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摘要： (2)
关键词： (2)
1选题背景 (3)
1.1系统的任务 (3)
1.2相关的技术要求 (4)
2设计理念 (4)
3设计过程的详细分析 (5)
3.1给水控制对象的动态特性 (5)
3.2给水自动控制系统的基本方案 (7)
3.3三冲量给水自动控制系统 (8)
3.3.1单级三冲量给水自动控制系统 (8)
3.3.2串级三冲量给水自动控制系统 (9)
3.4变速泵的给水控制 (10)
3.5信号的测量及校正 (10)
3.5.1汽包水位信号 (10)
3.5.2给水流量信号 (12)
3.5.3主蒸汽流量信号 (13)
3.6各种工况之间的互相切换与跟踪 (13)
3.6.1工况之间的切换 (13)
3.6.2 工况之间的跟踪 (14)
3.7给水泵最小流量控制系统 (15)
3.8锅炉给水全程控制方案 (15)
3.9 300MW火电机组给水热力系统简图 (16)
4 设计系统的控制分析 (16)
4.1总控制原理图 (16)
4.1.1单冲量控制方式 (16)
4.1.2三冲量控制方式 (17)
4.2逻辑框图 (18)
4.3系统的组成 (18)
5设计系统总结 (19)
6心得体会 (19)
7参考文献 (20)
300MW火电机组给水控制的设计
摘要：随着发电机组容量的增加和参数的不断提高，机组的控制与运行管理变得越来越复杂和困难。为了减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行，要求实现更为先进，适合范围更宽，功能更为完备的自动控制系统。这就产生了全程控制系统。所谓全程控制系统是指在启停和正常运行时均能实现自动控制的系统。给水控制系统是火力发电厂非常重要的控制子系统，稳定的汽包水位是汽包锅炉安全运行的重要指标。火电厂给水系统构成复杂，汽包水位受到机组负荷，汽包压力、温度，给水量等多项参数的影响；不同负荷阶段，给水设备不同，又需要采取不同的控制方式。
关键词：全程控制系统无扰切换单级三冲量串级三冲量
300 MW thermal power unit water control design
Abstract：Along with the increase of generating unit capacity and parameter unceasing enhancement, the unit control and operation management become more and more complex and difficult. In order to reduce the operational personnel Labour intensity, guarantee the unit operation, demanding more advanced, suitable for a wider, function and more complete automatic control system. This creates the whole control system. So-called process control system refers to the start-stop and normal operation are to achieve automatic control system. Water control system is the coal-fired power plant very important control subsystem, stable drum drum water level is an important index of the safe operation of the boiler. Thermal water system structure is complex, the drum water level by the unit loads, steam pressure, temperature, water etc. Several parameters influence; Different load stage, water supply equipment, and the need to adopt different different control modes.
Key words：Process control system Undisturbed switch Single grade three impulse Cascade three impulse
1选题背景
火电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点的能源工业之一。大型火力发电机组具有效率高、投资省、自动化程度高等优点，在国内外发展很快。给水控制系是电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时它还是衡量着锅炉汽水系统物质是否平衡的标志，因此水位控制系统一直受到重视。
随着发电机组容量的增加和参数的不断提高，机组的控制与运行管理变得越
来越复杂和困难。为了减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行，要求实
现更为先进，适合范围更宽，功能更为完备的自动控制系统。这就产生了全程控
制系统。所谓全程控制是指在机组正常运行、负荷变化以及启停过程中均能对被
控参数进行自动控制。而给水全程自动控制系统是指对锅炉的给水量在机组正常
运行、负荷变化以及启停过程中均能进行自动控制的系统。显然，给水全程控制
系统要比常规给水控制系统复杂。汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位
