熱工控制系統(tǒng)及設(shè)備課件

主要內(nèi)容基本控制規(guī)律數(shù)字式調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律執(zhí)行器熱工常用控制系統(tǒng)熱工控制系統(tǒng)第一節(jié)基本控制規(guī)律調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律用數(shù)學(xué)表達(dá)式為：C=f(e)調(diào)節(jié)器控制位式控制

比例控制

比例積分

比例微分

比例積分微分

一、兩位式調(diào)節(jié)規(guī)律兩位式輸入和輸出如圖：呆滯區(qū)：不能引起調(diào)節(jié)器動作的被調(diào)量對定值偏差區(qū)被調(diào)量對設(shè)定值的偏差不超出呆滯區(qū)間，輸出保持不變雙位控制器二、三位式調(diào)節(jié)規(guī)律三種狀態(tài)100%0-100%輸入和輸出如圖：理想輸出實際輸出比例作用壓力調(diào)節(jié)器四、比例積分控制積分控制規(guī)律積分控制規(guī)律：調(diào)節(jié)器的輸出變化量，與輸入偏差隨時間的積分成正比數(shù)學(xué)表達(dá)式為:△Ｃ＝Ｋｉ∫ｅdt比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制作用的組合

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

積分調(diào)節(jié)器的特點：偏差存在時，調(diào)節(jié)器的輸出將隨時間不斷變化，直到偏差消除總從0開始，不及時，不單獨使用，常和比例調(diào)節(jié)一起組成比例積分調(diào)節(jié)TI大，積分速度慢五、比例微分控制微分控制規(guī)律微分控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差變化的速度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

比例微分控制規(guī)律比例微分控制規(guī)律:是比例與微分兩種控制作用的組合。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

比例微分調(diào)節(jié)的特點根據(jù)被調(diào)量的變化趨勢，防止被調(diào)量出現(xiàn)更大的偏差，使偏差消失于萌芽中輸出和偏差變化的速度成正比提供系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用微分時間越長，或偏差變化的速度大，微分作用就強(qiáng)六、比例積分微分控制比例積分微分控制規(guī)律是比例、積分與微分三種控制作用的組合。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

三作用調(diào)節(jié)器綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點，具有較好的控制性能，應(yīng)用范圍寬廣。比例微積分調(diào)節(jié)理想的比例微積分調(diào)節(jié)（PID）實際的PID調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)為：PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線比例比例微分積分積分微分比例積分微分調(diào)節(jié)的特點快速、敏捷平穩(wěn)準(zhǔn)確三項需適當(dāng)配合三種作用在任何時候都協(xié)調(diào)工作第二節(jié)數(shù)字式調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律一、采樣過程和Z變換用數(shù)字計算機(jī)作為系統(tǒng)控制器，對連續(xù)的受控對象進(jìn)行控制，離散信號：純離散系統(tǒng)采用系統(tǒng)：采樣過程把連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散信號的過程零階保持使采樣信號每一個采樣瞬時的值保持到下一個采樣瞬時，處于每個采樣區(qū)間內(nèi)的值為常數(shù)，導(dǎo)數(shù)為零二、數(shù)字PID控制積分環(huán)節(jié)的目的是消除余差啟動、結(jié)束、大幅度增減設(shè)定引起較大的超調(diào)當(dāng)被控量和設(shè)定值偏差較大時取消積分作用積分分離算法微分先行PID控制算法只對輸出量進(jìn)行微分，而對設(shè)定值不作微分，改變設(shè)定值，輸出不會改變，被控量的輸出通常比較緩和適合與設(shè)定值頻繁變的場合一、單元組合式調(diào)節(jié)器DDZ－Ⅱ型調(diào)節(jié)器輸入電路直流放大器PID運算電路手操作隔離電路偏差指示

指示電路輸入I設(shè)定輸出輸入電路輸入通道一般單獨使用主輸入通道，由于副輸入通道的信號不通過偏差指示表而不單獨使用設(shè)定電路為了便于實現(xiàn)定值控制或串級等復(fù)雜控制，調(diào)節(jié)器有內(nèi)設(shè)定和外設(shè)定兩種方式，可通過“內(nèi)─外”切換開關(guān)加以選擇PID運算電路隔離電路DDZ－Ⅲ型調(diào)節(jié)器采用24V直流電源集中統(tǒng)一供電，整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)，而且增加了安全單元──安全保持器，實現(xiàn)了控制室與危險場所之間的能量限制與隔離，使儀表無論在正常運行，還是在事故狀態(tài)下，都不會引爆，儀表的安全性、可靠性顯著提高。采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號制，現(xiàn)場傳輸信號為4-20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號為1-5V直流電壓，信號電流和信號電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器單元組合儀表中的重要元件接受1~5VDC輸入，與1~5VDC給定信號比較，輸出4~20mADC全刻度指示調(diào)節(jié)器偏差指示調(diào)節(jié)器DDZ－Ⅲ型調(diào)節(jié)器采用了高增益、高阻抗線性集成電路組件，簡化了線路，減少了元器件，提高了儀表的精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低了功耗在基型調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上易于組成各種變形的特殊調(diào)節(jié)器有軟、硬兩種手動操作方式，自動－軟手動的切換是雙向無平衡無擾動切換，提高了調(diào)節(jié)器的操作性能DDZ-III型調(diào)節(jié)器的組成控制單元輸入電路比例微分電路比例積分電路輸出電路軟手動和硬手動指示單元輸入信號指示電路給定信號指示電路輔助電路輸入電路：獲得輸入型號和給定信號之差成比例的偏差信號輸出電路軟手動和硬手動二、數(shù)字調(diào)節(jié)器數(shù)字式調(diào)節(jié)器的主要特點是保留了模擬式調(diào)節(jié)儀表所有的優(yōu)點模擬和數(shù)字技術(shù)混用可靠性高通用性強(qiáng)采用面向用戶的語言具有標(biāo)準(zhǔn)的通信功能數(shù)字式調(diào)節(jié)器的硬件構(gòu)成ROMEPROMRAMWDTCPUIOD2IOD1D/A數(shù)字式調(diào)節(jié)器三、組裝式電子綜合控制裝置

