热工控制系统课程设计参考

目录

第一章引言 (1)

1.1课题研究背景及发展 (1)

1.2PID控制系统的发展现状 (2)

第二章汽温控制系统原理 (4)

2.1过热汽温控制对象的动态特性 (4)

2.1.1减温水流量扰动下汽温的动态特性 (4)

2.1.2蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性 (5)

2.1.3烟气侧扰动时的汽温动态特性 (6)

2.1.4过热汽温控制系统的方案 (7)

2.2串级汽温控制系统的工作原理 (8)

2.2.1串级汽温控制系统的组成 (8)

2.2.2串级汽温控制系统的工作原理 (9)

第三章串级汽温控制系统的设计 (10)

3.1汽温控制对象的实验建模 (10)

3.1.1控制系统的数学建模 (10)

3.1.2单位阶跃响应曲线 (10)

3.1.3控制对象传递函数求取 (15)

3.2串级控制系统的设计和调节器的选型 (22)

3.2.1主、副回路的设计原则 (22)

3.2.2主、副调节器的选型 (22)

3.3串级汽温控制系统的整定 (23)

3.3.1当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率相差大时

整定 (24)

3.3.2当串级汽温控制系统中内、外回路的工作频率差别不大

时整定 (25)

3.3.3串级控制系统的整定 (28)

第四章过热汽温控制系统实例与分析 (31)

4.1过热蒸汽流程 (31)

4.2过热汽温控制系统方案 (32)

第五章参考文献 (33)

第一章引言

1.1课题研究背景及发展

火电厂中汽温控制系统是锅炉的重要控制系统之一。汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。蒸汽温过高，会引起锅炉和汽轮机金属材料的超温过热，加速金属的氧化，降低材料的使用寿命；而汽温过低会降低热力循环的效率，同时使汽轮机末级叶片处的湿度增加，对叶片侵蚀作用增强，影响汽轮机安全运行。火电厂在额定功率运行时通常规定允许主汽温偏离额定值的范围为-10～+5℃，然而影响主汽温变化的因素很多，主要有锅炉负荷、炉膛过量空气系数、给水温度、燃料性质、受热面污染情况和燃烧器的运行方式等；且主汽温被控对象本身具有大迟延、大惯性和时变特性。因此，这些因素使得常规控制方法的控制性能指标不够理想。为此，人们一直试图利用改变一些对生产过程影响的种种扰动，以控制目标值的恒定，PID控制理论从此应运而生。在自动化过程控制中，无论是过去的直接数字控制DDC、设定值控制SPC，到微芯片可编程调节器和DDZ-S系列智能仪表，还是现在的PLC、DCS等控制系统中，我们都能很容易找到PID过程控制的影子。

以前锅炉系统比较简单，单回路的控制系统基本上可以满足控制要求。但是随着科技的发展，国家经济的腾飞，各种高科技技术开始应用于电厂锅炉。锅炉系统也变的越来越复杂，原来的单回路的控制方式，已经远远不能满足控制要求了。而在控制过程中，当单回路控制系统不能满足控制系统的性能要求时，需要采用功能更完善的多回路控制系统或其他复杂的控制系统来完成。因此过热蒸汽的汽温控制是十分重要的。

1.2 PID 控制系统的发展现状

PID 控制器以结构简单、稳定性好、可靠性高、调整方便等优势而被广泛应用于实际工程中。其中比例P 环节用来提高系统的响应速度，积分I 环节用来消除静差，微分D 环节用来提前抑止扰动。虽然PID 串级控制可以满足一定的工况，但在实际的工程中，随着工况的改变，对象模型也会发生变化。而控制器本身的参数是固定不变的，不能使时变的被控对象达到理想的性能指标。由此可以看出常规的PID 串级控制不能满足电厂汽温控制的需要，必须设计一种新的控制策略。而且希望在不改变原来控制结构的同时达到期望的性能指标，实现真正的自动控制，提高经济效益。因此设计一个既容易实现，又可以适应大惯性、大延迟和时变特点的控制器，是火电厂汽温控制的当务之急。 针对电厂中主汽温被控对象的特性，为了解决大惯性、大滞后过程的控制问题而又无需建立被控过程的数学模型，可以采用一种模糊预估PID 控制方法，即在常规PID 控制器前串联一个模糊预估器，通过模糊预估器对过程未来输出的预估作用来补偿被控过程的惯性和滞后对控制系统性能的影响。以改善主汽温被控对象在锅炉负荷发生变化等因素时的动态性能和抗干扰能力。其控制系统结构图如图1-1所示，图中虚线框部分为模糊自整定PID 控制器，它是由模糊推理系统与PID 控制器组成。实质上就是一种在我们所学的常规PID 控制器的基础上，

