1、控制系統(tǒng)與調(diào)試,控制學(xué)院 劉禾,鍋爐控制系統(tǒng) 汽輪機控制系統(tǒng) 發(fā)電機控制系統(tǒng) 自動發(fā)電控制系統(tǒng),一、自動化 支撐：理論與技術(shù) 從技術(shù)裝置來看發(fā)展： 1三、四十年代 基地式儀表(高加水位控制） 2五、六十年代 單元組合儀表 3 七十年代 計算機控制 國外，五十年代開始試驗計算機控制,計算機控制,1、DDC控制 （Direct Digital Control直接數(shù)字控制 ） 2、SCC控制 （Supervisory Computer Control監(jiān)督計算機控制 ）,DCS控制 （Distributed Control Systems分散控制系統(tǒng) ） 分為若干級：過程控

2、制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級、經(jīng)營管理級 分散控制、集中操作、分級管理，合而自治和綜合協(xié)調(diào)地設(shè)計原則。,FCS控制 （Fieldbus Control System現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）,理論上看控制發(fā)展：,五十年代以前， 理論基礎(chǔ)是傳遞函數(shù)（經(jīng)典控制），以簡單控制系統(tǒng)為主。 六十年代，以狀態(tài)空間分析方法為基礎(chǔ)，現(xiàn)代控制理論應(yīng)用。 由于以線性系統(tǒng)為前提，但實際應(yīng)用效果不好。 第三代控制理論出現(xiàn) 針對機理復(fù)雜，精確數(shù)學(xué)模型難以建立。,理論上看控制發(fā)展：,以專家控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制為主。 典型應(yīng)用： MAX Power 1000+ 以專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行生產(chǎn)過程設(shè)備故障分析和性能分析。

3、XDPS分散控制系統(tǒng)（新華控制工程公司）加入了模糊控制模塊。 OVATION分散控制系統(tǒng)(西屋）提供模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模塊。,二 熱工自動化,單元機組：機、爐、電為一整體,熱工自動化內(nèi)容：,自動檢測 順序控制 自動保護 自動控制,三、控制系統(tǒng)組成與分類,組成及術(shù)語,組成基本控制系統(tǒng)的四個部分： 被控對象、檢測變送、控制器、調(diào)節(jié)機構(gòu),控制系統(tǒng)分類,結(jié)構(gòu)分：單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng) 工藝參數(shù)分：過熱汽溫控制系統(tǒng)、主蒸汽壓力控制系統(tǒng) 任務(wù)分：比值控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng) 裝置分：常規(guī)過程控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)（DCS、FCS） 閉環(huán)分：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的分類,按給定值的

4、不同來分類： 1 定值控制系統(tǒng)：恒定值 2 隨動控制系統(tǒng)：給定值是不斷變化，而這種變化往往是無規(guī)律的，是未知的時時間函數(shù)。 3程序控制系統(tǒng)：給定值是變化的，變化規(guī)律是一個已知的時間函數(shù)。,四、控制性能指標(biāo),四個常用指標(biāo) (1)衰減比和衰減率： 衰減比： 4:1 10:1 衰減率： 0.75 0.9,(2) 最大偏差和超調(diào)量 最大偏差：被調(diào)量偏離給定值的最大偏差值 超調(diào)量：,（3） 調(diào)節(jié)時間（控制時間ts） 從原來的平衡狀態(tài)被破壞到另一個新的平衡狀態(tài)所需要的時間ts，實際上，被調(diào)量恢復(fù)到給定值的95的范圍時，就認(rèn)為是穩(wěn)定的。 （4） 余差（靜態(tài)偏差） 新的穩(wěn)態(tài)值y與給定值之間的差值。,五、被控對

5、象動態(tài)特性,1、多輸入單輸出的被控對象,物質(zhì)或能量,模型表示,2 多輸入多輸出系統(tǒng),熱工對象一般特性,有自平衡能力對象,無自平衡能力對象,對象動態(tài)特性具有以下一些特點。 （1） 被調(diào)量的變化是不振蕩的 （2） 被調(diào)量有遲延和滯后特性 （3） 自平衡能力和無自平衡能力 （4）描述對象的動態(tài)方程的參數(shù)有：放大倍數(shù)K、時間常數(shù)T、遲延時間。,六、控制策略,PID控制： proportionalintegralderivative control PID控制規(guī)律具有： （1） 原理簡單，使用方便。 （2） 適應(yīng)性強。 （3）魯棒性強。,比例控制（P控制）,一、控制規(guī)律 ：,Kp：比例增益。 e是偏差,