模擬組件轉(zhuǎn)換組件計算組件調(diào)節(jié)組件控制組件給定組件顯示器操作器電源組裝式電子綜合控制裝置數(shù)字邏輯組件監(jiān)控系統(tǒng)：有固定監(jiān)控、可變監(jiān)控、巡回監(jiān)控等功能邏控系統(tǒng)：具有程序控制功能，解決過程控制中的程序控制、聯(lián)鎖及系統(tǒng)啟停等問題專用接口裝置：用以解決ＴＦ型儀表與計算機(jī)的聯(lián)用問題第四節(jié)執(zhí)行器執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用是接受調(diào)節(jié)器的控制信號，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定的要求正常進(jìn)行

一.氣動薄膜調(diào)節(jié)閥二.閥門定位器三.電動執(zhí)行器四.氣動執(zhí)行器五.智能執(zhí)行器一、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的組成氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的類型調(diào)節(jié)閥的流量特性氣動薄膜閥的選擇氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性和變差氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的安裝氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的組成氣動薄膜調(diào)節(jié)閥是由上部的薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和下部的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由波紋膜片、上下膜蓋、平穩(wěn)彈簧等部件組成的

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是由閥體、閥桿、閥芯、閥座等部件所組成閥心閥桿閥體氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的類型直通單座調(diào)節(jié)閥三通調(diào)節(jié)閥蝶閥高壓角形調(diào)節(jié)閥隔膜調(diào)節(jié)閥直通雙座調(diào)節(jié)閥直通單座調(diào)節(jié)閥氣動薄膜調(diào)節(jié)閥三通調(diào)節(jié)閥三通閥可以把一路流體分成兩路，或是把兩路流體合為一路，它們是在直通單座或雙座調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，可以代替兩個直通閥

二位三通電磁閥蝶閥蝶閥又稱為翻板閥。其結(jié)構(gòu)如圖。它利用擋板的旋轉(zhuǎn)改變流通面積來控制流量高壓角形調(diào)節(jié)閥鑄造成型的角形結(jié)構(gòu)，如圖所示。為了延長使用壽命，適應(yīng)高壓差下流體的沖刷和氣蝕，閥芯頭部可采用硬質(zhì)合金或可淬硬鋼滲鉻等，閥座則采用可淬硬鋼滲鉻

隔膜調(diào)節(jié)閥隔膜調(diào)節(jié)閥采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕的隔膜代替閥芯組件，由隔膜起控制作用，如圖所示直通雙座調(diào)節(jié)閥直通雙座調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)如圖所示。閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座，流體從左側(cè)進(jìn)入，通過閥芯閥座后匯合，從右側(cè)流出

直接控制式電磁閥調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流體通過閥門的相對流量與閥門的相對開度數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

理想流量特性：調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時得到的流量特性直線流量特性其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：對數(shù)流量特性其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

快開流量特性在小開度時，就有較大流量，隨著開度的增加，流量很快就增加到最大，此后再增加開度，流量的變化很小調(diào)節(jié)閥的流量特性工作流量特性：調(diào)節(jié)閥前后壓差變化時的流量特性系統(tǒng)的總壓差氣動薄膜閥的選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型式的選擇要根據(jù)工藝條件差、工藝介質(zhì)的物理化學(xué)性、是否有毒性、是否含懸浮顆粒等。過程控制的要求如精度、可調(diào)比、噪音等。并參照各種調(diào)節(jié)閥的特點，兼顧其經(jīng)濟(jì)性來選擇調(diào)節(jié)閥的類型，同時還必須考慮調(diào)節(jié)閥的材質(zhì)、公稱壓力等級和上閥蓋的型式及所用的密封填料等問題氣動薄膜閥的選擇氣開、氣關(guān)形式的選擇調(diào)節(jié)閥的流量直接影響到系統(tǒng)的控制質(zhì)量和穩(wěn)定性，需要正確選擇?？扉_特性一般應(yīng)用于雙位控制和程序控制，因此流量特性的選擇主要是直線特性和對數(shù)特性的選擇。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥動態(tài)特性和變差

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性Rpc減小調(diào)節(jié)閥時間常數(shù)的措施是：盡量縮短氣壓信號管線的長度氣壓信號傳送管線的直徑要選擇得當(dāng)采用閥門定位器氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的安裝調(diào)節(jié)閥應(yīng)正立安裝在水平管道上，特殊情況下需要傾斜安裝時，除小口徑調(diào)節(jié)閥外，一般應(yīng)加支撐調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量安裝在靠近地面或樓板地方,其上、下方應(yīng)有足夠的空間，以便維護(hù)和檢修調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在溫度低于60℃度，高于－40℃，相對濕度小于80%、無振動、無腐蝕的地方，為避免膜片受熱老化，調(diào)節(jié)閥的上膜蓋與載熱管道或設(shè)備之間的距離應(yīng)大于200mm氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的安裝調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與管道通徑不同時，兩者之間應(yīng)加一段異徑管,為使調(diào)節(jié)閥的控制作用顯著，管道口徑一般都大于調(diào)節(jié)閥的口徑調(diào)節(jié)閥安裝時一般應(yīng)設(shè)置旁路，并裝有旁路閥和切斷閥，在調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障需要維修或拆裝時，可通過旁路繼續(xù)維持生產(chǎn)調(diào)節(jié)閥必須經(jīng)常維護(hù)和定期檢修二、閥門定位器閥門定位器的作用改善調(diào)節(jié)閥的定位精度控制質(zhì)量高有利閥桿正確定位使用于惡劣環(huán)境較好的抗阻力使用閥門定位器，可以改善閥的動態(tài)特性可以很方便地改變調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)用閥門定位器實現(xiàn)分程控制氣動閥門定位器氣動閥門定位器接受氣動調(diào)節(jié)器的輸出，并產(chǎn)生與調(diào)節(jié)器輸出成比例的氣壓信號，去控制氣動調(diào)節(jié)閥，它是按力矩平衡原理工作的