在一定的范围内变化。随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更
高要求。因为汽包水位变化得更快，锅炉负荷变化对水位的影响更大，给水系统
也相应更复杂。对大容量、高参数锅炉来讲，给水系统采用自动控制是必不可少。
本次课程设计主要研究发电厂给水控制系统，即锅炉汽包水位控制。锅炉汽包水
位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统。在锅炉运行中，水位是一个很
重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而
水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的
蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。
锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽
包内水位在允许的范围内变化。本次课程设计研究发电厂给水控制系统的控制方
式及整定。
1.1系统的任务
锅炉给水控制系统的任务是在锅炉启动、停炉及正常运行过程中控制锅炉的
给水量，使给水量适应锅炉的蒸发量，并保持汽包水位在允许范围内，及对锅炉
的水循环和省煤器起保护作用。
具体有以下两个方面的要求：
（1）保持汽包水位在一定的范围内。汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素，
水为过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而
增加在过热器壁上合汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶
片。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。
正常运行时的水位波动范围：±（30-50）mm
异常情况：±200mm
事故情况：>±350mm
（2）保持稳定的给水量。在稳定工况下，给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。
1.2相关的技术要求
300MW火电机组给水控制比常规控制给水控制要复杂的多，因此，对给水全程自动控制系统提出以下要求：
（1）实现全程控制可以采用该变调节阀门的开度，但是由于在大型机组中给水泵消耗功率多，不经济，所以一般采用改变给水泵转速来改变给水量，在全程控制中，不仅要满足给水量调节要求，同时还要保证给水泵工作在安全区内。（2）由于机组在高，低负荷呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性，随着负荷的增长和下降，系统要从单冲量过渡到串级三冲量系统，或者从串级三冲量系统过渡到单冲量，由此产生了系统的切换问题，并且必须有保证实现相互无扰切换。
（3）由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求，例如，在高低负荷不同的情况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同的孔板测量，这就产生了给水流量装置切换的问题。
（4）在各种调节机构的工作过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰，随着负荷大小的变化，需要不同的调节阀门调节给水，这就要求解决切换问题，在低负荷时采用改变阀门的开放来保持泵的出口压力，高负荷时采用改变调速泵的转速来保持水位，这由产生了阀门与调速泵间的切换问题。点火后升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽量，给水量及其变化量很小，此时单冲量调节系统也不十分理想，就需要开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节，在这些切换中，系统都必须相应的安全可靠，才能保证给水泵工作在安全工作区内。（5）给水全程控制系统还必须适应机组定压运行和滑压运行工况。必须适应冷态起动和热态起动。
（6）测量信号能自动地进行压力、温度校正。
2设计理念
本设计首先分析了给水控制对象运行特性，在此基础上确定了给水控制系统的基本方案，即以汽包水位为主信号，蒸汽流量为前馈信号，给水流量为反馈信号的单级三冲量自动控制方案。为了进一步提高控制质量，本设计也采用了串级三冲量控制系统。也就是说，给水全程自动调节系统设计了两套控制系统：单冲
量给水控制和三冲量给水控制。机组正常运行时，锅炉给水控制一般采用三冲量给水调节系统；在启停炉过程中，当负荷低于满负荷的30%时，蒸汽流量信号很小，测量误差相对增大，此时由三冲量给水调节系统改为单冲量给水调节系统。此外，给水全程自动调节系统还对水位测量信号进行压力修正，以及进行旁路给水和主给水管道阀门的切换等。
3设计过程的详细分析
3.1给水控制对象的动态特性
汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水间物质是否平衡的重要标志，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定范围内波动。汽包炉给水控制对象的结构如图1所示。汽包水位是由汽包中储水量和水面下汽包容积所决定的。因此，凡是引起汽包中储水量和水面下汽包容积的各个因素都是给水控制对象的扰动。具体地说，有四个方面：给水量W扰动，蒸汽负荷D扰动，锅炉炉膛热负荷Q扰动及汽包压力的扰动。由于汽包压力扰动经常是伴着蒸汽负荷或热负荷扰动而产生的，所以不单独讨论。