6、二、特點：控制及時、但有差控制,積分控制 （I控制）,一、控制規(guī)律：,TI：積分時間,二、特點：無差控制,消除余差，但穩(wěn)定性變差（相對純P控制）,三 積分時間對過渡過程的影響 （純I控制）,四 PI控制,I控制響應(yīng)慢，工程上很少有單獨使用，一般都是PI控制。,P：粗調(diào)；I：細(xì)調(diào),微分控制（D控制）,一、控制規(guī)律,Td：微分時間。實際上不單獨使用,二、PD控制,實際PD：,三 PID.,七、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1、單回路反饋控制系統(tǒng),被控對象特性對控制質(zhì)量的影響,主要討論K、T、等諸因素對控制質(zhì)量的影響。,控制質(zhì)量：衰減比，最大偏差A(yù)，余差C，控制時間ts.,一、放大系數(shù)對控制質(zhì)量的影響, 干擾通道的

7、放大系數(shù)Kd越小越好 如被控對象是線性系統(tǒng)，控制通道放大系數(shù)K,則對控制質(zhì)量無影響。,二、時間常數(shù)和遲延時間對控制質(zhì)量的影響,1、干擾通道時間常數(shù)Td和遲延d的影響。,2、控制通道T和對控制質(zhì)量的影響,T對控制質(zhì)量的影響 控制通道時間常數(shù)太大，系統(tǒng)反映速度慢，工作頻率下降，過程的持續(xù)時間較長。 T太小，反應(yīng)過于靈敏，容易引起系統(tǒng)振蕩。,遲延對控制質(zhì)量的影響,測量元件和變送器特性對控制質(zhì)量的影響,執(zhí)行機構(gòu)特性對控制質(zhì)量影響,一、調(diào)節(jié)閥在聯(lián)管路中,（1）流量特性變化 （2）可調(diào)范圍減小,二、調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管路中,流量特性不變。調(diào)節(jié)范圍減小,單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定,不測對象特性,整定基礎(chǔ),測對象特性

8、,根與響應(yīng)關(guān)系,整定要求： 通過整定選擇合適的參數(shù)，穩(wěn)定(首要) 有一定的穩(wěn)定裕度（即衰減比），一般要求：4：110：1 快速性，準(zhǔn)確性（穩(wěn)態(tài)偏差（余差）小，最大偏差?。?2 串級控制系統(tǒng),串級控制系統(tǒng)的特點,(1)對進入副回路的二次干擾具有很強的克服能力。,(2)時間常數(shù)大大減小 （副回路）,(3)、提高了系統(tǒng)的工作頻率,(4)、具有一定的自適應(yīng)能力,3、 前饋控制系統(tǒng),反饋控制：干擾出現(xiàn)后，被調(diào)量出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器才有動態(tài)輸出來補償干擾時被調(diào)量的影響，是一種利用偏差消除偏差的控制。控制作用總是落后于干擾作用，是不及時控制。,前饋控制系統(tǒng)的形式,（1）靜態(tài)前饋,（2）動態(tài)前饋,（3） 前饋反饋

9、控制,單純前饋不能存在的原因 （1） 完全補償是不可能的，（a）精確模型要求；（b）實現(xiàn)很難 （2）存在其他干擾，每一個干擾都建立前饋，系統(tǒng)復(fù)雜，難有實用價值，而且有的干擾無法測量，有的可測量，但測量慣性很大，這樣無法消除其他干擾對被調(diào)量的影響。,前饋反饋的優(yōu)點： （1） 減化前饋控制系統(tǒng)， （2） 降低了對前饋調(diào)節(jié)器精度的要求， （3）控制精度高，控制及時，顯著提高控制質(zhì)量。,前饋串級控制,另一種形式的前饋：針對(1)隨動系統(tǒng)，R變化； （2）對象時間常數(shù)大 典型應(yīng)用：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，前饋形式是動態(tài)的微分形式。,比值控制系統(tǒng),單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),SAMA圖,SAMA圖是美國

10、科學(xué)儀器制造協(xié)會（Scientific Apparatus Makers Association）所采用的繪制圖例，它易于理解，能清楚地表示系統(tǒng)功能，廣泛為自動控制系統(tǒng)所應(yīng)用。,自動信號處理功能,測量或信號顯示功能,手動信號處理功能,執(zhí)行機構(gòu),流量變送器 液位變送器 壓力變送器 溫度變送器 位置反饋,開方 乘法 除法 偏量 偏差 加法,比例 積分 微分 時間函數(shù) 函數(shù) 均值,手動切換操作 手動增減操作 手動設(shè)置操作,手動/自動切換 切換 跟蹤 大選 小選 高限,高報 低報 限速 限幅 模數(shù)轉(zhuǎn)換 低限,氣壓電流 電流氣壓 電壓電流 電流電壓 數(shù)模轉(zhuǎn)換,熱電阻電壓 熱電偶電壓 信號來源,電動執(zhí)行機