電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器接受電動調(diào)節(jié)器的輸出I(0－10mA或4－20mA直流電信號)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)器輸出信號成比例的氣壓信號P去控制氣動調(diào)節(jié)閥。

電氣轉(zhuǎn)換器三、DKJ型電動執(zhí)行器伺侯電機(jī)伺侯放大器三、DKJ型電動執(zhí)行器其主要技術(shù)參數(shù)如下：

1、電源：AC220V+10-15%；

2、控制方式：開關(guān)量控制；

3、輸出轉(zhuǎn)角：0～90°范圍內(nèi)任意設(shè)定，零點在360°范圍內(nèi)任意設(shè)定；

4、全行程時間：≤60秒；

5、使用環(huán)境溫度：

(1)、普通型-10℃～55℃；

(2)、高溫型：可在150℃情況下，正常工作一小時；

(3)、帶高溫隔熱罩型：可承受280℃1小時的極限溫度；

6、使用環(huán)境濕度：≤95%RH不結(jié)露。四、ZSL型氣動執(zhí)行器其主要技術(shù)參數(shù)如下：

1、電源：AC220V+10-15%；2、氣源：0.4-0.6Mpa3、控制方式：4-20mA；

4、輸出轉(zhuǎn)角：0～90°范圍內(nèi)任意設(shè)定，零點在360°范圍內(nèi)任意設(shè)定；

5、全行程時間：≤30秒；6、輸出信號：4-20mA7、具備三斷自鎖功能

五、智能電動執(zhí)行器代表品牌：西門子ROTORK

第五節(jié)常用自動控制系統(tǒng)分析主要內(nèi)容單回路自控系統(tǒng)分析及整定串級控制系統(tǒng)分析及整定前饋--反饋控制系統(tǒng)分析其它控制系統(tǒng)分析單回路自控系統(tǒng)分析及整定搞清楚單回路控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則，了解系統(tǒng)投運的過程

被控變量的選擇操縱變量的選擇在系統(tǒng)設(shè)計時對檢測變送環(huán)節(jié)的考慮調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇一、單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計被控變量的選擇儲罐HTHC差壓變送器液位調(diào)節(jié)器執(zhí)行器直接控制變量被控變量的選擇進(jìn)料回流罐冷卻劑蒸汽塔底產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品回流精餾塔再沸器間接控制操縱變量的選擇控制通道特性對控制質(zhì)量的影響放大系數(shù)K的影響時間常數(shù)T的影響純滯后τ0的影響擾動通道特性對控制質(zhì)量的影響操縱變量必須是工藝上允許控制的變量操縱變量對被控變量的影響應(yīng)比擾動對被控變量的影響更靈敏應(yīng)使主要擾動進(jìn)入的位置靠近調(diào)節(jié)閥，遠(yuǎn)離被控變量的檢測元件對檢測變送環(huán)節(jié)的考慮純滯后PH值控制系統(tǒng)示意圖式中：分別為主管道，支管道的長度和液體流速對檢測變送環(huán)節(jié)的考慮YYT減小滯后的辦法：正確選擇檢測元件的安裝位置選用快速檢測元件在檢測元件之后引入微分作用，以補(bǔ)償測量滯后的動態(tài)誤差信號傳送滯后信號傳送滯后:是指氣壓信號在管路傳送過程中所引起的滯后減小的的辦法：盡量縮短氣壓信號的的長度使用氣-電轉(zhuǎn)換器按實際情況采用基地式調(diào)節(jié)器，以消除變送器到調(diào)節(jié)器之間的信號傳送滯后調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律對控制質(zhì)量的影響YT

PIPPIDPD各種控制作用過渡過程比較調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的的選擇位式調(diào)節(jié)器：適用于滯后較小，負(fù)荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高比較控制：是最基本的控制規(guī)律，它的輸入，輸出成比例比例積分控制：用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，工藝上允許有余差的場合比例微分控制：能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量二、單回路控制系統(tǒng)整定

調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定：就是在一個已經(jīng)調(diào)校好的控制系統(tǒng)中，去選擇和設(shè)置合適的調(diào)節(jié)器的比例度、積分時間和微分時間，使調(diào)節(jié)器與過程的特性相適應(yīng)，來改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，獲取最佳控制效果系統(tǒng)整定方法：臨界比例度法衰減曲線法經(jīng)驗法臨界比例度法具體整定方法：在閉合運行的控制系統(tǒng)中，將調(diào)節(jié)器的Ti置最大，Td置零，系統(tǒng)處于純比例作用之下根據(jù)臨界過程參數(shù)(即δk和Tk)，按經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)值δ、Ti、Td。將比例度調(diào)在比計算值略大一點，積分時間和微分時間分別置于計算值上，觀察過渡過程曲線逐漸將比例度降至計算值，適當(dāng)調(diào)整和修改Ti和Td，直至獲得滿意的過渡過程曲線為止

衰減曲線法具體整定方法：在閉合運行的控制系統(tǒng)中，將調(diào)節(jié)器的Ti置最大、Td置零，使系統(tǒng)處于純比例作用下，比例度放大較大的數(shù)值上，待系統(tǒng)穩(wěn)定用改變設(shè)定值的辦法加入階躍擾動，觀察記錄曲線的衰減比直到出現(xiàn)4:1衰減比為止，記下此時的比例度δs，并從過渡過程曲線上求出衰減振蕩周期Ts根據(jù)δs、Ts、按表5-2中的經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)值δs、Ts、Ti、Td。將調(diào)節(jié)器的比例度放在比計算值稍大的數(shù)值上，Ti、Td分別置于計算值上，觀察過渡過程曲線，逐漸將比例度降至計算值上，圩至過渡過程曲線滿意為止經(jīng)驗法經(jīng)驗湊試法的兩種整定順序

