第一章(第1、2讲)13.ppt

热工控制系统 华北电力大学 第一章 热工自动控制系统的基本概念 1 引言 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、生产过程等）自动地按照预定的规律运行。 目前自动控制技术已经被广泛地应用于军事、航天、核动力、生物、医学、工业生产过程等领域。自动控制已成为现代社会活动中不可缺少的重要组成部分。 近半个世纪以来，特别是二十世纪八十年代以来，工业自动化领域发生了革命性的变化。 首先是芯片技术的突破，促进了自动化技术由“模拟”向“数字”时代的飞跃；建立在网络信息技术基础上的分布式工业自动控制系统DCS（Distributed Control System）为实现先进的工业自动化系统提供了强有力的硬件、软件平台。 电力工业作为国民经济的基础性产业，有别于其它工业过程的主要特征是：电能的“发、输、供、用”必须同时进行，并保持瞬时的平衡。与此同时，参与“发、输、供、用”的所有设备构成了部件众多、结构复杂、分布广阔的动态大系统。在这个系统中发电机组处于系统的最底层。 通常，人们把电力生产过程分为发电侧与输配电侧，相应地，从实现自动化的角度，可分为电站自动化和电力系统自动化。 1.1 自动控制基础理论 1.1.1 自动控制理论的发展 1.1.2 自动控制的基本概念 1.1.3 开环控制与闭环控制 1.1.4 对自动控制系统的基本要求 1.1.1 自动控制理论的发展 自动控制理论是自动控制技术的基础理论，根据自动控制技术的发展进程，自动控制理论可分为以微分方程、传递函数为基础的经典控制理论和以状态空间为基础的现代控制理论。 同时，随着自动控制理论的发展，自动化技术逐步发展到基于专家系统、模糊控制和人工神经网络的智能时代。 前期控制(1400BC-1900) 经典控制(1935-1950) 现代控制(1950-今) 1.1.2 自动控制的基本概念 手动控制 自动控制 手动控制与自动控制的比较 自动控制系统 水箱水位的手动控制： 观测实际水位，将实际水位与要求的水位值相比较，得出两者偏差。根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度，即当实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度，否则加大阀门开度以改变进水量，从而改变水箱水位，使之与要求值保持一致。 水箱水位的自动控制 浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速 器：调节作用 阀门：执行元件作用 1.1.3 闭环控制与开环控制 闭环控制系统： 1 反馈：把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。 2 闭环控制系统：能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统。由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制。 闭环控制系统的基本组成: 被控对象 控制装置(由具有一定职能的各种基本元件组成 ) 测量元件：其职能是测量被控制的物理量; 给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参据量）; 比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差; 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象; 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化; 校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能 开环控制系统： 2 现代电站自动化 2.1 现代电站自动化的主要内容 根据应用层次和范围的不同，我们将现代电站自动化所涵盖的主要内容大致分为7类： (1) 数据采集与管理 包括对热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量；测量数据在不同系统之间的高速传输；生产过程实时/历史数据的高效存储；历史数据的快速检索；统计数据的报表打印；报警数据的采集、存储、分析与处理等。数据显示和主控室如下图所示 2.2 现代电站自动化系统结构 目前，大多数在建电站和计划建设电站一般都设计了 分级分层的自动化系统，包括 生产过程级的 DCS (Distributed Control Syst