11、構(gòu) 液動執(zhí)行機構(gòu) 氣動執(zhí)行機構(gòu),執(zhí)行機構(gòu) 直行程閥 角行程閥,過程變量 功能 信號轉(zhuǎn)換 A: 分析 I: 指示 E/P 電/氣轉(zhuǎn)換 F: 流量 R: 記錄 M/P 脈沖/氣壓轉(zhuǎn)換 I: 電流 T: 變送器 I/P 電流/氣壓轉(zhuǎn)換 L: 液位 E：測量元件 P: 壓力 ：積分器 S: 速度 T: 溫度 HZ:頻率 Z: 位置,熱工控制系統(tǒng)調(diào)試,一、依據(jù) 二、范圍 三、分工 四、管理 五、具備條件 六、調(diào)試方法和步驟,一、調(diào)試依據(jù),一般依據(jù)主要有 (1)火電工程啟動調(diào)試工作規(guī)定（電力部建設(shè)協(xié)調(diào)司建質(zhì)【1996】40號） ; (2)火力發(fā)電廠基本建設(shè)工程啟動及竣工驗收規(guī)程（電力工業(yè)部，1996年）

12、; (3)火電施工質(zhì)量檢驗及評定標(biāo)準(zhǔn)（熱控篇）（電力工業(yè)部，1998年）等通用規(guī)定; (4) 設(shè)計院、生產(chǎn)廠家提供的有關(guān)圖紙及說明書等技術(shù)資料，有關(guān)電廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等資料文件。,二、調(diào)試范圍,(1)硬件范圍：DCS所屬的過程控制單元柜、I/O柜、電源柜、中間端子柜。繼電器柜、遠(yuǎn)程 I/O 柜、工程師站、操作員站等，以及就地各控制儀表、裝置等。 (2)軟件范圍：DCS系統(tǒng)軟件以及各功能子系統(tǒng)，例如，協(xié)調(diào)系統(tǒng)、汽溫系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、DEH、BPS以及其他控制子系統(tǒng)等。明確控制子系統(tǒng)套數(shù)，對每一套子控制系統(tǒng)，明確測量元件（系統(tǒng)）、執(zhí)行機構(gòu)（系統(tǒng)）及控制器系統(tǒng)的組成，確保調(diào)試內(nèi)容完整、

13、正確。,三、調(diào)試組織與分工,參與調(diào)試單位: 電力基建公司、發(fā)電廠、調(diào)試院（所）、設(shè)計單位、設(shè)備供貨廠家。 參建單位分工:電力基建公司是項目負(fù)責(zé)單位；調(diào)試院（所）是技術(shù)負(fù)責(zé)單位，負(fù)責(zé)調(diào)試的組織與協(xié)調(diào)；設(shè)備供貨廠家負(fù)責(zé)其設(shè)備的現(xiàn)場服務(wù)；發(fā)電廠為調(diào)試參加單位。,調(diào)試具體分工： （）設(shè)計單位。對系統(tǒng)在調(diào)試和試運出現(xiàn)的問題，應(yīng)及時完善設(shè)計，滿足技術(shù)規(guī)范書的要求。 （）電力基建公司。根據(jù)機組試運計劃負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝和完善工作，配合調(diào)試工作及控制試運進度。,（）調(diào)試機組所屬發(fā)電廠（業(yè)主）。負(fù)責(zé)與各設(shè)備制造廠家聯(lián)系，并負(fù)責(zé)提供各種調(diào)試資料和圖紙以及調(diào)試中所需的各種參數(shù)、定值，根據(jù)合同和技術(shù)規(guī)范書要求，審查檢驗?zāi)?/p>

14、擬量控制應(yīng)有的功能，并針對施工和調(diào)試情況提出進度控制要求。 （）設(shè)備制造商。負(fù)責(zé)設(shè)備的軟件硬件恢復(fù)、修改和完善，保證整個設(shè)備系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，并配合試運和調(diào)試，滿足工程需要。,（）調(diào)試院（所）。負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)試和整個調(diào)試工作的協(xié)調(diào)，根據(jù)合同和技術(shù)規(guī)范書的要求，以設(shè)計資料圖紙為依據(jù)，通過系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)所設(shè)計的功能，并針對調(diào)試和試運中出現(xiàn)的問題，積極協(xié)助業(yè)主組織有關(guān)各方研究解決。,四、調(diào)試過程管理,對調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題、疑問等，以調(diào)試工程聯(lián)系單形式發(fā)給業(yè)主，業(yè)主應(yīng)盡快聯(lián)系組織有關(guān)方處理，并將答復(fù)解決方案返回。通過后填寫調(diào)試修改單，經(jīng)過業(yè)主及有關(guān)單位審批和確認(rèn)進行修改完善，認(rèn)真作好修改記錄并附上修改