認(rèn)為比例作用是基本作用，采用先比例、后積分微分的順序

閉合運行的控制系統(tǒng)中，將調(diào)節(jié)器的Ti置最大、Td置零、δ取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，改變設(shè)定值加入擾動，觀察記錄曲線，若超調(diào)量大且趨于非周期，應(yīng)減小比例度；若振蕩過于劇烈，則應(yīng)加大比例度，使系統(tǒng)達(dá)到4:1衰減振蕩的過渡過程為止在積分作用之前，需將已湊試好的比例度加大10-20%，然后再將積分時間Ti由大到小進(jìn)行湊試，若曲線回復(fù)時間很長，應(yīng)減小Ti；若曲線波動較大則應(yīng)增大Ti，直到系統(tǒng)達(dá)到4:1衰減振蕩的過渡過程為止若系統(tǒng)需加入微分作用，δ應(yīng)取得比純比例作用時更小些，Ti也應(yīng)減小些，一般先取Td=(1/3～1/4)Ti，將微分時間Td由小到大湊試，若曲線超調(diào)量大而衰減慢，應(yīng)增大Td；若曲線振蕩厲害則應(yīng)減小Td，同時觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整Ti、δ，以使過渡時間短、超調(diào)量小，控制質(zhì)量達(dá)到工藝要求為止調(diào)節(jié)器參數(shù)的經(jīng)驗值δT1（分）TD（分）壓力30~700.4~3液位20~801~5流量40~1000.1~1溫度20~603~100.5~3調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律經(jīng)驗法經(jīng)驗整定法的關(guān)鍵是──看曲線、調(diào)參數(shù)一般情況下，調(diào)節(jié)器的比例度過小、或積分時間過短、或微分時間過長，都會產(chǎn)生周期性的劇烈振蕩，甚至等幅振蕩如果比例度過大或積分時間過長，都會使過渡過程變化緩慢，不能較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)整定過程過程中，除調(diào)節(jié)器參數(shù)影響過程曲線外，系統(tǒng)中的變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等調(diào)校不良、選擇不當(dāng)以及系統(tǒng)中存在正弦干擾等等原因，都會引起被控變量的振蕩，都會在過渡過程曲線中反映出來，要進(jìn)行具體分析，正確判別其原因三、單回路控制系統(tǒng)的投運

準(zhǔn)備工作熟悉工藝過程

現(xiàn)場校驗檢查調(diào)節(jié)器的正、反作用方向及調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式系統(tǒng)投放安裝示意圖DTL-121型調(diào)節(jié)器組成控制的投放QTL-500型氣動調(diào)節(jié)器組成控制系統(tǒng)的投放蒸汽LTLT正作用氣關(guān)閥給水鍋爐水位控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥采用氣關(guān)式，一旦調(diào)節(jié)閥的輸入信號中斷時，閥門自動打開，給鍋爐供水，以防止鍋爐燒干而出事故載熱體汽關(guān)閥冷物料反作用TCTT換熱器出口溫度控制換熱器出口溫度控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)閥采用氣開式，一旦調(diào)節(jié)閥的輸入信號中斷時，閥門自動關(guān)閉，以防止換熱器溫度不斷升高而使被加熱物料分解系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運一般要經(jīng)過現(xiàn)場人工操作、手動遙控、自運控制等三個步驟：123調(diào)節(jié)器安裝示意圖串級控制系統(tǒng)分析及整定串聯(lián)控制系統(tǒng)概述加熱爐出口溫度與爐膛溫度串聯(lián)控制系統(tǒng)串聯(lián)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其方塊圖串聯(lián)控制的工作過程串聯(lián)控制系統(tǒng)的特點及適用場合對進(jìn)入副回路的擾動有較快，較強(qiáng)的能力可以改善過程的特性可以消除副過程和調(diào)節(jié)閥非線形特性的影響一、串級控制系統(tǒng)串聯(lián)控制系統(tǒng)的設(shè)計副變量的選擇和副回路的設(shè)計副回路必須包括主要擾動和較多個擾動副回路必須使主、副過程的時間常數(shù)和時滯適當(dāng)匹配主、副回路變量間在工藝上有一定的內(nèi)在聯(lián)系、考慮工藝的合理和經(jīng)濟(jì)性主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器正、反作用的確定加熱爐出口溫度與爐膛溫度的串聯(lián)控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)系統(tǒng)能把所有的擾動都包括在控制回路之中，并用一個溫度調(diào)節(jié)器來教正擾動的影響溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥爐膛爐膛壁出口管溫度檢測變送器設(shè)定+系統(tǒng)方框圖加熱爐出樓溫度串聯(lián)控制系統(tǒng)解決滯后時間大與控制質(zhì)量要求高之間的矛盾，保持加熱爐出口溫度為某一定值串聯(lián)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其方塊圖串級控制系統(tǒng)是由兩個檢測變送器、兩個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥組成的。兩個調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，其中主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器的輸出才送往調(diào)節(jié)閥，其組成方塊圖如圖

：系統(tǒng)方框圖主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副過程主過程主檢測變送器設(shè)定+副檢測變送器串聯(lián)控制系統(tǒng)的工作過程