图1 给水控制对象结构示意图
（1）给水量扰动下水位变化的动态特性
图2为给水量扰动下的阶跃响应曲线。
图2 给水量扰动下的阶跃响应曲线。
水位在给水扰动下的传递函数可表示如下：
水位对象可近似为一个一阶惯性环节与积分环节的串联或反向并联。（2）蒸汽负荷扰动下水位变化的动态特性
图3为蒸汽负荷D扰动下的阶跃响应曲线。
图3 蒸汽负荷扰动下的阶跃响应曲线。
水位在蒸汽负荷扰动下的传递函数可表示如下：
水位被控对象可视为积分环节与惯性环节的并联。
（3）锅炉炉膛热负荷下水位变化的动态特性
锅炉炉膛热负荷Q就是指燃料量M的扰动。图4为燃料量M扰动下的阶跃响应曲线。
图4 燃料量M扰动下的阶跃响应曲线。
水位被控对象和在蒸汽负荷D扰动下的水位被控对象相似，即积分环节与惯性环节的并联，但是增加了一个纯延迟环节。
水位自动控制系统中，影响水位变化的主要因素是蒸汽负荷，燃料量和给水量。其中前两个因素是由锅炉负荷所决定的，属于对象的干扰作用，习惯上称成为外扰；而给水量是维持水位的调节量，属于对象的调节作用，习惯上称成为内扰。因此，给水量扰动时动态特征参数是影响控制系统调节质量的主要参数，是计算和整定参数的主要依据。
3.2给水自动控制系统的基本方案
据前面对给水控制对象动态特性的分析，在设计给水控制系统时应该考虑以下问题：
（1）由于给水量改变后到水位变化存在一定的迟延和惯性，所以，若仅仅根据水位变化，通过调节器去调节给水量，必然使得水位偏差较大。
（2）由于在蒸汽流量的热负荷扰动时存在虚假水位现象，且反应速度比较快，为了克服虚假水位现象对控制的不利影响，应该考虑引入蒸汽流量作为前馈信号。
（3）给水压力使波动的，为了稳定给水量，应该考虑将给水量信号作为反馈信号，用于消除内部扰动。
为了满足上述要求，本设计采用了三冲量给水自动控制系统方案。
3.3三冲量给水自动控制系统
3.3.1单级三冲量给水自动控制系统
图5为单级三冲量给水自动控制系统的方案图。
图5 单级三冲量给水自动控制系统的方案图。
单级三冲量给水自动控制系统的原理框图如图6所示。
图6 单级三冲量原理框图
单级三冲量给水自动控制系统的SAMA图如图7所示。
图7 单级三冲量给水自动控制系统的SAMA图
单级三冲量给水自动控制系统以汽包水位为主信号，蒸汽流量为前馈信号，给水流量为反馈信号，其中，汽包水位是系统的被调量，水位升高时应该减小给水量，水位降低时应该增加给水量。蒸汽流量作为前馈信号主要是克服虚假水位。给水流量作为反馈信号主要是克服给水流量的自发性扰动。
3.3.2串级三冲量给水自动控制系统
图8为串级三冲量给水自动控制系统的原理框图。
图8 串级三冲量原理框图
与单级三冲量给水控制系统相比，串级三冲量给水控制系统有两个控制器，即主控制器和副控制器。主控制器采用PI控制规律，以保证水位无静态偏差。副控制器接受主控制器输出，给水量和蒸汽流量信号，一般采用P控制规律。其作用是通过内回路进行蒸汽流量和给水量的比值调节，并快速消除来自给水侧的扰动。
和单级三冲量给水系统相比，串级三冲量给水控制系统有以下特点：
（1)串级三冲量给水控制系统两个调节器任务不同，参数整定相对独立。副调节器的作用是当给水扰动时，迅速动作使给水量不变，当蒸汽流量扰动时，副调节器迅速改变给水量，保持给水和蒸汽平衡。主调节器的任务是校正水位，这比单级三冲量控制系统的工作更为合理。
（2)在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓"静态配比"来进行整定。恰巧相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化时，使蒸汽流量信号能更好地补偿虚假水位的影响，从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。对于虚假水位较严重的被控制对象，这一点更有意义。
（3)串级系统还可以接入其他冲量信号(如燃烧信号等)形成多参数串级系统。串级系统的缺点是在汽轮机甩负荷时，它的过渡过程和响应速度不如单级系统快。
3.4变速泵的给水控制
定速泵的缺点是给水泵消耗功率大，调节阀门承受的压力大，容易造成磨损。为了节约能源，多采用变速泵控制。本设计系统采用了电动调速泵和汽动调速泵协调控制。工作中必须保证变速给水泵工作在安全经济区。变速给水泵的安全经济区是由泵的上限特性，泵的下限特性，锅炉正常运行时的最高给水压力，最低给水压力和泵的最高转速，最低转速所包围的区域，如图9（图9中未标出锅炉正常运行时的最高给水压力，最低给水压力）。
图9 变速给水泵的安全经济区
3.5信号的测量及校正
3.5.1汽包水位信号
水位测量的原理是利用简单平衡容器内水柱重量产生的压力与汽包高度产生的液柱压力相比较，从而获得一个与汽包水位有一定关系的差压值，以此来间接测量汽包水位。汽包水位的测量系统的设计如图8所示。
如图10所示，三路汽包水位测量信号分别经过压力补偿，采取“三取中”的方法，选取中间值作为系统控制使用的汽包水位测量信号H。位防止变送器故障，将信号H分别与三路补偿后的水位信号进行比较。如果偏差值超限，产生低值报警的逻辑信号，使系统切手动，同时发出声光报警，待故障变送器切除后，系统才正常工作。
图10汽包水位测量信号
影响汽包水位测量精度的主要原因是汽包压力的变化，实际使用中采用对差压信号进行压力校正来补偿汽包压力变化的影响。
汽包水位要采用压力补偿的原因有以下三点：
（1）当汽包压力变化时，会引起饱和水，饱和汽的重度变化发生变化，造成差压输出有误差。
（2）平衡容器补偿装置是按水位处于零水位情况下设计计算的，锅炉运行时水位偏离零水位就会引起测量误差。
（3）当汽包压力突然下降时，由于正压侧凝结水可能被蒸发掉，将会导致差压输出失常。
汽包水位测量系统如图11所示。
图11 汽包水位测量系统
汽包水位测量系统的数学模型为
其中Pb 为汽包压力，只有保证汽包压力不变，才能保证水位完全取决于压差△P 。 校正原理图如图12所示。
