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热工自动控制基础知识.ppt
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1、热工自动控制系统培训热工自动控制系统培训 主讲:徐虎平主讲:徐虎平 热工自动控制系统热工自动控制系统 5656学时学时 第一部分:基本概念第一部分:基本概念 热工测量及控制系统的基本知识热工测量及控制系统的基本知识 6 6学时学时 分散控制系统的基本知识分散控制系统的基本知识 8 8学时学时 第第二部分二部分:单元机组自动控制系统分析:单元机组自动控制系统分析 单元机组协调控制系统单元机组协调控制系统(CCS)1010学时学时 炉膛安全监控系统炉膛安全监控系统(FSSS)8 8学时学时 汽轮机数字电液控制系统汽轮机数字电液控制系统(DEH)1212学时学时 顺序控制系统顺序控制系统(SCS)8
2、 8学时学时 热工报警和保护系统热工报警和保护系统 4 4学时学时 第一部分:基本概念第一部分:基本概念 火电厂生产过程:火电厂生产过程:一组数据:一组数据:300MW亚临界机组:亚临界机组:锅炉蒸发量:锅炉蒸发量:1025t/h 主蒸汽温度主蒸汽温度/压力:压力:5455/16.7Mp 燃煤量燃煤量(标准煤标准煤):约约105t/h 炉膛尺寸:炉膛尺寸:13.33512.82954.300m 600MW超临界机组:超临界机组:锅炉蒸发量:锅炉蒸发量:2008t/h 主蒸汽温度主蒸汽温度/压力:压力:5715/25.4Mp 燃煤量燃煤量(标准煤标准煤):约约210t/h 炉膛尺寸:炉膛尺寸:1
3、9.41915.45667.000m 实现生产过程自动化是非常有必要的实现生产过程自动化是非常有必要的 火电厂火电厂热力过程自动化热力过程自动化可以分为四个部分:可以分为四个部分:(1)热工检测:热工检测:是自动化操作的依据。是自动化操作的依据。(2)自动调节:自动调节:是自动化操作的主体。是自动化操作的主体。(3)远方控制及程序控制:远方控制及程序控制:是自动化操作的是自动化操作的 重要补充。重要补充。(4)自动保护:自动保护:是自动化操作的重要保障。是自动化操作的重要保障。第一章第一章 热工测量的基本知识热工测量的基本知识 1.1 测量的定义及方法测量的定义及方法 一、测量概述:一、测量概
4、述:测量就是利用测量工具,通过实验方法将测量就是利用测量工具,通过实验方法将被测量与同性质的标准量被测量与同性质的标准量(测量单位测量单位)进行比进行比较,以确定被测量是标准量多少倍数的过较,以确定被测量是标准量多少倍数的过程。其所得倍数就是程。其所得倍数就是测量值测量值,可见,被测,可见,被测量由量由测量值和测量单位测量值和测量单位两部分组成。两部分组成。二、测量方法:二、测量方法:直读法:直读法:直接测量:直接测量:零值法:零值法:比较法:比较法:微差法:微差法:间接测量:间接测量:组合测量:组合测量:1.2 测量误差测量误差 一、误差的表示方法一、误差的表示方法 1绝对误差:绝对误差:绝
5、对误差是被测参数的绝对误差是被测参数的测量值测量值与与真实值真实值之代之代数差。数差。XX0 绝对误差有大小,有符号,有单位,称为绝绝对误差有大小,有符号,有单位,称为绝对误差的三要素。对误差的三要素。例:例:1、哈尔滨北京,铁路全长、哈尔滨北京,铁路全长1388Km,测,测量结果为量结果为1389Km,求绝对误差。,求绝对误差。2、用、用m尺测量尺测量1m长的线段,测量结果为长的线段,测量结果为1.001m,求绝对误差。,求绝对误差。3、测量某炉膛的火焰温度,测量结果为、测量某炉膛的火焰温度,测量结果为1001,实际为,实际为1000,求绝对误差。,求绝对误差。2、相对误差、相对误差 绝对误
