第二课：热控控制系统培训

仪表及控制专业第二课：热控控制系统简介编写：贾琎中节能（合肥）可再生能源有限公司技术设备部目录1、控制系统简介2、MCS系统简介3、控制系统的应用4、热工保护与联锁3热控控制系统简介之控制系统简介过程控制什么是过程控制？工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。过程控制也称实时控制，是计算机及时的采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制和自动调节，如数控机床和生产流水线的控制等。现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及各公司间的激烈竞争，人工操作和一般的控制远远不能满足现代化生产的要求，工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，它是保证现代企业安全、优化、低耗和高效生产的主要技术手段。控制系统简介过程控制控制对象变送单元调节单元执行单元显示单元给定单元组合仪表的构成这是一个单元组合仪表构成的简单控制系统。图中控制对象代表生产过程中的某个环节，控制对象输出的被控变量（TPLF等），经变送、转换成相应的信号，送显示、记录、调节与给定单元来的给定值进行比较，将偏差值进行一定运算后，发出信号控制执行单元的动作，将阀门开大或关小，改变控制量，直到被控变量与给定值相等。概述控制系统简介过程控制LTLC给定值液位自动控制系统图中，检测变送器检测到水位高低，当水为高度与正常给定水位之间出现偏差时，调节器就会立刻根据偏差的大小去控制给水阀，使水位回到给定值上。从而实现水位的自动控制。详解FC流量控制系统图中，控制目标是保持流量恒定。当管道其他部分阻力发生变化或有其他扰动时，流量将偏离设定值。利用孔板作为检测元件，把孔板上、下游的差压接至差压变送器，将流量信号送至调节器与给定值进行比较，流量控制器根据偏差信号进行运算后将控制命令送至控制阀，改变阀门开度，就调整了管道中流体的阻力，从而影响了流量，使流量维持在设定值。控制系统简介给定值变送器测量值偏差e－zx＋控制器调节阀操纵变量给水、蒸汽、等对象扰动f被控变量水位、温度等自控系统由被控对象、检测元件、控制器和调节阀四部分组成。组成方框图如下：控制系统中常用名词术语：①、被控对象：需要实现控制的生产设备或生产过程装置，称为被控对象。②、被控变量：对象需要控制的变量，也就是说对象要求保持设定值的物理量，称为被控变量。③、操纵变量：受控制器操纵，用以使被控变量保持给定值的物料量或能量，称为操纵变量。④、干扰：除操纵变量以外作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰。⑤、设定值：被控变量的目标值，称为设定值。过程控制⑥、偏差：偏差理论上应该是指被控变量的设定值与实际值之差，但是能够直接获取的是被控变量的测量值，而不是实际值，因此也称为给定值与测量值之差，称为偏差。控制系统简介由于控制技术的广泛应用以及控制理论的发展，使得控制系统具有各种各样的形式，但总的来说分为两大类，即开环和闭环控制系统。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。开环控制系统控制系统简介分类系统的输出（被控变量）通过测量、变送环节，又返回到系统的输入端，与给定信号比较，以偏差的形式进入控制器，对系统起控制作用，整个系统构成一个封闭的反馈回路，这种控制系统统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环控制系统控制系统简介分类控制系统分类总结什么是开环与闭环？开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一个没有反馈环节闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制区别1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断馈环节控制系统分类开环控制系统举例投篮方框流程图大脑控制信号手臂,肢体篮球控制量篮球落点控制系统分类闭环控制系统举例加热炉的温度自动控制系统执行器（加热器）控制器（电子或微机控制装置）执行器（加热器）被控对象（加热炉）被控量（炉内温度）给定量（设定的温度）检测装置（热电偶）控制量（电压）比较器控制系统分类闭环控制系统举例执行器（加热器）其他闭环控制系统应用实例控制系统分类常见的开环控制系统执行器（加热器）游泳池定时注水自动控制系统窗帘（凉衣架）自动控制系统红外线自动门控制系统水泵自动抽水控制系统电子警察－车辆超速自动检测拍照控制系统电扇（电吹风）自动送风控制系统公共汽车车门自动控制系统升旗（人工）自动控制系统干手器自动控制系统学校作息铃声自动控制系统宾馆（酒店）自动叫醒控制系统防盗（火灾）自动报警控制系统音乐喷泉自动控制系统一次性投篮人工控制系统声控（光控）灯自动控制系统电水壶自动烧水控制系统十字路口红绿灯自动控制系统电梯自动升降控制系统控制系统分类常见的闭环控制系统执行器（加热器）冷水塔水位自动控制系统（闭环）游泳池设定水位自动控制系统（闭环）抽水马桶水箱水位自动控制系统（闭环）空调（室内温度）自动控制系统（闭环）冰箱（箱内温度）自动控制系统（闭环）恒温大棚（棚内温度）自动控制系统（闭环）饮水机烧水保温自动控制系统（闭环）电饭煲热饭保温自动控制系统（闭环）高压锅锅内压力自动控制系统（闭环）锅炉炉内压力自动控制系统（闭环）门卫人员（时刻注视状况）大门人工控制系统（闭环）游泳池水位（时刻注视状况）人工控制系统（闭环）控制系统简介执行器（加热器）复杂控制系统按控制系统的结构特征分类，控制系统所谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多参数具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上调节阀组成的多回路的自控系统，称之为复杂控制系统。目前常用的复杂控制系统有串级、比值、前馈、选择、分程及三冲量等。