目 录
绪论
第一篇 简单控制系统--------------------------------------------------------------1
第一章 控制系统概述------------------------------------------------------------------1 第一节 概述 ---------------------------------------------------------------------------1 第二节 自动控制系统分类---------------------------------------------------------- 第三节 控制系统的性能指标------------------------------------------------------- 第二章 控制对象的动态特性---------------------------------------------------------- 第一节 概述---------------------------------------------------------------------------- 第二节 单容控制对象的动态特性------------------------------------------------- 第三节 多容控制对象的动态特性------------------------------------------------- 第四节 对象动态特性的求取------------------------------------------------------- 第三章 控制仪表及调节器的控制规律--------------------------------------------- 第一节 概述---------------------------------------------------------------------------- 第二节 控制仪表---------------------------------------------------------------------- 第三节 调节器的控制规律---------------------------------------------------------- 第四章 单回路控制系统--------------------------------------------------------------- 第一节 概述----------------------------------------------------------------------------- 第二节 对象特性对控制质量的影响----------------------------------------------- 第三节 单回路控制系统的分析----------------------------------------------------- 第四节 单回路控制系统的整定----------------------------------------------------- 第五节
单回路控制系统实例--------------------------------------------------------
第二篇 复杂控制系统-------------------------------------------------------------
第五章 串级控制系统-------------------------------------------- 第一节 串级控制系统的基本原理和结构---------------------------- 第二节 串级控制系统的分析-------------------------------------- 第三节 串级控制系统主、副回路的设计和主、副调节器的选型-------- 第四节 串级控制系统的整定-------------------------------------- 第六章 前馈控制系统---------------------------------------------- 第一节 前馈控制系统-------------------------------------------- 第二节 前馈-反馈控制系统--------------------------------------- 第七章 比值控制系统---------------------------------------------- 第一节 比值控制系统的分析--------------------------------------
1
第二节 比值控制系统的整定-------------------------------------- 第八章 大迟延控制系统-------------------------------------------- 第一节 补偿纯迟延的常规控制------------------------------------ 第二节 预估补偿控制-------------------------------------------- 第九章 解耦控制系统---------------------------------------------- 第一节 概述----------------------------------------------------------------------------- 第二节 系统的耦合-------------------------------------------------------------------- 第三节 解耦控制方法---------------------------------------------
第三篇 火电厂单元机组自动控制
第十章 汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统------------------------------- 第一节 引言----------------------------------------------------- 第二节 串级过热汽温控制系统------------------------------------- 第三节 采用导前汽温微分信号的双回路过热汽温控制系统------------- 第四节 过热汽温分段控制系统------------------------------------- 第五节 300MW机组过热汽温控制系统实例---------------------------- 第六节 再热汽温控制系统-----------------------------------------
第十一章 汽包锅炉给水自动控制系统--------------------------------- 第一节 引言----------------------------------------------------- 第二节 给水自动控制系统----------------------------------------- 第三节
给水全程控制系统-----------------------------------------