串級控制系統(tǒng)的工作過程，就是指在擾動作用下，引起主、副變量偏離設(shè)定值，由主、副調(diào)節(jié)器通過控制作用克服擾動，使系統(tǒng)恢復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。以加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)為例：溫度調(diào)節(jié)器1溫度調(diào)節(jié)器2調(diào)節(jié)閥溫度過程2溫度過程1主檢測變送器設(shè)定+副檢測變送器加熱出口溫度串聯(lián)控制系統(tǒng)方框圖串聯(lián)控制系統(tǒng)的工作過程一旦系統(tǒng)受到擾動破壞了平衡，引起主、副變量偏離設(shè)定值時，系統(tǒng)的主、副調(diào)節(jié)器便進(jìn)行工作，根據(jù)擾動進(jìn)入系統(tǒng)的位置的不同，可分為以下三種情況：擾動作用于副回路擾動作用于主過程擾動同時作用于副回路和主過程

串級控制系統(tǒng)特點及適用場合

在串級控制系統(tǒng)中，由于副回路的存在，對于進(jìn)入其中的擾動具有較強(qiáng)的克服能力；由于副回路的存在，改善了過程的動態(tài)特性，加快了系統(tǒng)的工作頻率，提高了控制質(zhì)量。此外，副回路的快速隨動特性，使串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。因此當(dāng)過程的時間常數(shù)大，滯后大，負(fù)荷變化大，擾動作用大而頻繁，對于控制品質(zhì)要求又高，單回路控制不能滿足要求時，則宜采用串級控制系統(tǒng)。在熱力生產(chǎn)過程中，鍋爐給水控制系統(tǒng)、過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、燃燒過程自動控制系統(tǒng)都大量采用串級控制系統(tǒng)副回路必須包括主要擾動和較多個擾動加熱爐出口溫度與燃料流量串聯(lián)控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)中，若主要擾動是爐膛壓力和燃料熱值的變化，它們都要先反映在爐膛溫度的變化上，故選爐膛溫度為副變量，使主要擾動進(jìn)入副回路聚合釜串級控制系統(tǒng)

副過程的動態(tài)特性將大大改善，可以充分發(fā)揮副回路的長處，構(gòu)成加熱爐出口溫度與燃料流量串級的控制系統(tǒng)。如圖。這種串級控制方案的應(yīng)用是很多的

副回路必須使主、副過程的時間常數(shù)和時滯適當(dāng)匹配在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，主、副回路間的動態(tài)聯(lián)系十分密切，具有相互關(guān)聯(lián)作用。當(dāng)主、副過程的時間常數(shù)相近時，主、副回路的工作頻率也就很接近，這樣，在擾動作用下，不論哪個變量發(fā)生振蕩，必然引起另一個變量也振蕩，它們相互影響，使主、副變量大幅度地變化，系統(tǒng)不能正常工作，產(chǎn)生“共振”。共振現(xiàn)象對系統(tǒng)的運行很不利，其防止的措施是：在設(shè)計時應(yīng)將主、副過程的時間的常數(shù)錯開；在運行中整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時把主、副回路的工作頻率拉開。主、副變量間在工藝上應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系在串級控制中引入副變量，是為了提高和保證主變量的控制質(zhì)量。當(dāng)主變量選定以后，選擇的副變量與主變量之間必須要有一定的對應(yīng)關(guān)系。從串級控制系統(tǒng)的方塊圖上看，操縱變量的變化，首先是影響副變量，再由副變量去影響主變量，主、副變量間在工藝上有串聯(lián)對應(yīng)的關(guān)系。也就是說，控制好所選的副變量就能使主變量盡快回到或穩(wěn)定在設(shè)定值上。主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇序號工藝對主、副變量的要求應(yīng)選控制規(guī)律主變量副變量主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器1重要儀表，要求很高要求不高，允許有余差PIDP2主要指標(biāo)，要求較高主要指標(biāo)，要求較高PIPI3要求不高，互相協(xié)調(diào)要求不高，互相協(xié)調(diào)PP不同情況下選用的控制規(guī)律主副調(diào)節(jié)器正、反作用的確定在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，在系統(tǒng)投運和整定之前，必須確定主副調(diào)節(jié)器的正、反作用。串級控制系統(tǒng)中，副調(diào)節(jié)器的正、反作用是根據(jù)調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)決定的；主調(diào)節(jié)器的正、反作用是根據(jù)副變量對主量的影響確定的，一般與調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式無關(guān)，只有在要求系統(tǒng)進(jìn)行主控時，才考慮調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式。

前饋--反饋控制系統(tǒng)分析前饋控制系統(tǒng)反饋控制能將引起被控變化的所有擾動都包括在系統(tǒng)之中，調(diào)節(jié)器是按偏差進(jìn)行工作的。因此只有在擾動使被控變量偏離設(shè)定值以后，調(diào)節(jié)器才進(jìn)行控制，以克服擾動對被控變量的影響。前饋控制是改善和克服反饋控制不及時性的另一種控制方法。它是利用補(bǔ)償原理，采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，按擾動作用的大小進(jìn)行控制的前饋--反饋控制系統(tǒng)載熱體汽關(guān)閥冷物料反作用TCTT工藝要求保持加熱器出口溫度為某一定值。影響加熱器出口溫度的因素很多，有進(jìn)料流量和溫度的變化（用擾動ｆ1表示）、加熱蒸汽壓力的變化（用擾動ｆ2表示）等等。加熱器出口溫度的反饋控制系統(tǒng)如圖所示載熱體汽關(guān)閥冷物料反作用FFCFT如果進(jìn)料流量的變化很大而且頻繁，是影響加熱器出口溫度的主要擾動，加熱器的滯后現(xiàn)象又較顯著單回路反饋控制達(dá)不到工藝的要求，這時可以采用前饋控制，如圖