图12 汽包水位校正原理图
3.5.2给水流量信号
给水流量的测量方法为测量给水管道流量孔板差压，经过开平方运算后变换为给水流量信号。省煤器前给水流量的测量值靖给水温度修正后，汇总过热器一、二级减温器的喷水量和锅炉连续排污流量后，形成控制使用的给水流量测量信号W 。
给水流量测量信号可以只采用温度校正，因为给水压力对给水流量影响不大。其校正原理图如图13
所示。
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图13给水流量信号校正原理图
3.5.3主蒸汽流量信号
蒸汽流量的测量方法为高压环管压力，经过F（X）发生器后变换为蒸汽流量信号。主蒸汽流量信号的获取采用了两种方法：一种是采用汽轮机调节级压力经主气温修正后形成主蒸汽流量D；另一种方法是采用调节级压力和一级抽气压力经一级抽气温度修正后形成主气流量D。挡高压旁路投入时，主蒸汽流量信号还要加上旁路蒸汽流量。
3.6各种工况之间的互相切换与跟踪
3.6.1工况之间的切换
在各工况之间切换时都设计有回差，以避免过于频繁的切换工况。这个回差一般设定为2%～5%MCR。图14是一个各工况切换的例子。
图14 全程给水控制系统各工况之间的切换示意图
图注：图中的数字为额定负荷（MCR ）的百分比。 用负荷的高低划分，可分为以下四种工况： 工况一：0到12%～15%额定负荷（MCR ），由旁路给水调节阀控制水位（单冲量水位控制系统工作），电泵定速运行。电泵最小流量控制系统负责保证电泵的流量大于其允许最小流量。泵出口压力控制系统和汽泵不工作。
工况二：12%～15%到25%～30%MCR ，由电泵调速控制水位（单冲量系统工作），旁路给水调节阀控制电泵出口压力。因流量大于电泵额定流量的30%，电泵最小流量控制系统自动关闭。汽泵不工作。
工况三：25%～30%到45%～50%MCR ，由电泵调速控制水位（三冲量系统工作），主给水调节阀控制电泵出口压力。因流量大于电泵额定流量的30%，电泵最小流量控制系统自动关闭。汽泵不工作。
工况四：45%～50%到100%MCR ，汽动泵调速控制水位（三冲量系统工作），主给水阀控制汽泵出口压力。电泵不工作。
3.6.2 工况之间的跟踪
电动泵单级单冲量工作时，电动泵三冲量副调跟踪单冲量调节器输出；
工况四
工况三
工况二
工况一
12 15
工况
负荷(%)
25 30
45 50
100
电动泵三冲量工作时，单冲量调节器跟踪阀位信号（电动泵手动）；
电动泵手动时，单冲量调节器跟踪副调输出（电动泵自动）；
汽动泵手动工作时，三冲量主调跟踪给水流量信号，副调跟踪阀位信号。
3.7给水泵最小流量控制系统
当汽动给水泵A、汽动给水泵B或电动给水泵运行时，为了保证给水泵的安全，在任何工况下都不允许通过给水泵的流量低于最小允许流量。因此，当锅炉负荷很低时，为了保证给水泵出口有足够的流量（应大于泵的最小流量），给水泵应该保证在最低转速下运行。这时，给水泵出口多余的水则经过与给水泵并联的再循环控制阀又流回到给水泵入口。给水泵最小流量控制回路为一单回路控制系统。汽动给水泵A、汽动给水泵B和电动给水泵的再循环流量控制系统互相独立，结构完全相同，下面以汽动给水泵A再循环流量控制系统为例加以说明。
汽动给水泵A最小允许流量可由运行人员在操作画面上手动设定。为了防止设定值的阶跃突变对控制系统的冲击和运行人员误将设定值操作到合理范围之外，该设定值应经过速率限制和上、下限限制。
系统自动时，汽动给水泵A最小允许流量设定值和汽泵A入口流量测定值的偏差经PID调节器进行比例积分运算，其输出作为汽泵A再循环阀门的开度控制指令。汽泵A入口流量测量值还需经过汽泵A入口给水温度的修正。
给水泵最小流量控制系统仅工作在给水泵汽动和低负荷阶段；锅炉给水流量只要大于最小流量定值，给水再循环调节阀门就关闭。最小流量给水再循环调节阀门常设计为反方向动作，即控制系统输出为0时，阀门全开；输出为100%时，阀门全关。这样在失电或失去气源时，阀门全开，可保证设备的安全。
3.8锅炉给水全程控制方案
锅炉给水全程控制方案如图15所示。
图15 锅炉给水全程控制方案
此方案是一个一段式的控制方案。在低负荷时采用PI1单冲量系统，使泵维
持在最低转速。高负荷时，阀门开到最大，采用三冲量控制系统，可以直接改变调速泵转速控制给水量。
3.9 300MW火电机组给水热力系统简图
300MW火电机组给水热力系统简图如图16.
图16 300MW火电机组给水热力系统简图
该机组配有两台50%额定容量的汽动给水泵和一台50%额定容量的电动给水泵，在机组启动阶段，由于汽源不够稳定，故先使用电动给水泵。正常运行时，主给水阀全开，通过调整泵的转速控制汽包水位。电动泵转速通过液力耦合器调整，两台汽动给水泵由小汽轮机驱动。
4 设计系统的控制分析
4.1总控制原理图
300MW火电机组给水控制系统的控制原理图详见1号图纸。
4.1.1单冲量控制方式
单冲量水位控制器接受实测汽包水位和水位设定值的差值，经过PI作用处理后，其输出控制30%给水调节阀。当机组负荷大于25%时，原则上可以切换到三冲量给水控制。给水全程控制系统如1号图纸所示，在机组启、停及低负荷运行工况，采用单冲量控制方案，通过单冲量调节器PI1控制给水旁路阀和电动阀。给水旁路阀及每台给水泵操作回路均配有手动/自动（M/A）操作站。汽包水位测量值H与汽包水位设定值进行比较，其偏差经单冲量调节器、切换器、比例器K2和M/A操作站去控制给水旁路调节阀，此时电动泵保持一定转速，一满
足启动和低负荷下给水流量的需求。当旁路调节阀开度大于95%时，自动打开主给水电动门，电动泵可进入自动方式运行。此阶段仍采用单冲量控制方式，当冲量调节器PI1的输出经比例器K1和M/A操作站控制电动给水泵转换，以维持汽包水位，由于采用旁路阀水位控制系统与电动泵转速水位控制系统的执行机构不同，采用了不同的比例系数K1和K2。其中，比例系数K1和K2的函数关系如图16.