应用模糊集合理论建立参数p k 、i k 和d k 同系统误差e 和误差变化率de 间的二元连续函数关系：01(,)p p k k f e de =+、

02(,)i i k k f e de =+和03(,)d d k k f e de =+（其中0p k 、0i k 和0

d k 为串级

控制系统中主调节器PID 1的三个初始整定参数，1(,)f e d e 、

2(,)f e de 和3(,)

f e de 分别是模糊推理的三个输出），根据不同的误

图1-1模糊自整定PID 串级控制系统

差e 和误差变化率de 在线自整定参数p k 、i k 和d k 的模糊控制器

[2]

。当主汽温被控对象受到如锅炉负荷变化等因素时，主汽温测量值y 就会偏离主汽温设定值r ，此时模糊自整定PID 控制器可根据误差e 和误差变化率de 在线对p k 、i k 和d k 三个参数进行调整，从而改变模糊自整定PID 控制器输出信号u(t)；在该系统中，u(t)作为串级控制系统副回路的给定值，副调节器PID2的输出值根据控制规律做出相应的调整，继而改变喷水减温水的流量，最终使得主汽温y 保持在额定值。

r +

PID2

-

+

-

y

d 1

d 2

G 2(s)

PID1

G 1(s)

De/dt

模糊推理系统e

kp ki kd

u(t)

第二章汽温控制系统原理

2.1过热汽温控制对象的动态特性

影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度和流速变化、锅炉受热面结垢等。但归纳起来，主要有减温水流量扰动下汽温的动态特性，蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性，烟气侧扰动时的汽温动态特性等三方面。

2.1.1减温水流量扰动下汽温的动态特性

当减温水流量扰动时，改变了高温过热器入口汽温，从而影响了过热器出口汽温，其阶跃响应曲线如图2-1所示。从图2-1

θ(℃)

减温水量变化对对热气温的影响

图 2-1 减温水量变化对过热汽温的影响

中可以看出，其特点是有迟延、有惯性、有自平衡能力的。但是由于现代大型锅炉的过热器管路很长，因而当减温水流量扰动时，

汽温反应较慢。

采用喷水减温是目前常用的控制手段，但由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以单纯根据主汽温的偏差采用单回路控制方案来控制汽温是不能满足生产要求的，而应引入能够提前反应扰动的导前信号，构成多回路系统。目前采用的过热蒸汽温度控制系统主要有两种方案：串级控制系统方案和采用导前汽温微分信号作为补充信号的控制系统方案。

2.1.2蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性

当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。过热器出口汽温的阶跃响应曲线如图2-2所示，其特点是：

有滞后、有惯性、有自平衡能力，且C T / 较小。

当锅炉负荷增加时，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随负荷变化的方向是相反的。负荷增加时，通过对流式过热器的烟气温度和流速都增加，从而使对流式过热器的出口汽温升高。但是，由于负荷增加时，炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增加所需要的吸收量，因而当负荷

图2-2 锅炉负荷扰动下过热汽温的阶跃响应曲线

减温水量变化对对热气温的影响

θ

增加时，辐射式过热器出口汽温是下降的。现代大型锅炉过热器，对流式过热器受热面积大于辐射式过热器的受热面积，因此总的汽温将随负荷增加而升高。

2.1.3烟气侧扰动时的汽温动态特性

图2-3表示烟气热量y Q 阶跃变化时的过热汽温的反应曲线，

其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。烟气热量扰动（烟气温度和流速产生变化）时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟气传递热量也同时变化，所以汽温反应较快，其时间常数C T 和迟延τ均比其他扰动小。

现场当中是通过改变烟气温度（例如改变喷燃器角度或改变喷燃器投入的个数）或改变烟气流量来求取汽温响应曲线的。 综上所示，汽温在各种扰动下都有延迟有惯性，有自平衡能力。就τ/c T 值而言，减温量扰动下其值最大，烟汽扰动下次之，蒸汽流量扰动时为最小。

要指出的是，在喷水减温控制系统中，减温量的扰动强烈。对此段的温度要求比对高温段出口要求低，所以将它作为串级控制的副参数，在导前微分中也常将它作为导前微分信号。

θ(℃)