反饋控制與前饋控制的不同系統(tǒng)的檢測信號不同。前者是被控變量，后者是擾動量系統(tǒng)控制的依據(jù)不同。前者是偏差的大小，后者是擾動量的大小控制模式不同。前者采用常規(guī)的ＰＩＤ調(diào)節(jié)器，能校正包括在系統(tǒng)中的全部擾動（ｆ1、ｆ2等），而后者只能對引入補(bǔ)償裝置的擾動量進(jìn)行校正載熱體汽關(guān)閥冷物料反作用FFCFT+TCTT圖是換熱器的前饋－反饋控制系統(tǒng)，它是單回路反饋控制與前饋控制的組合。系統(tǒng)中前饋控制補(bǔ)償進(jìn)料量的變化，反饋控制則克服其它擾動因素。系統(tǒng)的校正作用是前饋補(bǔ)償裝置FFC和溫度調(diào)節(jié)器TC輸出信號的疊加，通過加法器相加以后送往調(diào)節(jié)閥，能較快地把物料出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上圖是加熱爐的前饋－反饋控制系統(tǒng)。若負(fù)荷變化是主要擾動原料的流量檢測信號直接送往前饋補(bǔ)償裝置FFC，補(bǔ)償后的輸出與爐出口溫度調(diào)節(jié)器TC的輸出相疊加以后，去控制燃料流量，這樣的控制系統(tǒng)能使?fàn)t出口溫度的穩(wěn)定程度大大提高汽包給水爐膛蒸汽燃料反反LS鍋爐蒸汽壓力選擇性控制系統(tǒng)圖為輔助鍋爐蒸汽壓力與燃料壓力組成的選擇性控制系統(tǒng)。蒸汽符合隨用戶的需要多少經(jīng)常性的波動，蒸汽壓力與進(jìn)入爐膛的燃料有關(guān)。第六節(jié)熱力過程自動控制系統(tǒng)

在熱力生產(chǎn)過程中，汽包鍋爐水位是正常運行的主要指標(biāo)之一，是非常重要的被調(diào)量，在鍋爐運行中占據(jù)首要地位。所以，工業(yè)鍋爐的自動化大多數(shù)都是從汽包水位自動調(diào)節(jié)開始的。上一頁返回首頁工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)被調(diào)量：汽包水位蒸汽壓力過熱蒸汽溫度爐膛負(fù)荷過?？諝庀禂?shù)干擾因素：蒸汽負(fù)荷鍋爐給水量燃料量減溫水送風(fēng)和引風(fēng)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁返回首頁汽包鍋爐給水自控系統(tǒng)分析本節(jié)內(nèi)容給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)和調(diào)節(jié)對象特性給水流量的調(diào)節(jié)方式給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)

給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)主要包括兩個方面：一是使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動；二是保持給水量的穩(wěn)定。上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動。汽包水位的高低反映了給水量和蒸發(fā)量之間的物料平衡關(guān)系。汽包鍋爐正常水位一般規(guī)定在汽包中心線以下100—200mm處，允許波動范圍為±50mm。汽包水位的高低直接影響鍋爐的安全運行和蒸汽的品質(zhì)。上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)水位過高，會影響汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時導(dǎo)致蒸汽帶水量增加，使過熱器管壁和汽輪機(jī)噴嘴、葉片結(jié)垢，甚至造成汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉輪；水位過低，則破壞了正常水循環(huán)，以致燒壞某些受熱面，影響鍋爐壽命，嚴(yán)重時會造成爆炸事故，危及人身和設(shè)備的安全。上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)

所以，及時調(diào)整給水流量，維持給水流量與蒸汽流量間的平衡關(guān)系，以適應(yīng)負(fù)荷變化的要求，實現(xiàn)汽包鍋爐水位自動調(diào)節(jié)十分必要。上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)保持給水量的穩(wěn)定內(nèi)鍋爐在正常運行時，如果給水流量劇烈波動，會影響省煤器和給水管道的安全運行，所以負(fù)荷不變時，給水流量不應(yīng)出現(xiàn)劇烈波動。引起水位變化的擾動因素很多，但主要擾動是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)是根據(jù)汽包水位的動態(tài)特性來設(shè)計的。以汽包水位H作為被調(diào)量，以給水調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變調(diào)節(jié)量，即給水量，達(dá)到保持水位在允許的范圍之內(nèi)。上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)引起水位變化的擾動因素很多，但主要擾動是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。根據(jù)鍋爐的容量、負(fù)荷變化的快慢以及調(diào)節(jié)精度的要求，汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為：上一頁返回目錄一、給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)

（1）以汽包水位為唯一調(diào)節(jié)信號的給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；調(diào)節(jié)；（2）以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量為補(bǔ)充信號的給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；（3）以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量和給水流量為補(bǔ)充信號的給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

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汽包鍋爐給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)使用廠家的要求和條件，可以選用電動儀表、氣動儀表，也可以選用組裝儀表或鍋爐自控儀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)控制技術(shù)在汽包鍋爐自動控制中的應(yīng)用越來越多。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式

目前，給水流量的調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是依靠改變調(diào)節(jié)閥門開度來改變給水量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，另一種是依靠改變給水泵的轉(zhuǎn)速來改變給水量的變速調(diào)節(jié)方式。以往，由于受到變速水泵制造技術(shù)的限制，鍋爐大都采用定速水泵供水。鍋爐給水量改變是依靠改變調(diào)節(jié)閥門的開度來實現(xiàn)的，稱為給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，其系統(tǒng)示意圖和節(jié)流調(diào)節(jié)原理圖如圖7-1所示：上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

(a)節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖(b)節(jié)流調(diào)節(jié)原理

圖7-1給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

下面我們分別來討論在這三種擾動作用下給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。

1、給水流量擾動下的水位動態(tài)特性

給水流量擾動下的水位階躍響應(yīng)曲線如圖7-2所示.。當(dāng)給水流量階躍增加△W后，水位的變化如圖中曲線2所示。給水流量增加，一方面使進(jìn)入鍋爐汽包的給水量增加；另一方面使溫度較低的給水進(jìn)入省煤器、汽包及水循環(huán)系統(tǒng)，吸收了原有飽和水中的一部分熱量，致使水面下汽泡體積減小。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式圖7-2給水流量擾動下的水位階躍響應(yīng)曲線上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