6、差占所选取的参考值的百分比,称绝对误差占所选取的参考值的百分比,称为相对误差。为相对误差。如果参考值为真实值,则该相对误差称为如果参考值为真实值,则该相对误差称为实际相对误差实际相对误差,记为:,记为:/X0 100 如果参考值为测量值,则该相对误差称为如果参考值为测量值,则该相对误差称为标称相对误差标称相对误差,记为:,记为:/X 100 如果参考值为测量仪表的量程,则该相对如果参考值为测量仪表的量程,则该相对误差称为误差称为引用相对误差引用相对误差,或者,或者折合相对误折合相对误差差,记为:,记为:/(XmaxXmin)100 例:体温计和高温计,量程分别为例:体温计和高温计,量程分别为3
7、242,01000,如果同时有,如果同时有1 的绝对的绝对误差,求引用相对误差。误差,求引用相对误差。结果表明,引用相对误差更能说明测量的结果表明,引用相对误差更能说明测量的准确程度,因此是最常用的表示方法。准确程度,因此是最常用的表示方法。二、误差的分类二、误差的分类 1、系统误差、系统误差 在相同条件下多次重复测量同一被测量,在相同条件下多次重复测量同一被测量,如果每次测量值的误差如果每次测量值的误差恒定不变恒定不变(绝对值(绝对值和符号均保持不变)或和符号均保持不变)或按某种确定的规律按某种确定的规律变化变化,这种误差称为系统误差。,这种误差称为系统误差。系统误差产生的原因主要有:系统误
8、差产生的原因主要有:(1)测量测量仪器仪器或测量系统或测量系统本身本身不够完善,如不够完善,如仪表本身刻度不准、测量原理不完善等。仪表本身刻度不准、测量原理不完善等。(2)仪表仪表使用不当使用不当,如测量人员操作不当、,如测量人员操作不当、读数不准等。读数不准等。(3)测量时外界测量时外界环境条件环境条件变化,如环境温度、变化,如环境温度、湿度、电磁场影响等。湿度、电磁场影响等。由于系统误差具有一定的规律性,测量时由于系统误差具有一定的规律性,测量时应尽可能地设法消除此类误差或对测量结应尽可能地设法消除此类误差或对测量结果加以修正,以提高测量的准确程度。果加以修正,以提高测量的准确程度。2、随
9、机误差、随机误差 随机误差是指在相同条件下多次测量同一随机误差是指在相同条件下多次测量同一被测量时产生的绝对值和符号不可预知的被测量时产生的绝对值和符号不可预知的随机变化着的误差,又称偶然误差。随机变化着的误差,又称偶然误差。大多数随机误差服从大多数随机误差服从正态分布规律正态分布规律,因此,因此可用求取算术平均值的方法予以消除随机可用求取算术平均值的方法予以消除随机误差。误差。3、粗大误差、粗大误差 粗大误差是指由于操作人员的操作错误、粗大误差是指由于操作人员的操作错误、粗心大意及仪表的误动作等原因而造成的粗心大意及仪表的误动作等原因而造成的误差,也称为疏失误差。即误差,也称为疏失误差。即明
10、显歪曲事实明显歪曲事实的误差,称为粗大误差。的误差,称为粗大误差。粗大误差通常表现为数值较大且无任何规粗大误差通常表现为数值较大且无任何规律,含粗大误差的测量值称为律,含粗大误差的测量值称为坏值坏值,应当,应当剔除。为避免测量结果出现粗大误差,要剔除。为避免测量结果出现粗大误差,要求操作人员在测量过程中避免失误。求操作人员在测量过程中避免失误。从以上分析可以看出,系统误差决定了测从以上分析可以看出,系统误差决定了测量的量的正确度正确度,而随机误差决定了测量的,而随机误差决定了测量的精精密度密度。对于一个好的测量结果,应该既精。对于一个好的测量结果,应该既精密又正确,一般用密又正确,一般用精确度