Ο

Ο

烟气流量变化对过热气温的影变响

图2-3 烟气热量扰动下过热汽温的阶跃响应曲

2.1.4过热汽温控制系统的方案

目前汽包锅炉的过热汽温的调节一般都采用喷水减温方式。喷水减温是将减温水直接喷入过热蒸汽中，减温水吸收过热蒸汽的汽化潜热，从而改变过热蒸汽温度。汽温的变化通过减温器喷水量的调节加以控制。

大型机组中，由于过热器管道较长，位置各异，结构复杂，为了改善汽温的控制效果，普遍采用分段汽温调节，通常设置两级以上喷水减温器。常规串级汽温控制系统，采用导前微分信号的双回路汽温控制系统。

2.1.4.1过热汽温控制系统的基本方案

常规串级汽温控制系统，采用导前微分信号的双回路汽温控制系统，I级减温给定值可变的汽温控制系统，按温差控制I级减温水的汽温控制系统。除上述几种方案外，采用如负荷前馈，随负荷变化自动改变主汽温给定值和控制器参数，补偿控制器机构的非线性等，以组成更完善的汽温控制系统。这里采用常规串级汽温控制系统。

2.1.4.2其他的控制方式简介

1.采用导前微分信号的双回路控制系统

导前参数经微分后，动态中相对于主参数能显着提前反映控制效果和控制量的自发变化；稳态时微分信号消失，控制器保持主参数等于给定值。

采用导前微分信号的双回路控制系统是串级控制系统的一种变形，故它可等效为串级控制系统进行分析，整定。

采用导前微分信号的双回路控制系统，也可以按补偿对象法等效为单回路系统进行分析和整定。这时，不考虑内外回路工作频率的差别，皆可以用。

2.前馈—反馈控制系统

前馈控制的实质是扰动补偿，即用扰动产生的控制作用去补偿它对被控量的影响。完全补偿时，被控量不受扰动影响（不变化）。前馈控制器的传递函数Wa(s)可按开环完全补偿原则求得，不考虑反馈回路。在前馈—反馈控制系统中，由于有反馈控制保

证稳态时被控量回到给定值，所以前馈控制器的传递函数可取易于实现的简单形式。 3.多变量对象的控制系统

若对象是多输入多输出的，每个输入对几个输出都有影响，叫多变量对象。用统一理论方法处理多变量控制系统比较复杂。工程上根据对生产过程的具体分析及控制对象的动态特性等，采取不同的方法处理多变量控制系统。本章主要介绍了一种解耦方法。利用解耦装置的作用将多变量对象变换成几个单变量对象。

2.2串级汽温控制系统的工作原理 2.2.1串级汽温控制系统的组成

串级汽温控制系统的原理结构如图2-4所示。

图2-4 串级汽温控制系统原理结构图 TT-温度变送器； PII 、PI2-主、副控制器；f(x)-执行器；i-电信号；

2θ-导前汽温；1θ-主汽温；dr q -减温水量流

主控制器PI1接受住汽温信号1θi 与其给定值g i 偏差信号，其

输出信号1c i 作为副控制器PI2的给定值。副控制器PI2根据导前汽温信号1θi 与1c i 的偏差，控制减温水流量dr q 调节汽温，稳态时保持主汽温1θ等于给定值。

串级汽温控制系统由两个回路组成导前汽温2θ反馈构成内回路，其任务是及时消除进入内回路的扰动，如减温水流量的自发扰动和及时反映控制效果；主汽温1θ反馈构成外回路，其任务是消除未进入内回路的其他扰动，稳态时，保持主汽温等于给定值。

2.2.2串级汽温控制系统的工作原理

采用喷水减温的串级汽温控制系统从被控对象的动态特性来看，喷水扰动下的汽温动态特性（即控制通道的动态特性）不如其他扰动下的动态特性，为了克服控制通道的滞后和惯性，采用了导前汽温信号2θ。在喷水量扰动下2θ肯定比主汽温1θ能提前反映控制作用。因此，采用导前汽温2θ信号构成串级汽温控制系统，以改善汽温的控制质量。

图2-4中所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温2θ发生变化，副调节器PI2就去改变减温水流量θW ，初步维持后级过热器入口汽温2θ在一定的范围内，起粗调作用。而过热器出口汽温1θ的控制，则是通过主调节器PI1来校正副调节器PI2的工作，只要1θ未达到给定值，主调节器PI1的输出信号就不断地变化，使副调节器PI2不断地去控制减温水喷水量θW 的变化，直到1θ恢复到给定值为止。稳态时，导前汽温2θ可能稳定在原来数值不同的数值上，而主汽温1θ则一定等于给定值。