(1)圖中曲線1為不考慮水面下汽泡容積變化，僅考慮物料不平衡時的水位反應(yīng)曲線。由于給水壓力很高，汽包水位變化對給水流量的自平衡作用可以忽略不計，所以反應(yīng)曲線1可以認(rèn)為是無自平衡能力積分環(huán)節(jié)的特性。(2)曲線3是不考慮物料不平衡關(guān)系，只考慮給水流量變化時水面下汽泡體積變化所引起的水位變化。給水流量增加時，汽泡體積收縮，水位逐漸下降，直到汽泡體積不再變化，所以曲線3可以看作為是慣性環(huán)節(jié)的特性。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式在給水流量擾動下，實際的水位變化曲線2可以認(rèn)為是曲線1和3的合成。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式總之，當(dāng)給水流量擾動時，水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性表現(xiàn)為有慣性的無自平衡能力特征。

也就是說，當(dāng)給水流量改變后水位并不立即變化。動態(tài)特性參數(shù)τ和ε的數(shù)值將用來說明水位響應(yīng)遲延時間的長短和響應(yīng)速度的快慢。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式2、蒸汽流量擾動下水位對象的動態(tài)特性

在蒸汽流量D擾動下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖7-4所示。當(dāng)蒸汽流量突然階躍增加時，此時鍋爐蒸發(fā)量大于給水量，只從物料守恒考慮，由于汽包水位對象是無自平衡能力的，這時水位應(yīng)按積分規(guī)律下降，如圖中H1曲線所示。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式圖7-4蒸汽流量D擾動下水位變化的階躍響應(yīng)曲線上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

但從能量守恒看，先假定當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時，燃料量能及時跟上，由于燃燒強(qiáng)度增加，鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng)，汽水混合物中的汽泡數(shù)量增加，水容積也迅速增大，使得汽水混合物體積膨脹，水位升高。

如果負(fù)荷變化時，燃料量來不及增加，由于蒸汽量的增加，使汽包內(nèi)的汽壓下降，相應(yīng)地降低了汽水混合物的飽和溫度，汽化加快，同樣使汽水混合物體積膨脹，水位升高。所以不管燃燒強(qiáng)度是否增加，都會使水面下汽泡容積增大導(dǎo)致水位上升.上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式因蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，當(dāng)蒸發(fā)量滿足負(fù)荷要求后，汽包壓力不再變化，容積增大速度減慢而達(dá)到穩(wěn)定，故汽泡容積的增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來描述，如圖中曲線H2所示。實際上水位變化曲線H如圖7-4所示，它是曲線H1和H2的合成。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

由圖中可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負(fù)荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)流量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升，過一段時間后再下降。反之，鍋爐負(fù)荷下降時，水位反而先下降。這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。這是因為在負(fù)荷變化的初始階段，水面下汽泡的體積變化很快，它對水位變化起著主要影響作用的緣故。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

因此，水位隨汽泡體積的增大而上升，只有當(dāng)汽泡容積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時，水位的變化就僅由物料的平衡關(guān)系來決定，這時水位就隨負(fù)荷的增大而下降，呈現(xiàn)無自平衡特性。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

實際上，改變汽輪機(jī)的用汽量引起的蒸汽流量的階躍擾動，必定引起汽壓的變化，汽壓變化也會影響到水面下汽泡的體積變化，所以實際的虛假水位現(xiàn)象會更嚴(yán)重些。

虛假水位的變化幅值與鍋爐負(fù)荷的大小有關(guān)，根據(jù)100—230t/h中高壓鍋爐的資料，當(dāng)負(fù)荷階躍擾動10%時，虛假水位的變化幅值可達(dá)30-40mm?？梢姡摷偎坏姆凳窍喈?dāng)大的。上一頁返回目錄二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式3、爐膛熱負(fù)荷擾動下水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性

當(dāng)燃料量擾動時，例如燃料量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強(qiáng)，這時鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增大而使汽壓升高，即使用汽調(diào)節(jié)閥門不動，蒸汽流量也會有所增加。這樣，蒸汽流量大于給水流量，水位應(yīng)該下降。但蒸發(fā)強(qiáng)度增大，同樣使水面以下汽泡體積增大，因此在爐膛熱負(fù)荷擾動下水位調(diào)節(jié)對象也會出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象。上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

現(xiàn)代電站鍋爐水位調(diào)節(jié)對象動態(tài)特性的特點，決定了采用單回路反饋系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)普遍采用三沖給水自動調(diào)節(jié)方案，如圖7-6所示。

1、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)的組成圖7-6為常用的單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意。給水調(diào)節(jié)器接受汽包水位H，蒸汽流量D和給水流量W三個信號。其輸出信號去調(diào)節(jié)給水流量，其中汽包水位是被調(diào)量，所以水位信號稱為主信號。上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案圖7-6單級三沖量給水系統(tǒng)上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案（2）調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性是被調(diào)量H與鍋爐負(fù)荷D的靜態(tài)關(guān)系。對于單信號水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，只要采用比例積分調(diào)節(jié)器，不管負(fù)荷如何變化，靜態(tài)時的水位H將始終等于其給定值，即被調(diào)入量沒有靜態(tài)偏差，但當(dāng)調(diào)節(jié)器接受多個輸入信號時，H和D之間關(guān)系就不這樣簡單了。為了討論多信號時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性首先應(yīng)確定送入調(diào)節(jié)器的各信號極性。圖7-7為單極三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，圖中示出了極性及其輸入信號。

上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案圖7-7單級三沖量給水系統(tǒng)