11、精确度或准确度表示。或准确度表示。如果某次测量的精确度很高,则说明本次如果某次测量的精确度很高,则说明本次测量的系统误差和随机误差都不大。测量的系统误差和随机误差都不大。1.3 热工仪表概述热工仪表概述 用来测量温度、压力、流量等热工参数的用来测量温度、压力、流量等热工参数的仪表称为热工仪表。仪表称为热工仪表。一、仪表的组成一、仪表的组成 热工仪表从其各部分的功能和作用上看,热工仪表从其各部分的功能和作用上看,主要包括三个组成部分。主要包括三个组成部分。1感受件感受件 感受件是仪表中直接与被测对象发生关系感受件是仪表中直接与被测对象发生关系的部件,感受件通常也称作敏感元件、一的部件,感受件通常
12、也称作敏感元件、一次件、一次仪表或传感器。次件、一次仪表或传感器。感受件的性能应符合以下要求:感受件的性能应符合以下要求:(1)输出信号与被测参数变化呈稳定的单值输出信号与被测参数变化呈稳定的单值函数关系,且最好是线性的。函数关系,且最好是线性的。(2)应有较高的灵敏度。应有较高的灵敏度。(3)反应快、迟延小。反应快、迟延小。(4)尽可能少的消耗被测介质的能量。尽可能少的消耗被测介质的能量。2中间件中间件 中间件是用来接受感受件的输出信号并将中间件是用来接受感受件的输出信号并将其送到显示件的部件。其送到显示件的部件。中间件的主要作用有:中间件的主要作用有:(1)单纯起传输作用。单纯起传输作用。
13、(2)起信号放大作用。起信号放大作用。(3)起变送作用。起变送作用。3显示件显示件 显示件接受中间件送来的信号,并将其转显示件接受中间件送来的信号,并将其转变为测量人员可以识别的信号,它是与测变为测量人员可以识别的信号,它是与测量人员直接联系的部件。可分为三种:量人员直接联系的部件。可分为三种:(1)模拟显示:由指针、光标、色带等反映模拟显示:由指针、光标、色带等反映被测参数的连续变化。被测参数的连续变化。(2)数字显示:直接用数字显示被测参数的数字显示:直接用数字显示被测参数的大小或高低。大小或高低。(3)屏幕显示:用计算机和电视屏幕等显示屏幕显示:用计算机和电视屏幕等显示测量结果。还可以给
14、出要求的图形、数据测量结果。还可以给出要求的图形、数据表格、曲线等。表格、曲线等。二、仪表的分类二、仪表的分类 (1)按被测按被测参数参数不同,可分为温度、压力、不同,可分为温度、压力、流量、物位、成分分析仪表等。流量、物位、成分分析仪表等。(2)按按用途用途不同,可分为标准用、实验室用、不同,可分为标准用、实验室用、工程用仪表。工程用仪表。(3)按按显示特点显示特点不同,可分为指示式、积算不同,可分为指示式、积算式、记录式、数字式、屏幕式。式、记录式、数字式、屏幕式。(4)按按工作原理工作原理不同,可分为机械式、电气不同,可分为机械式、电气式、电子式、化学式、气动式。式、电子式、化学式、气动
15、式。(5)按使用按使用能源能源不同,可分为电动式、气动不同,可分为电动式、气动式、液动式仪表。式、液动式仪表。三、热工仪表的质量指标三、热工仪表的质量指标 为了正确地选择和使用仪表,必须了解仪为了正确地选择和使用仪表,必须了解仪表的一系列指标,热工仪表的质量指标主表的一系列指标,热工仪表的质量指标主要有基本误差、准确度等级、变差、灵敏要有基本误差、准确度等级、变差、灵敏度、不灵敏区等。这些质量指标是鉴别仪度、不灵敏区等。这些质量指标是鉴别仪表的性能是否符合技术规定的标准和判定表的性能是否符合技术规定的标准和判定仪表是否合格的依据。仪表是否合格的依据。1、基本误差:、基本误差:在规定的技术条件下
16、对仪表进行检定时,仪在规定的技术条件下对仪表进行检定时,仪表所具有的最大误差称为仪表的基本误差。表所具有的最大误差称为仪表的基本误差。2允许误差:允许误差:根据各类仪表的设计、制造质量不同,国家根据各类仪表的设计、制造质量不同,国家对每种仪表均规定了基本误差的最大允许值,对每种仪表均规定了基本误差的最大允许值,即允许误差。它可用绝对误差来表示,也可即允许误差。它可用绝对误差来表示,也可以用引用误差来表示。以用引用误差来表示。3、准确度等级:、准确度等级:仪表的准确度等级在数值上等于允许误差仪表的准确度等级在数值上等于允许误差去掉百分号后的绝对值。国家规定的准确去掉百分号后的绝对值。国家规定的准