图16 K1和K2的函数关系
4.1.2三冲量控制方式
三冲量汽包水位控制以串级方式为基础。水位调节器接收实测水位和水位给定值的差值，经过PI作用之后，其输出作为给水流量调节器的流量给定值分量，该值和蒸汽流量之和（相加）作为总的给水流量的给定值。给水流量调节器接受实测流量和给水流量给定值之和（相减），经过PI作用之后，其输出控制100%给水调节阀。
当机组负荷大于30%时，采用串级三冲量控制方案，系统中电动泵副调节器PI3和汽动泵副调节器PI4共用一个主调节器PI2。
在给水流量和蒸汽流量信号测量可靠，且蒸汽流量大于或等于30%时，系统可切换到三冲量控制方式。这是一个以汽包水位为主信号，以蒸汽流量为前馈信号，以给水流量为反馈信号的串级三冲量控制系统。三冲量主调节器输出加上蒸汽流量D作为副调节器的给定信号，给水流量W是反馈信号。在负荷由30%继续升到100%满负荷阶段，均采用串级三冲量控制方案。
在汽动泵未运行前，采用电动泵控制给水流量，三冲量主调PI2和电动泵副调PI3构成串级三冲量控制方式。当负荷继续升到30%~40%时，汽动泵小汽机开始冲转，升速，当汽动泵转速进一步上升，汽动泵流量逐渐提高，电动泵逐渐下降后，可投入汽动泵自动，是电动泵退回手动。当负荷升到40%~50%时，启动第二台汽动泵运行。这时，三冲量主调PI2和汽动泵副调PI4构成串级三冲量
汽动泵控制方式，MEH系统以汽动泵转速控制信号控制小汽机转速。
4.2逻辑框图
300MW火电机组给水控制系统的逻辑框图详见2号图纸。
主要逻辑如下：
（1）单，三冲量控制方式之间的切换。锅炉负荷高于X%（一般为30%）时，只要三个给水泵M/A控制单元有一个为自动方式，系统即自动选择三冲量控制方式。如果锅炉负荷低于X%且给水为自动，则控制逻辑自动回到单冲量控制方式。为了便于系统实现手动/自动无扰切换，系统设置了一系列跟踪功能：若A,B汽动泵均手松或系统选定单冲量控制方式时，汽动泵副调处于跟踪状态，跟踪两台汽动泵控制指令的平均值；若给水旁路们手动或系统处于三冲量控制方式时，单冲量调节器处于跟踪状态，跟踪给水旁路门指令和电动泵指令；若电动泵手动或系统选定单冲量控制或汽动泵跳闸后电动泵启动时，电动泵副调处于跟踪状态，有切换器跟踪单冲量调节器输出信号或跟踪汽动泵控制指令；若汽动泵副调和电动泵副调均处于跟踪状态，则三冲量主调也处于跟踪状态，跟踪给水流量测量信号。
（2）旁路调节阀控制。当出现给水流量变送器故障，第一级压力变送器故障，A 和B汽动泵均手动或给水调节门执行器故障等情况之一时，置旁路调节阀手动控制（MRE）。
（3）电动泵控制逻辑。当出现给水流量变送器故障，第一级压力变送器故障，A 和B汽动泵均手动或给水调节门执行器故障等情况之一时，置电动泵手动控制（MRE）。
（4）汽动泵控制逻辑。当出现汽动泵跳闸，给水流量变送器故障或第一级压力变送器故障等情况之一时，置汽动泵手动控制（MRE）。汽动泵跳闸时，经过延时x秒后系统发出超弛控制信号（PLW），使汽动泵控制指令最小。
4.3系统的组成
给水全程控制系统是由单冲量给水控制系统和串级三冲量给水自动控制系统组成的，两个系统之间随着机组负荷的变化通过无扰切换实现全程控制（一般在额定负荷的30％时进行切换）。在整个控制过程中，所采用控制手段依次为
负荷：
0％(启动) 30％负荷100％负荷30％负荷0％(停机)
单冲量控制三冲量控制三冲量控制单冲量控制
启动电动泵维持电动泵汽动泵电动泵
旁路阀最低速运行电/汽泵并列运行电/汽泵并列运行旁路阀
汽动泵电动泵
显然，机组在高、低负荷下呈现不同的对象特性，要求给水全程控制系统能
适应这种变参数的特性，主要是调节器的参数要随着被控对象特性的变化而自适
应的调整，实际是一个自适应控制的问题。
5设计系统总结
本设计采用了单级三冲量控制方式和串级三冲量控制方式无扰切换的控制
方案。设计系统包括了输入信号（汽包水位、汽包压力、给水流量、给水温度、
汽机第一级压力、主汽温度、过热减温水流量），信号校正，信号监测与报警，
切换与跟踪等部分组成。此外，还保证泵工作在安全经济工作区，逻辑关系准确
全面。
6心得体会
经过三周的时间，我完成了这次基于300MW火电机组的给水控制系统的设
计。在这三周时间里，我一边在图书馆或者网上查阅有关300MW火电机组给水控
制系统的资料，一边与老师所给的资料经行比较，来更好的设计和完成这次实践
任务。在课堂上，只是初步的了解了控制规律和控制方式，通过这次实践的学习，
我们对火电厂的给水控制系统进一步了解，加深了对控制规律和控制方式的理
解，注意到了泵的安全经济工作区，熟悉了SAMA图并用SAMA图画出了设计
系统的总原理图，理解了给水控制系统的信号校正系统，掌握了300MW火电机组
的给水控制系统的控制原理。我想，在以后的学习中，我会以这次课程设计为平
台，更好的去理解和接受火电厂的相关知识，为以后的工作打下良好的基础。
7参考文献
[1] 王建国等编.电厂热工过程自动控制.北京：中国电力出版社，2009
[2] F.G. Shinskey 著.过程控制系统——应用、设计与整定.北京：清华大学出版社，2004
[3] D. E. Seborg 等著.过程的动态特性与控制.北京：电子工业出版社，2006
[4] 边立秀等编著.热工控制系统.北京: 中国电力出版社，2002
[5] 张磊编. 超超临界火电机组集控运行. 北京: 中国电力出版社，2008.9
[6] 林文孚等编著.单元机组自动控制技术.北京: 中国电力出版社，2008
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月
1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
热工控制系统课程设计 题目燃烧控制系统 专业班级: 能动1307 姓名: 毕腾 学号: 02400402 指导教师: 李建强 时间: .12.30— .01.12
目录 第一部分多容对象动态特性的求取 (1) 1.1、导前区 (1) 1.2、惰性区 (2) 第二部分单回路系统参数整定 (3) 2.1、广义频率特性法参数整定 (3) 2.2、广义频率特性法参数整定 (5) 2.3分析不同主调节器参数对调节过程的影响 (6) 第三部分串级控制系统参数整定....................... (10) 3.1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统 (10) 3.2 、炉膛负压控制系统 (10) 3.3、系统分析 (12) 3.4有扰动仿真 (21) 第四部分四川万盛电厂燃烧控制系统SAMA图分析 (24) 4.1、送风控制系统SAMA图简化 (24) 4.2、燃料控制系统SAMA图简化 (25) 4.3、引风控制系统SAMA图简化 (27) 第五部分设计总结 (28)