圖7-8單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性

上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時，為了保持汽包水位的恒定，調(diào)節(jié)器的正確動作應(yīng)增大給水流量，即調(diào)節(jié)器輸出控制信號與蒸汽流量信號的變化方向相同，所以蒸汽流量信號定為“+”號（極性）；

給水流量信號是反饋信號，它是為穩(wěn)定給水流量而引入調(diào)節(jié)系統(tǒng)的，所以定為“-”號（極性）。

上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

當(dāng)汽包水位H增加時，為了維持水位，調(diào)節(jié)器的正確操作應(yīng)使給水流量減小；水位降低時應(yīng)增加給水流量，即調(diào)節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號的變化方向相反。因此水位信號應(yīng)規(guī)定為負(fù)號。但由于汽包鍋爐的水位測量裝置—平衡容器本身具有反號的特性，所以進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號應(yīng)定為正號。

上一頁返回目錄三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案（3）單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析單級三沖量給水系統(tǒng)的方框圖為7-9。

圖7-9單級三沖量給水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的方框圖

上一頁返回目錄串級三沖量加前饋控制方案快速消除虛假水位消除給水側(cè)擾動補(bǔ)償汽包水位三、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案D—蒸汽流量；W1—給水流量擾動；W2—調(diào)節(jié)閥對給水流量的調(diào)節(jié)作用；W—給水流量（W=W1+W2）；GHW（S）—給水流量擾動下水位對象的傳遞函數(shù)；GHD（S）—蒸汽流量擾動下水位對象的傳遞函數(shù)；γH

，γW

，γD

—分別為水位，給水流量，蒸汽流量變送設(shè)備的斜率；αD、αW

—蒸汽流量和給水流量信號的分流系數(shù)；KZ—執(zhí)行器的傳遞函數(shù)；KU—調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)。

上一頁返回目錄過熱汽溫控制系統(tǒng)分析本節(jié)內(nèi)容動態(tài)特性分析過熱汽溫自控系統(tǒng)再熱汽溫控制系統(tǒng)上一頁返回目錄過熱汽溫控制系統(tǒng)分析鍋爐蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)包括過熱蒸汽溫度和在熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持鍋爐過熱器及再熱器的出口汽溫在允許的范圍之內(nèi)。

上一頁返回目錄過熱汽溫控制系統(tǒng)分析一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對象的特性

1、過熱汽溫調(diào)節(jié)的任務(wù)

過熱蒸汽溫度是鍋爐運行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。過熱汽溫的高低都會顯著影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。過熱汽溫過高，可能造成過熱器，蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞；過低，會引起電廠熱耗上升，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過載。所以，在鍋爐運行中，必須保持過熱汽溫穩(wěn)定在規(guī)定值附近。一般要求過熱汽溫與規(guī)定值的暫時偏差不超過正負(fù)10攝氏度，長期偏差不超過正負(fù)5攝氏度。

上一頁返回目錄一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對象的特性2、過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性

過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性指汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的靜態(tài)關(guān)系。對流式過熱器和輻射式過熱器的過熱汽溫靜態(tài)特性完全相反，如圖7-10所示。

現(xiàn)代大型機(jī)組的過熱器系統(tǒng)都采用了對流式過熱器，輻射式過熱器和批屏式過熱器交替串聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)，這有利于減小過熱器出口汽溫的偏差，改善了過熱器汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。上一頁返回目錄一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對象的特性

圖7-10過熱汽溫的靜態(tài)特性圖7-11過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性

上一頁返回目錄一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對象的特性3、過熱汽調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性

過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性是引起過熱汽溫變化的擾動與汽溫之間的動態(tài)關(guān)系。引起過熱汽溫變化的原因很多。歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的擾動主要來自三個方面：蒸汽流量變化（服從變化），加熱煙氣的熱量變化和減溫水流量變化（過熱器入口汽溫變化）。通過對過熱器汽溫調(diào)節(jié)對象作階躍擾動試驗，可得到在不同作用下對象的動態(tài)特性，如圖7-11所示。它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動態(tài)特性參數(shù)有較大的差別。

上一頁返回目錄二、過熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

目前被廣泛采用的是過熱汽溫調(diào)節(jié)方法。采用噴水減溫器時，由于對象的調(diào)節(jié)通道有較大的遲延和慣性以及運行中要求有較小的汽溫控制偏差，所以采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往不能獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。針對過熱汽溫調(diào)節(jié)對象調(diào)節(jié)通道慣性遲延大，被調(diào)信號反饋慢的特點，應(yīng)該從調(diào)節(jié)通道中找出一個比被調(diào)量反應(yīng)快的中間信號作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充反饋信號，以改善調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量。目前采用的過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種方案，串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用導(dǎo)前汽溫的微分信號作為補(bǔ)償信號的調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案。上一頁返回目錄二、過熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案1、串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

（1）過熱汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

圖7-12為過熱汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽溫調(diào)節(jié)對象由減溫器和過熱器組成，減溫水流量Wj為對象調(diào)節(jié)通道的輸入信號，過熱器出口汽溫為輸出信號。

對象調(diào)節(jié)通道的動太特性G0（s）：導(dǎo)前區(qū)

G1（S）；惰性區(qū)，傳遞函數(shù)為G2（S）。上一頁返回目錄二、過熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案圖7-12過熱汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁返回目錄二、過熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案2、采用導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1)導(dǎo)前微分系統(tǒng)組成：

采用導(dǎo)前汽溫微分信號的汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖7-13所示。這個系統(tǒng)引入了導(dǎo)前汽溫的微分信號作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。因為

和平

的變化趨勢是一致的，而且

的反應(yīng)比

的反應(yīng)快得多，因此它能迅速的反應(yīng)

的變化趨勢。

引入了的微分信號后，將有助于調(diào)節(jié)器的動作迅速性。上一頁返回目錄二、過熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案圖7-13導(dǎo)前汽溫微分信號的汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁返回目錄二、過熱蒸汽