第三章串级汽温控制系统的设计3.1汽温控制对象的实验建模

3.1.1控制系统的数学建模

描述自动控制系统及子系统的输入输出变量之间静态或动态关系的数学表达式或图表成为控制系统的数学模型。统的数学模型关系到整个系统的分析和研究，建立合理的数学模型是自动控制系统分析中最重要的环节。

建立数学模型有两种基本方法：一种是分析系统各部分静态关系和动态机理，根据这些机理分别写出描述各部分和运动机理的代数方程及微分方程，将它们合在一起组成描述整个系统的方程。这种方法成为机理分析建模方法；另一种方法是人为地给系统输入某种测试信号（例如阶跃信号），并记录系统的输出响应数据，然后根据这些数据拟合出系统的数学模型，这种方法称为实验建模方法。在实验建模过程中，有时连测试的信号也可以不加，直接记录系统运动时各变量的实际运动（输入、输出信号的动态数据），从而建立系统的数学模型。实验建模方法又称为系统辨识方法。系统辨识方法主要用于系统的运动机理比较复杂而不便于分析或不可能分析的情况。由于过热汽温的控制的运动机理比较复杂因此采用实验建模方法。

3.1.2单位阶跃响应曲线

3.1.2.1用矩形脉冲响应特性测取对象模型

当控制对象在受到一定阶跃扰动（例如10%-15%）时，若被控对象的变化将超出允许的变化范围，这种情况宜施加矩形脉冲扰动进行实验。有自平衡对象的矩形脉冲响应曲线，如图3-1（a）

图3-2 矩形脉冲信号与阶跃信号的关系

所示。由于扰动量0x 在时刻a 以后消失，所以被控制量y 最终将回到起始值。无自平衡对象的矩形脉冲响应曲线如图3-1(b)所

示。由于对象存在积分作用，所以被控量稳定在某个新的数值。

矩形脉冲响应特性曲线的实

验方法步骤与阶跃响应特性实验基本相同。但要注意两点：一是要适当选择矩形脉冲的幅值和宽度。矩形脉冲幅值可以比阶跃信号取得大一些，可取额定值的20%-30%。矩形脉冲信号的宽度过大过小都不好。过大容易引起被控量的变化超出允许值；过小，被控量变化小，降低测试精度。一般在实验前通过试探方法选定脉冲幅值和宽度。二是实验结束时，要使扰动量真正恢复到扰动前的数值，否则被控量不能变化

图 3—1 矩形脉冲响应曲线

(a) 有自平衡对象 (b) 无自平衡对象

到应有的平衡状态，造成测试误差。

由矩形脉冲响应曲线能简便地画出阶跃响应曲线。说明如下：

一个脉冲宽度为a 、幅值为0x 的矩形脉冲，可以看成由幅值相等、方向相反而在时间上相差a 的两个阶跃信号所组成，如图3—2所示。

阶跃信号2x 可看做阶跃信号0x 的反向迟延环节，迟延时间为

0a 于是矩形脉冲

x(t)可表示为：

)()()()()(1121a t x t x t x t x t x --=+=

式中 )()(12a t x t x --= （3-1） 由矩形脉冲扰动引起的矩形脉冲响应y(t)也可看作是由两部分构成的：由)(1t x 的阶跃响应)(1t y 和)(2t x 的阶跃响应)(2y y 叠加而成，即

)()()(21t y t y t y +=

式中 )()(12a t y t y --= 故 )()()(11a t y t y t y --=

或 )()()(11a t y t y t y -+= （3-2）

式（3—2）说明，由矩形脉冲响应y(t)与一个迟延a 后的阶跃响应)(1a t y -叠加便可得到阶跃响应)(1t y 。具体求法可以分段进行，逐段向后推进。先将时间轴按a 等分为若干等分[图3—3（a ）]。注意到前一段的y(t-a)，再按式（3—2）叠加，便可得出后一段的)(a t y -。如此向后推进。下面取几个点说明[图3—3（a ）]:

在t=a 时，)()(1a y a y =，即阶跃响应与矩形脉冲响应重合，由此确定了)(1t y 的第一点1。

在t=2a 时，)()2()2(11a y a y a y +=，由此确定了)(1t y 的第二点2。

在t=3a 时，)2()3()3(11a y a y a y +=，由此确定了)(1t y 的第三点3。

如此后推，直到把)(1t y 的点全部求出。

用同样方法，可以依据无自平衡对象的矩形脉冲响应)(t y 画出其阶跃响应)(1t y 。如图3—3（b ）所示。最后指出，倘若在做阶跃响应特性实验时，被控量的变化超出了允许范围，这时应立即取消扰动量，但实验记录可继续进行，所得的被控量变化曲线实际上就是矩形脉冲响应曲线。用上述方法便可画出阶跃响应曲线。

图3—3 由矩形脉冲响应画出阶跃响应曲线 （a ）有自平衡对象 （b ）无自平衡对象

3.1.2.2实验阶跃响应曲线的测取 由实验测得导前区数据如表（3-1） 表3-1

T 15 30 45 60 75 90 105 120 )

(1a t y -- 0

1.2673

2.5321

3.6675

4.5246

5.1082 5.2645 5.7044 )(t y

0.2756

0.9917

1.2648

1.1354

0.8571

0.5836

0.1563

0.4399

由上述数据用描点法作出导前区的阶跃响应曲线如图3-4。

由实验测得控制通道数据如表（3-2） 表3-2

t 42 82 126 168 210 252 294 336

)

(1a t y -- 0

4.1181

7.8111 9.2109 9.7891 9.9502 9.9892 9.9978

)(t y

0.6213 3.4968 3.6933 1.3998 0.5782 0.1611 0.0391 0.0086

图3-4 导前区阶跃响应曲线

由上述数据用描点法作出控制通道的阶跃响应曲线如图3-5所示。

3.1.3控制对象传递函数求取

3.1.3.1导前区及控制通道的传递函数

图2-4表示在减温水量控制阀开度μ阶跃关小下，由试验得出的导前汽温θ2与主汽温1θ的响应特性。可以看出，对象导前区和对象控制通道的动态特性都是有惯性、有自平衡的。导前区的惯性较小，而控制通道的惯性较大。从图上可求导前区的参数2τ、T 2c 、K 2及控制通道的参数τ、T c 、K 。一般τ=30～60s ，T c =40～100s 。

过热汽温对象的导前区W 2ob ()s 及控制通道W ou ()s 的传递函数可表示为：

()

2

22

221)

()()(n ob S T K S M S S W +=

Θ-

= （3—3）

图3-5 控制通道阶跃响应曲线

()

n

o TS K S M S S W +=

Θ-

=1)

()()(2

1μ （3—4）

根据从阶跃响应曲线上得到的τ、T c ，由表(1-1)可得出上述传递函数中的时间常数T 2及T 、阶数n 2及n 。传递函数中的

K

2

及K 及为从图1-3中求出的K

2

及K 。

3.1.3.2惯性区传递的传递函数

在分析、整定过热汽温控制系统时，常需要知道汽温对象惯性区的传递函数W

1

ob ()s ，但惯性区的阶跃响应特性不能直接从

现场试验求得，因为无法施加一个导前汽温2θ的阶跃扰动。因此，对象惯性区的传递函数W 1

ob ()s 只能用计算法求出。对象惯性区

的传递函数W

1

ob ()s 可表示为

1

)

1()

()()(11

211n ob s T K s s s W +=

ΘΘ=

（3-5）

或 )

()()(21s W s W s W ob o ob μ=

（3-6）

利用级数展开并取低阶项系数相等，可求出式（3-5）中的T 1、和n 1。二项展开式为：

()()()()

n

k n

x

x K k n n n x n n nx x ++--+

+-+

+=+!

112

1112

（3-7）

式中 K =0, 1, 2, …； n =1, 2, …。

将式（3-5）按式（3-7）的形式展开，并舍去s 2项以后的项，得

W 1ob ()s =K 1（1+T

1s ）

1

n -=K 1[()2

2

1111112

11s

T n n s T n ++-]

（3-8）

为解出n 1、T 1，需在列写一个方程式。将式（3-6）的右端也按式（3-8）的形式展开，并舍去s 2项以后项后：

()()

n

ob o ob TS

K S T K S W S W S W ++=

=

22211)

()()(μ

()()???

?

???

??????????

???++-???????-++≈222222222212111211S T n n nTS S T n n S T n K K ?

?

?