第一部分 多容对象动态特性的求取 某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态如下: 导前区: 136324815.02++-S S 惰性区: 1 110507812459017193431265436538806720276 .123456++++++S S S S S S 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数, 能够用两点法求上述主汽温对象的传递函数, 传递函数形式为 w(s)= n TS K )1(+,再利用 Matlab 求取阶跃响应曲线, 然后利用两点法确 定对象传递函数。 1.1 导前区 利用MATLAB 搭建对象传递函数模型如图所示:
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
过程控制系统课程课题：反应釜温度控制系统 系另I」：电气与控制工程学院 专业：自动化_____________ 姓名： ________ 彭俊峰_____________ 学号：__________________ 指导教师： _______ 李晓辉_____________ 河南城建学院 2016年6月15日
反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC 调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。
1系统工艺过程及被控对象特性选取 被控对象的工艺过程 本设计以工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）为过程系统被控对象。 反应器为标准3盆头釜，反应釜直径1000mm,釜底到上端盖法兰高度1376mm, 反应器总容积，耐压。为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过。反应器压力报警上限组态值为。反应器的工艺流程如图1-1所示。 S8Q A a珑厲娜口 图1-1釜式反应器工艺流程图 该装置主要参数如表1-1所示。各个阀门的设备参数如表1-2所示，其中，D g为阀门公称直径、K v为国际标准流通能力。 表1-1主要测控参数表
… 过程控制系统 课程设计 { 班级： 本组成员： 、 2012年01月12日 设计报告目录
【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1) , 【2】内容二：过程控制课程设计 (6) （1）过程控制系统设计及其主要内容 (6) （2）被控对象特性分析 (6) （3）控制系统控制结构原理图 (7) （4）控制系统工艺流程图 (8) （5）一次仪表选型表 (10) （6）课程设计总结 (11) （7）参考文献 (12) . . 内容一：过程控制课程设计的相关资料
一．液位控制系统中PID控制 数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。 常用的PID控制系统原理框图如下所示： # PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差 PID控制规律为： 写成传递函数形式为： -
PID是比例,积分,微分的缩写形式： 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器 * 二．自适应控制
一、设计要求 在设计反应堆冷却系统时，为了保证反应堆运行安全可靠，针对不同的堆型，预先规定了热工设计必须遵守的要求，这些要求通常就称为堆的热工设计准则。目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则，一般有以下几点： 1.燃料元件芯块内最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度； 2.燃料元件外表面不允许发生沸腾临界； 3.必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件得到充分冷却；在事故工况下 能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热； 4.在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。 5.在热工设计中，通常是通过平均通道（平均管）可以估算堆芯的总功率，而 热通道（热管）则是堆芯中轴向功率最高的通道，通过它确定堆芯功率的上限，热点是堆芯中温度最高的点，代表堆芯热量密度最大的点，通过这个点来确定DNBR。 二、设计任务 某压水反应堆的冷却剂和慢化剂都是水，用二氧化铀作燃料，Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，正方形排列，已知下列参数：系统压力P15.8M P a 堆芯输出热功率N t1820M W 冷却剂总流量W32500t/h 反应堆进口温度t f i n287℃堆芯高度L 3.60m 燃料组件数m121 燃料组件形式n0×n017×17 每个组件燃料棒数n265 燃料包壳外径d c s9.5m m 燃料包壳内径d c i8.6m m 燃料包壳厚度δc0.57m m 燃料芯块直径d u8.19m m 燃料棒间距（栅距）s12.6m m 两个组件间的水隙δ0.8m m UO2芯块密度ρUO2 95%理论密度旁流系数ζ5% 燃料元件发热占总发热份额F a97.4% 径向核热管因子 1.33 轴向核热管因子 1.520 热流量核热点因子= 2.022 热流量工程热点因子 1.03 焓升工程热点因子(未计入交混因子) 1.142 交混因子0.95 焓升核热管因子= 1.085
控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)
set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 设计课题：前馈反馈控制系统的 设计与整定 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年12月06日
北华航天工业学院电子工程系 过程控制课程设计任务书 指导教师：教研室主任： 2013年12月06日 注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。 课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。
