第一讲热控专业基本概念.doc

第一章 热控专业基布概念………………………………………………1 第一节 生产过程的自动控制……………………………………………………1 第二节 程序控制与热工保护…………………………………………………7 第三节 热控专业功能划分……………………………………………………10 第四节 控制系统的图例描述…………………………………………………13 第一章 热控专业基本概念 第一节 生产过程的自动控制 一、人工控制和自动控制 人工控制是指运行人员根据对生产过程热工参数变化原因的分析，手动操作某一阀门或挡板的开度，改变流入量或流出量，使参数恢复到给定值。图l-1为锅炉汽包水位进行人工控制的示意图。在锅炉运行过程中，水位H是否稳定在给定值，是给水流量W和蒸汽流量D是否平衡的标志。运行人员要经常注视水位指示值是否符合给定的水位值，若水位偏高或偏低，就要关小或开大给水控制阀门进行人工控制，直到水位H重新恢复到规定的数值H0，这一操作过程就称为控制，被控制的生产过程或设备称为被控对象。本例中汽包水位是表征锅炉工作过程是否正常运行的物理量之一，这种表征生产过程是否正常进行而需要加以控制的物理量称为被控量，被控量所应具有的数值称为给定值(或规定值、希望值)。对被控量的控制一般都是通过改变参与生产过程的某一物质的流量或能量来实现的，因此在生产设备上必须装有可用来改变进入被控对象的物质或能量的装置，这个装置称为执行机构。 改变执行机构的位置从而控制被控量的作用称为控制作用。除控制作用外，引起被控量变化的其他因素称为扰动。汽包水位的变化由流入锅炉汽包的给水流量(即流入量)W的变化或蒸汽流量(即流出量)D的变化引起。显然，当汽包水位等于给定值时，流入量与流出量平衡时是不需要控制的。一旦由于外界负荷的变化，流出量发生变化时，流入量与流出量失去平衡，汽包水位就必然发生变化。这时运行人员应根据水位的高低去关小(或开大)给水控制阀门，使流入量与流出量重新达到平衡，被控量亦恢复到给定值。因此，控制的任务就是通过执行机构的动作产生控制作用来抵消扰动对被控量的影响，使被控量能经常等于给定值的。 在图l-l的人工控制中，执行机构是由运行人员操作的，为了进行控制，运行人员必须做到以下几点： (1)了解情况。使用肉眼观察指示仪表的数值，以了解生产过程的运行情况。 (2)分析决策。根据被控量的观测值与头脑中记忆的(或指示仪表上用红线划定的)规定值进行比较，按二者误差的大小、方向和变化速度等，迅速做出是否要进行控制和如何控制的判断。 (3)执行操作。根据分析决策的结果，适当地操作执行机构。 (4)运用反馈信号进行控制。一个元件或系统的输出信号被反送入输入端叫做反馈。一个熟练的运行人员在人工控制中，应该会运用反馈信号进行控制。即不仅知道如何操作执行机构，而且能估计到执行机构移动后的效果，恰当地变更控制的快慢和大小，既防止控制过头，又注意控制不足。 重复上述步骤，直到被控量恢复到给定值为止，控制过程才告结束。 随着机组容量的增大，参数不断提高，大容量、高参数、高自动化的大机组处于主导地位，人工控制愈来愈显得不可靠和不可能。故现代火电厂在生产过程中，为了保持被控量恒定或按预定规律变化，都采用一整套自动控制装置来代替运行人员的操作，这种用仪表进行的自动操作称为自动控制。从自动控制的要求来看，它必须具有如下三个方面功能的基本部件。 (1)测量变送器。用来测量被控量的大小，并把原始的物理量参数(如水位、温度、压力和流量等)转变成某种便于远距离传送的，且与被控量成比例(或某种固定的函数关系)的测量信号。测量变送器代替人的眼睛，了解情况，传送信号。 (2)控制器。接受测量变送器传来的被控量信号，并把它与给定值进行比较，当被控量与给定值有偏差时，发出一个反映偏差方向(正或负)和大小的信号。同时根据这个偏差信号按预定的规律进行运算，然后发出控制信号给执行器，控制器代替人的大脑进行比较、判断。 (3)执行器。按照控制器发出的控制信号去驱动执行机构，执行机构代替人的手进行执行操作。把这套自动控制装置和被控对象连接起来，就构成一个自动控制系统，如图1-2所示。 二、自动控制系统 自动控制系统是由起控制作用的自动控制装置和被控制器控制的生产设备(控制对象)通过信号的传递、联系所构成的。简言之，控制对象和控制器通过信号的传递，相互联系组成控制系统。为了便于形象地研究系统，我们常常应用方框图这个工具。例如图1-2的汽包水位控制系统中，当负荷侧蒸汽阀门开度改变使锅炉负荷发生变化时，汽包水位的变化值通过变送器转换成控制装置所能接受的统一信号(如电流或电压信号)；在控制器中，这一信号首先与代表给定值H0的信号相比较，得到一个偏