并且随着生产需要和科学技术的进步，又出现了许多新型的控制系统。这里我们讲讲串级与三冲量控制系统一、串级控制系统串级控制系统的特点：两个调节相串联，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象。串级控制系统的特点：1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较强的克服能力；2)、可以改善对象特性，提高工作效率；3)、可消除调节阀等非线性的影响；4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。复杂控制系统执行器（加热器）串级控制系统举个例子上图是个加热炉炉温的单回路控制系统。当负荷变化而引起炉温改变时，经温度传感器、PID调节器和调节阀V构成的控制系统，改变燃油量Q以平衡负荷的变化，而使炉温保持不变。但如果燃油的进口压力波动较大且波动频繁时，将会引起炉温的大幅度变化，为克服燃油压力波动带来的干扰，可以先构建一个燃油量的控制系统来消除油压的波动，而把炉温温控仪（单回路PID控制器）的输出作为流量调节器（外给定调节器）Q的给定值，形成回路，使流量调节器按炉温控制的需要而工作，构成了串级控制系统。复杂控制系统执行器（加热器）串级控制系统举个例子从方框图中可看出：“主调输出送副调，副调主调信号串”。所谓串级控制，就是用两个PID调节器串联在一起进行控制，主调（单回路PID调节器）的输出作为副调（外给定调节器）的给定，这也是串级控制系统名称的来历。串级系统有何难？主副回路内外环；主调输出送副调，副调主调信号串；副环粗调动作快，主环细调严把关；主副调节协调好，调节品质超简单。口诀：复杂控制系统执行器（加热器）串级控制系统举个例子串级控制系统中副回路因为在主回路之内，所以称为副环，主回路则称为外环，这就是口诀中的：“主、副回路内外环”。其中主回路是由主变送器、主控制器、执行器、主对象构成的一个闭合回路，也就是副回路反馈断开后的整个回路。副回路是由副变送器、副控制器、执行器、副对象构成的闭合回路。这样就有了主、副参数之分，主参数就是在串级控制系统中起主导作用的被调参数，即生产中的重要工艺指标。而副参数就是影响主参数的主要变量或者是为了满足某种关系的需要而引人的中间变量。这样根据主、副参数也就可以确定系统的主、副对象及相应的主副变送器了。复杂控制系统三冲量控制系统二、三冲量控制系统根据汽包水位，给水流量，蒸汽流量三个冲量经过PID计算来调节给水阀门开度，从而达到自动控制给水流量的目的。一般来说，三冲量调节是针对汽包调节的，其三个冲量分别是汽包液位，给水流量和蒸汽流量。从结构上来说，三冲量调节实际上是一个带的串级控制系统。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。汽包液位是主变量，给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力（流量）的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的信号作为前馈信号引入。因为蒸汽流动的波动是引起汽包液位变化的一个因素，是干扰作用，蒸汽流动波动时，通过测量引入FC，使给水流量作相应的变化，所以这是按干扰量进行控制的，是前馈作用。∑LCFC蒸汽汽包给水例如：要求将手伸至某一目标物，脑发出神经冲动指令一定的肌群收缩，同时又通过前馈机制，使这些肌肉的收缩活动能适时地受到一定的制约，因而手不会达不到目标物，也不致伸得过远，整个动作能完成的很准确。在这种调控过程中，前馈控制和反馈控制又是常常互相配合的。例如在脑指挥肌肉活动的过程中，肌肉和关节中的感受器将肌肉活动的信息反馈到脑，因此，脑可以对肌肉实际活动的情况与原先设计的动作要求之间的偏差进行分析，再对前馈信号进行调整，在以后再指令作同样的动作时，发出的前馈信号就更加准确，是完成动作能更接近设计的要求前馈信号21热控控制系统简介之MCS系统简介MCS简介MCS包括从电网负荷要求改变到锅炉、汽轮机根据自身的能力适应负荷要求的所有自动控制系统。什么叫MCS？MCS系统概述模拟量控制系统一般称为MCS。一般情况下，我们可以认为MCS是包括了除DEH与旁路控制系统以外的所有自动控制系统。延伸什么叫SCS？顺序控制系统（sequencecontrolsystem）按照生产过程工艺要求预先拟定的顺序，有计划、有步骤、自动地对生产过程进行一系列操作的系统，称之为顺序控制系统。顺序控制也称程序控制，在发电厂中主要用于主机或辅机的自动启停程序控制，以及辅助系统的程序控制。什么叫DAS？数据采集系统（dataacquisitionsystem）又称为计算机监控系统，其基本功能是对机组整个生产过程参数进行在线检测，经处理运算后以CRT画面形式提供给运行人员。该系统可进行自动报警，制表打印，性能指标计算，事件顺序记录，历史数据存储以及操作指导等。MCS系统简介执行器（加热器）电厂生产过程的MCS控制电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机运转，并带动发电机发电。所以火力发电生产过程的控制大致包括三部分：锅炉控制、汽机控制和两者的协调控制。一、锅炉控制锅炉是全厂重要的动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使锅炉产汽量负荷的要求。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须等严格控制。锅炉是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。负荷给水量减温水燃烧量送风量引风量水位蒸汽温度蒸汽压力过剩空气炉膛负压锅炉对象简图锅炉这些变量之间是相互关联的。如蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水的变化不仅影响汽包液位、蒸汽压力、过热蒸汽温度等；所以锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的被控对象，目前一般将锅炉设备控制划为几个控制系统