内容摘要 液位控制是工业中常见的过程控制，例如在饮料食品加工、化工生产、锅炉汽泡液位等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制，它对生产的影响不容忽视。对于液位控制系统的方法，目前有常规的PID控制，但是PID 控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化，得不到理想效果。而且，对于一些控制精度要求较高的场合，例如核电厂的蒸汽生成器中的液位控制，某些化工原料厂的化学溶液液位等问题，不允许在有扰动的情况下出现太大的超调量和过程的调节时间。 目前为了达到精度较高要求的先进控制策略的发展有：预测控制、自适应控制、智能控制、模糊控制等。具体采用的方法如将模糊控制和传统的PID控制两者结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例，积分，微分系统；以负荷为前馈扰动量构成一个串级加前馈的三冲量闭环控制系统等。目前各种锅炉汽包水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。 本文针对液位控制系统中较为基础的单容水箱作为控制对象，单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。而对于控制系统的选择为前馈——反馈系统。一般的控制系统都属于反馈控制, 这种控制作用总是落后于扰动作用。对于时滞较大、扰动幅度大而频繁的过程控制往往不能满足生产要求。引入前馈控制可以获得显著的控制效果。前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制, 所以控制是及时的。如果补偿作用完善可以使被控变量不产生偏差。 索引关键词：前馈—反馈控制PID 自动控制液位控制
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
中南大学 《过程控制仪表》 课程设计报告 设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (3)
2.1设计内容及要求 (3) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4) 3.1实验目的 (4) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (6) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (11) 4.5系统的硬件设计（单纯的逻辑控制） (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (13) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (14) 第五章系统软件设计 (16) 5.1系统软件设计1（单纯的逻辑控制） (16) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令： (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26) 第一章过程控制课程设计的目的和意义 1.1课程设计的目的 本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实
热工控制系统课程设计 ----某直流锅炉给水控制系统设计 二○一○年十二月 目录 第一部分多容对象动态特性的求取 (2) 第二部分单回路系统参数整定 (4) 一、广义频率特性法参数整定 (5) 二、临界比例带法确定调节器参数 (6) 三、比例、积分、微分调节器的作用 (9) 第三部分串级控制系统参数整定 (10) 一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定 (10) 二、给水串级控制系统参数整定 (13) 三、燃烧控制系统参数整定 (15)
第四部分 某电厂热工系统图分析 ........................................................ 16 参考文献： (19) 第一部分 多容对象动态特性的求取 选取某主汽温对象特定负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下： 导前区： 1 40400657 .12++-s s 惰性区： 1 1891542269658718877531306948665277276960851073457948202 .1234567+++++++s s s s s s s 对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温对象的传递
函数，传递函数形式为n Ts K s W )1()(+=，利用Matlab 求取阶跃响应曲线，然后利用两点法确定对象 传递函数。 导前区阶跃响应曲线： 图1-1 由曲线和两点法可得： 657.1=K 637.28,663.0657.14.0)(4.01==?=∞t y 165.61,326.1657.18.0)(8.02==?=∞t y 2092.25.0075.12 121≈=??? ? ??+-=t t t n ，8.2016.22 1≈+≈n t t T 即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：2 ) 18.20(657 .1)(+-= s s W 惰性区阶跃响应曲线：
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值
以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）
《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日
《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日
1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=
（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=