17、确度等级系列有度等级系列有0.005,0.01,0.04,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0,5.0等级别。数值越小,准确度越高。通常准等级别。数值越小,准确度越高。通常准确度等级用小圆圈内的阿拉伯数字标志在确度等级用小圆圈内的阿拉伯数字标志在仪表的刻度盘上。仪表的刻度盘上。4、变差:、变差:仪表在规定的使用条件下,从正、反行程仪表在规定的使用条件下,从正、反行程两个方向测量同一参数,两次测量值之差两个方向测量同一参数,两次测量值之差称为该示值点上的变差,在仪表测量范围称为该示值点上的变差,在仪表测量范围内,各示值点上变差的最大值称为仪表的内,各示值点上变差的最大
18、值称为仪表的变差,表示为:变差,表示为:一块合格的仪表的基本误差和变差均不应一块合格的仪表的基本误差和变差均不应超过允许误差。超过允许误差。5、灵敏度:、灵敏度:灵敏度是指仪表输出信号的变化量与产生灵敏度是指仪表输出信号的变化量与产生该变化的被测信号的变化量之比。该变化的被测信号的变化量之比。即:即:SL/X 6、分辨率:、分辨率:仪表指示器发生可见动作的被测量的最小仪表指示器发生可见动作的被测量的最小值,称为仪表的分辨率,值,称为仪表的分辨率,7、不灵敏区:、不灵敏区:不能引起仪表输出变化的被测输入信号的不能引起仪表输出变化的被测输入信号的最大变化范围称为仪表的不灵敏区或死区最大变化范围称为
19、仪表的不灵敏区或死区 第二章第二章 自动控制系统概述自动控制系统概述2.1 自动控制系统的基本知识自动控制系统的基本知识一、常用术语:一、常用术语:1、调节对象:指被调节的生产过程或生产设备、调节对象:指被调节的生产过程或生产设备2、被调量:表征生产过程是否符合工艺要求的被调量:表征生产过程是否符合工艺要求的 物理量,也是调节作用所要维持为给定值或物理量,也是调节作用所要维持为给定值或 维持在一定范围内的参数。维持在一定范围内的参数。3、给定值:被调量应维持的数值。、给定值:被调量应维持的数值。4、扰动:引起被调量改变的各种因素。、扰动:引起被调量改变的各种因素。扰动分为内扰和外扰扰动分为内扰
20、和外扰一个实例:一个实例:要求水温控制为要求水温控制为40,调节手段为冷、热,调节手段为冷、热水门。水门。调节对象、被调量、调节对象、被调量、给定值、内扰、外扰给定值、内扰、外扰?另一个实例:另一个实例:用术语描述的自动调节过程:用术语描述的自动调节过程:自动调节系统受到外扰的作用,自动调节系统受到外扰的作用,使被调量偏离了给定值,测使被调量偏离了给定值,测量部件检测到两者的偏差,量部件检测到两者的偏差,通过调节器的调节作用,产通过调节器的调节作用,产生一个相应的内扰,用来平生一个相应的内扰,用来平衡外扰,并使被调量恢复到衡外扰,并使被调量恢复到给定值,达到新的动态平衡,给定值,达到新的动态平
21、衡,调节过程结束。调节过程结束。自动调节系统的方框图自动调节系统的方框图 方框图由环节、信号线、相加点、分支点四要方框图由环节、信号线、相加点、分支点四要 素组成。素组成。(1)环节。方框图中的方框,表示一个设备、元环节。方框图中的方框,表示一个设备、元件或者一个生产过程,包括输入量和输出量。件或者一个生产过程,包括输入量和输出量。(2)信号线。以箭头方式传递的某种信号,用以信号线。以箭头方式传递的某种信号,用以反映各设备之间的逻辑关系。反映各设备之间的逻辑关系。(3)相加点。相当于加法器,表示两个信号的代相加点。相当于加法器,表示两个信号的代数和数和 (4)分支点。表示把一个信号送到两个地方
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