路或主回路，控制过路或主回路，控制过程中起细调作用程中起细调作用副回路将被控对象分副回路将被控对象分割成两部分，割成两部分，WoWo1 1（s s）的惯性很小。的惯性很小。副回

51、路是一个快速随副回路是一个快速随动系统，具有快速、动系统，具有快速、超前调节作用超前调节作用杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 72控制系统的原理结构控制系统的原理结构-串级控制系统串级控制系统能迅速克服进入副回路的扰动能迅速克服进入副回路的扰动改善了对象的动态特性，减少了对象的惯性改善了对象的动态特性，减少了对象的惯性副回路能自动克服调节机构、执行机构的非线性影响（因副回副回路能自动克服调节机构、执行机构的非线性影响（因副回路的对象惯性小，副调节器的参数能设置得反应很灵敏）路的对象惯性小，副调节器的参数能设置得反应很灵敏）副调节器一般选副调节器一般选P P调节器，主调节器一般

52、选调节器，主调节器一般选PIPI调节器调节器杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 73控制系统的原理结构控制系统的原理结构-串级控制系统串级控制系统等效为单回路系统等效为单回路系统按工程整定方法，分别整定单回路系统按工程整定方法，分别整定单回路系统投运调节系统，适当调整整定参数到理想参数值投运调节系统，适当调整整定参数到理想参数值杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 74控制系统的原理结构控制系统的原理结构-串级控制系统串级控制系统时间常数较大、阶次较高且迟延较大的调节对象时间常数较大、阶次较高且迟延较大的调节对象杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page

53、75控制系统的原理结构控制系统的原理结构-前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 76控制系统的原理结构控制系统的原理结构-前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统给定值扰动PVPVWo(s)WT(s)WF(s)KZ杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 77控制系统的原理结构控制系统的原理结构-前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统前馈控制是开环控制，其控制目标必须通过反馈控制回路体现，前馈控制是开环控制，其控制目标必须通过反馈控制回路体现，与反馈回路相辅相成与反馈回路相辅相成前馈调节器一般采用前馈调节器一般采用P P或或D D调节器调节器杭州电力教

54、育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 78控制系统的原理结构控制系统的原理结构-前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统当控制系统中控制通道的惯性和迟延较大，反馈控制效果不好时当控制系统中控制通道的惯性和迟延较大，反馈控制效果不好时，可引入前馈调节，可引入前馈调节当进入系统中的扰动经常变动，可测而不可控时，可引入前馈调当进入系统中的扰动经常变动，可测而不可控时，可引入前馈调节节杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 79控制系统的原理结构控制系统的原理结构-比值控制系统比值控制系统Q2Q1Q2按比值特点分：定比值和变比值按比值特点分：定比值和变比值按结构特点分：简单比值和复杂比值按结构

55、特点分：简单比值和复杂比值以比值作为被控制量以比值作为被控制量杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 80控制系统的原理结构控制系统的原理结构-比值控制系统比值控制系统杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 81思考作业题思考作业题1 1、热工自动化的主要内容、热工自动化的主要内容2 2、判断下列参数分别属于那一类检测参数、判断下列参数分别属于那一类检测参数 过热蒸汽压力、汽包水位、凝结水温度、过热蒸汽流量、排过热蒸汽压力、汽包水位、凝结水温度、过热蒸汽流量、排烟温度、减温水流量、汽包壁温度、汽缸热膨胀烟温度、减温水流量、汽包壁温度、汽缸热膨胀3 3、说明现代自动化内容

56、与传统自动化内容的对应关系说明现代自动化内容与传统自动化内容的对应关系4 4、方框图的四要素，并图示说明、方框图的四要素，并图示说明5 5、自动调节系统的组成、自动调节系统的组成6 6、解释下列自动调节的名词术语、解释下列自动调节的名词术语 被调量、调节量、内扰、外扰被调量、调节量、内扰、外扰7 7、调节系统的类型、调节系统的类型8 8、调节系统品质指标、过渡过程极其分析、调节系统品质指标、过渡过程极其分析9 9、写出四种调节对象的传递函数、写出四种调节对象的传递函数1010、PIDPID调节规律的作用调节规律的作用1111、写出、写出PIPI、PDPD、PIDPID调节器的传函调节器的传函杭

57、州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 82思考作业题思考作业题1212、工程整定主要整定那些参数，有几种整定方法、工程整定主要整定那些参数，有几种整定方法1313、SAMASAMA图主要有几种类型，其意义如何图主要有几种类型，其意义如何1414、画出单回路复合控制系统、画出单回路复合控制系统SAMASAMA图并说明其工作原理图并说明其工作原理1515、跟踪的原理如何，条件如何、跟踪的原理如何，条件如何1616、串级调节系统的原理特点、串级调节系统的原理特点杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 83MCS控制系统控制系统-概述概述杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心

58、 Page 84MCS控制系统控制系统-概述概述杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 85MCS控制系统控制系统-概述概述杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 86MCS控制系统控制系统-概述概述电网调度中心电网调度中心E EM MS S（ ）RTUDCS系系统统M MC CS S系系统统微波通道微波通道DIDIAIDODOAOAGC请求AGC解除调度负荷指令（ADS）AGC投入协调控制方式机组实际功率电厂端EDC（经济调度控制）+ACE（区域控制偏差）= ADS指令AGC示意示意单单元元机机组组杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Page 87MCS控制系统控制系统-概述概述杭州电力教育培训中心杭州电力教育培训中心 Pa