目录 一、设计任务 (1) 二、课程设计要求 (2) 三、计算过程 (2) 四、程序设计框图 (8) 五、代码说明书 (9) 六、热工设计准则和出错矫正 (10) 七、重要的核心程序代码 (11) 八、计算结果及分析 (17)
一、设计任务 某压水反应堆的冷却剂及慢化剂都是水，用二氧化铀作燃料，用Zr-4作包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，正方形排列。已知下列参数：系统压力 15.8MPa 堆芯输出功率 1820MW 冷却剂总流量 32100t/h 反应堆进口温度287℃ 堆芯高度 3.66m 燃料组件数 121 燃料组件形式17×17 每个组件燃料棒数 265 燃料包壳直径 9.5mm 燃料包壳内径 8.36mm 燃料包壳厚度 0.57mm 燃料芯块直径 8.19mm 燃料棒间距（栅距） 12.6mm 芯块密度 95% 理论密度旁流系数 5% 燃料元件发热占总发热的份额 97.4% 径向核热管因子 1.35 轴向核热管因子 1.528 局部峰核热管因子 1.11 交混因子 0.95 热流量工程热点因子 1.03 焓升工程热管因子 1.085 堆芯入口局部阻力系数 0.75 堆芯出口局部阻力系数 1.0 堆芯定位隔架局部阻力系数 1.05
若将堆芯自上而下划分为5个控制体，则其轴向归一化功率分布如下 表：堆芯轴向归一化功率分布（轴向等分5个控制体） 通过计算，得出 1. 堆芯出口温度； 2. 燃料棒表面平均热流及最大热流密度，平均线功率，最大线功率； 3. 热管的焓，包壳表面温度，芯块中心温度随轴向的分布； 4. 包壳表面最高温度，芯块中心最高温度； 5. DNBR在轴向上的变化； 6. 计算堆芯压降； 二、课程设计要求 1．设计时间为两周； 2．独立编制程序计算； 3．迭代误差为0.1%； 4．计算机绘图； 5．设计报告写作认真，条理清楚，页面整洁； 6．设计报告中要附源程序。 三、计算过程 目前，压水核反应堆的稳态热工设计准则有： （1）燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度。 目前，压水堆大多采用UO2作为燃料。二氧化铀的熔点约为2805 ±15℃，经辐照后，其熔点会有所降低。燃耗每增加104兆瓦·日/吨铀，其熔点下降32℃。在通常所达到的燃耗深度下，熔点将降至2650℃左右。在稳态热工设计中，一般将燃料元件中心最高温度限制在2200～2450℃之间。 （2）燃料元件外表面不允许发生沸腾临界。
唐山学院 自动控制系统课程设计 题目基于MATLAB的按转子磁链定向的异步电动机仿真系 (部) 智能与信息工程学院 班级 12电本1班 姓名董智博 学号 4120208102 指导教师吕宏丽吴铮 2016 年 1 月 18 日至 1 月 22 日共 1 周 2016年 1 月 22 日
《自动控制系统》课程设计任务书
目录 1引言 (1) 2异步电动机的三相数学模型 (2) 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (2) 2.2异步电机三相数学模型的建立过程 (2) 2.2.1磁链方程 (3) 2.2.2电压方程 (5) 2.2.3转矩方程 (6) 2.2.4运动方程 (7) 3坐标变换和状态方程 (9) 3.1坐标变换的基本思路 (9) 3.2三相--两相变换（3/2变换和2/3变换） (10) 3.3静止两相坐标系状态方程的建立 (11) 4系统模型生成及仿真............................... 错误！未定义书签。 4.1各模型实现 (14) 4.1.1 3/2变换模型 (14) 4.1.2异步电动机模型 (15) 4.2整体模型 (16) 4.3仿真参数设置 (17) 4.4仿真结果 (17) 5总结 (20) 参考文献 (21)
1引言 异步电动机具有非线性、强耦合性、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制系统和直接转矩控制系统是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电机模型，然后模仿直流电机控制策略设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的正、负符号，根据当前定子磁链矢量所在位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。两种交流电动机调速系统都能实现优良的静、动态性能，各有所长，也各有不足。但是无论是哪种控制方法都必须经过仿真设计后才可以进一步搭建电路实现异步电动机的调速。 本设计是基于MATLAB的按定子磁链定向的异步电动机控制仿真，通过模型的搭建，使得异步电动机能够以图形数据的方式经行仿真，模拟将要实施的转子磁链设计，查看设计后的转矩、磁链、电流、电压波形，对比观察空载起动和加载过程的转速仿真波形，观察异步电动机稳态电流波形，观察转子磁链波形。
步进式加热炉控制系统设计 一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作 把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。 炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 （2）步进式炉的几种类型 步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。 单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。 两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。 钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。 交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好 炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以
走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。 （3）步进式炉的优缺点 步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。 步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。