第四节 300MW机组给水全程控制系统实例---------------------------- 第十二章 燃烧过程自动控制系统------------------------------------- 第一节 引言----------------------------------------------------- 第二节 燃烧控制系统--------------------------------------------- 第三节 典型燃烧控制系统----------------------------------------- 第四节 600MW机组燃烧控制系统实例-------------------------------- 第十三章 单元机组协调控制系统------------------------------------ 第一节 引言----------------------------------------------------- 第二节 主控制系统----------------------------------------------- 第三节 600MW机组协调控制系统实例------------------------------
2
绪 论
实现生产过程自动化对国民经济的发展有十分重大的意义。在火力发电厂中，实现热力过程自动化后，能使机组安全、可靠、经济地运行。具有下列几方面好处： 1．提高机组运行的安全可靠性
安全可靠是机组运行的首要要求，特别是对大容量机组更具有重要的意义。随着机组容量的增大，热力系统越来越复杂，需要监视、控制的项目显著增多。例如，一台50万千瓦的机组，需要监视的项目达一千二百多个，需要操作的项目达四万多个；仅在起动过程中，就需要监视五百多个项目，进行四百多个操作。靠人来监视和操作，不仅劳动强度大，而且很难胜任，同时极易误操作而造成事故，所以必须采用自动化仪表来完成监视和操作。因为检测装置能把机组的运行状态随时报告给人和调节装置；自动调节装置能随时对机组的运行状态进行调节，使机组在良好的状态下运行；程序控制装置能减化操作步骤和减少操作数量，避免了误操作；保护装置能在机组运行中发生异常或运行参数超过允许值时进行报警、避免、限制、处理事故。计算机的应用使机组运行的安全可靠性得到了进一步的提高。
2．提高机组运行的经济性
自动化仪表能保护机组在良好状态下运行，因此可以减少事故停机的损失和设备检修费用；可提高热效率，降低供电热耗和煤耗。例如，锅炉实现了燃烧自动控制后，其热效率可提高0．5 ~3% 。采用计算机进行运行指导时，供电热耗约降低25．1~54．4千焦/千瓦小时(占0．25%~0．5%)。2台60万千瓦机组一年可节约1~2万吨煤；当机组按最佳方式运行时，热耗可降低62．7~125．4千焦/千瓦小时。机组实现自起停，可缩短起停时间，因而使各种热损失及工质损失都大为减少。 3．减少运行人员，提高劳动生产率
采用集中控制方式的国产12．5万千瓦机组，一台机组的运行人员每班需要8~10人左右，但由于未实现机组的自动起停，机组起动时还须派人协助操作及做抄表工作。在国外，由于自动化程度高，一般每台单元机组每班运行人员为5人左右，有的国家仅2~3人；正常起停时不需临时增加人员。例如，容量为217万千瓦（2台38．5万千瓦和2台70万千瓦均烧煤），全厂仅127人，平均为0．06人/兆瓦；容量为440万千瓦（2台60万千瓦和2台100万千瓦均烧油），全厂共350人，平均为0．08人/兆瓦。 4．改善劳动条件
实现生产过程自动化，可使运行人员从繁忙的体力劳动和紧张的精神负担中解脱出来，值班员除在机组起停时有些操作外，正常运行时只需在控制室内集中监视主设备及自动化仪表的运行情况。以锅炉汽包水位为例，在旧式锅炉中，必须有司水员整天呆在温度高，飞灰多，工作环境很差的炉顶汽包旁进行监视。在新式锅炉中，利用电接点式水位计或工业电视的摄象装置等将汽包水位真实地反映到控制室，值班员在控制室内就可以清楚地看到汽包水位的高低。
3
此外，实现生产过程自动化，对促进科学技术的发展和加速四个现代化建设都有十分重要的意义，所以，实现生产过程自动化是实现四个现代化的重要标志之一。
火电厂自动化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，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。它相当于人和自动化的“眼睛”。火电厂需要连续进行检测的信号有温度、压力、流量、液位、电流、电压、转数、周波、振动、气体成份、汽水品质等。检测所采用的装置有测量仪表、记录仪表、巡回检测装置、工业电视等。 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。火电厂的自动调节主要有锅炉水位调节、汽温调节、燃烧调节、辅助设备调节等。?
将程序控制技术、逻辑功能和保护同自动调节结合起来，可以实现全程控制。即在机组启动、停止及正常运行的全过程中，实现自动控制，如水位全程控制。? 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。程序控制主要是指机组(或局部系统、设备)在启动、停止、增减负荷、事故处理时的一系列操作的自动化。?
火电厂局部程序控制对象主要有锅炉点火、吹灰、定期排污、汽轮机自升速、制粉系统、化学水处理、输煤等。?
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。?
电厂的自动保护对象主要有锅炉、汽轮发电机本体、辅助设备、局部工艺过程等。 上述的自动检测、自动调节、远方控制及程序控制、自动保护，一般用常规的模拟仪表来实现，也可以用微型计算机来实现。微型计算机可靠、价廉，还有很强的计算、逻辑判断、记忆功能，它能快速计算机组在正常运行时以及启停过程中的重要数据，进行事故分析、处理。以前，微型计算机在火电厂主要用于数据处理，运行监视指导，随着电子技术的发展，微型计算机，特别是微处理机已经在火电厂中得到广泛应用。?
自动化系统四个方面的内容，是相对独立而又相互配合的。自动调节是主要的，也是基本的内容，而要保证自动调节的正常投入，必须有准确可靠的检测信号，必须有自动保护作保证，否则，自动调节系统投入运行是不安全的。当自动调节的范围进一步提高时，程序控制就成为必要的手段。?
4
第一篇 简单控制系统
简单控制系统是由一个被调量、一个控制量而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个闭合回路。
在热工过程控制中简单控制系统是最基本的，也是应用最多的，既使是复杂控制系统也是在简单控制系统的基础上发展起来的。因此，学习和掌握简单控制系统是非常重要的。
本篇分四章，第一章讲述控制系统的基本概念，第二章讨论热工控制对象的动态特性，第三章主要分析调节器的控制规律的特点，第四章阐述单回路控制系统的组成、控制对象的动态特性及调节器的控制规律对控制过程的影响，各种整定方法及单回路控制系统实例。
第一章 控制系统概述
第一节 概述
正常运行的生产设备必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证生产设备的安全和经济。因此，要求生产设备在规定的工况下运行。但是生产过程在进行的时候总是处在许多因素的影响下，如果不加以操作和控制就不能保证生产过程的正常进行。
生产过程是否正常进行，通常是用一些物理量来表征的(例如：汽轮发电机的参数，锅炉的汽压、汽温、炉膛负压、烟气成份、汽包水位等)。当这些物理量偏离所希望维持的数值时，就表示生产过程离开了规定工况，必须加以调节。因此调节的任务就是表征生产过程是否正常进行的这些物理量保持在所希望的数值上。?
自动调节是在人工调节的基础上产生，发展起来的。所以在开始介绍自动调节的时候，首先分析人工调节，并与自动调节加以比较，这对初学者了解和分析自动调节是有益的。?
1 D W 给水 5 3 2 h 6 4 蒸汽
图1-1 锅炉给水人工调节示意图 1. 过热器；2. 汽包；3.省煤器； 4. 水冷壁；5. 给水调节阀；6. 水位计。
5