15、后的圖。 對于所有組態(tài)和參數(shù)的臨時修改與調(diào)整，必須經(jīng)過調(diào)試專業(yè)負(fù)責(zé)人員的認(rèn)可，要求責(zé)任單位填寫調(diào)試臨時模擬修改單，認(rèn)真作好修改記錄并附上修改后的圖。,五、調(diào)試應(yīng)具備的基本條件,（1）DCS系統(tǒng)恢復(fù)完畢，工程師站、操作員站可用。 （2）主控室、電子間及其他現(xiàn)場環(huán)境清潔，有充足照明，溫度、濕度滿足設(shè)備的要求。 （3）中間端子柜、輸出繼電器柜接線完畢。,（4）所有設(shè)備應(yīng)就位，包括各種變送器、熱電偶、熱電阻測量校驗安裝完畢，各取樣管連接好；電動執(zhí)行機構(gòu)安裝、接線、單體調(diào)試完畢，具備隨時送電的能力；氣動執(zhí)行機構(gòu)安裝、接線、單體調(diào)試完畢，具備隨時送氣的能力（要求空氣壓縮機正常工作，壓縮空氣滿足控制需要）。

16、調(diào)試前控制設(shè)備都應(yīng)做完靜態(tài)恢復(fù)。 （5）調(diào)試所需的資料齊備，包括接線圖、邏輯圖、控制系統(tǒng)及其有關(guān)的設(shè)備說明書。,六、調(diào)試的方法和步驟,（）邏輯及線路檢查，首先，對系統(tǒng)原理圖、組態(tài)圖仔細(xì)研究，并確認(rèn)兩者之間沒有不同，如發(fā)現(xiàn)錯誤，以書面方式通知電廠業(yè)主方，通過協(xié)調(diào)和確認(rèn)提出修改通知，認(rèn)真編寫調(diào)試修改單，進行邏輯修改，作好修改記錄；其次，機柜間的接口電纜的連接、軟硬件接口要經(jīng)制造廠代表和調(diào)試人員共同檢查和確認(rèn)。,（）配合制造商進行控制系統(tǒng)的現(xiàn)場恢復(fù)，包括硬件與軟件的恢復(fù)。 （）一次元件及取樣管路的檢查。 （）執(zhí)行機構(gòu)的檢查，一般應(yīng)該由業(yè)主、電力基建公司、調(diào)試院（所）、監(jiān)理等四方面進行檢查驗收，內(nèi)容主

17、要有： ）電動執(zhí)行機構(gòu)的檢查：“手/自動”切換應(yīng)靈活、正確；動作方向應(yīng)正確；機構(gòu)動作應(yīng)平穩(wěn)、靈活；行程時間的偏差應(yīng)小于士額定時間；行程誤差應(yīng)小于或等于允許基本誤差；回程誤差應(yīng)小于或等于 允許基本誤差； 死區(qū)應(yīng)小于或等于基本誤差。,）氣動執(zhí)行機構(gòu)的檢查：“手自動”切換應(yīng)正確；動作方向應(yīng)正確；機構(gòu)動作應(yīng)平穩(wěn)、靈活；行程誤差應(yīng)小于或等于允許基本誤差；回程誤差應(yīng)小于或等于允許基本誤差；空載行程時間符合制造廠規(guī)定；三斷保護動作符合制造廠規(guī)定。,）冷態(tài)調(diào)試 1）依照邏輯圖檢查各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)不符時，通知電廠，并由電廠通知廠家修改。 ）對靜態(tài)參數(shù)進行檢查或設(shè)置。 ）對每一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，查看回路是否通暢，正反作用是否正確，手自動切換是否無擾，各連鎖功能是否能實現(xiàn)。,（）熱態(tài)調(diào)試 ）控制器參數(shù)整定，只能使用經(jīng)驗試湊法，根據(jù)相同爐型已經(jīng)使用過的參數(shù)表，預(yù)置調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入自動后觀察過程變量響應(yīng)曲線，再微調(diào)參數(shù)，直到最理想結(jié)果。注意投自動前一定要求負(fù)荷穩(wěn)定，通知運行人員注意監(jiān)視運行