???????++-+-+--=22222222222])1()1(2[21)(1s T n n T n n T nTn s T n nT K K

（3-9）

对比式（3-7）与式（3-8),s 项的系数应相等，即

2211T n nT T n -= 1

2

21T T n nT n -=

(3-10)

s 2

项的系数也应相等，即

2

2

222222

111)1()1(2)1(T

n n T n n T nTn T n n ++-+-=+

(3-11)

由式（3-9）、式（3-10）得：

2

12

2

22

2221222

2

22

1)(K K K T n nT T n nT n T n nT T n nT

T =

--=--= (3-12)

按上式算出T 1、n 1、K 1

后，便确定了对象惯性区的传递

函数

W

1

ob ()s =1

)

1(11

n s T K +。

若用乘积n T 表示对象惯性的大小，则当n T

>=3n

2

T

2

时，

即控制通道的惯性远大于对象导前区的传递函数W 1

ob ()s 可写

为：

n

ob TS K S W )

1()(11+≈

（3-13）

式中，分母为控制通道传递函数W

ou

()s 的分母

[]）见式（43-，而分子仍用惯性区的K

1

。这时，可省去。

3.1.3.3惯性区传递的传递函数

热生产过程常含有热交换，蒸发等过程，因此控制对象常具有多容惯性的特征，其传递函数可以表示为：

()n ob TS K

S W +=

1)(式中特性参数T 、n 、K 都可以从阶跃响应曲线

上求得。常用的有两种方法：切线法和两点法。运用两种方法均可以求出上式中的特性参数T 、n 、K 但运用切线法时要通过阶跃响应曲线的拐点作切线。由于切点位置和切线斜率不易准确确定，因而得出的τ、c T 值就可能因人而异，出现不同程度的误差。这是切线的缺点。如果能在阶跃响应上适当地选取两点，根据这两点的数据来确定传递函数分母中的T 、n ，而值K 按式()0

x y K ?∞?=求

出，这样就可校正确的写出所求的近似传递函数。

两点法是在阶跃响应曲线上找到()()∞=y t y 4.01和

()()∞=y t y 8.02两点，并读出这两点对应的时间1t 、2t 如图1—9

所示。然后按下面介绍的近似关系求传递函数中的参数n 、T 、K 。

（1）2

21

2

1

215.01075.1?????

???????+-≈

???? ??=t t t t t t f n （3-14）

计算阶数n 。为简便把（3-2）给列成表3-3供查用。 表3-3

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 2

1t t

0.32 0.46 0.53 0.58 0.62 0.65 0.67

0.685

0.70 0.71

0.735

0.75

（2） 16

.221t t nT +≈ （3-15）

求T 。

（3）K 值按式()0

x y K ?∞?=

计算。

由表3-3看出，32.021=t t 时，是一阶惯性环节。46.021=t t 时是二阶惯性环节。当46.032.021<

()()

S T S T K

S W ob 2111)(++=

（3-16）

式中1T 、2T 按下面近似公式计算

16

.22121t t T T +≈

+

（3-17）

()

55

.074

.12

12

21

2

1-≈+t t T T T T （3-18）

一电厂热工控制DCS系统设计

| 67 PLC and DCS 一电厂热工控制DCS系统设计 刘景芝，孙　伟 （中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏　徐州　２２１００８） 摘 要：以西山孝义金岩公司自备电厂为背景，主要结合循环流化床锅炉机组的运行特点和控制特性，对其热工系统运用集散控制方式进行控制，并采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ　ＪＸ－３００Ｘ系统对单元机组的热工控制系统做了初步的整体设计。 关键词：热工控制系统；集散控制系统（ＤＣＳ）；循环流化床锅炉 中图分类号：ＴＰ３９３．０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００７）１２－００６７－０３ A DCS system for thermal control of a power station LIU Jing-zhi, SUN Wei (The School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 China) Abstract: This paper introduces a distributed control system for the power station of the Xishan Jinyan company. According to the operation and control requirements of the circulating fluidized bed boiler, the distributed control for the thermal system of a power unit is designed with the SUPCON WebFiled JX-300X. Keywords: thermal control system; distributed control system(DCS); circulating fluidized bed boiler １ 引言 火力发电是现代电力生产中的一种主要形式，火力发电厂 运行系统多而且复杂，各系统之间要协调运行又要对负荷变化 具有很强的适应能力，因此有效的控制火力发电厂运行极其重 要。目前火电机组都普遍采用ＤＣＳ［３］，因为ＤＣＳ系统给电厂在 安全生产与经济效益方面带来巨大作用，使以往任何控制系统 无法与其相提并论。随着各项技术的发展和用户对生产过程控 制要求的提高，一种全数字化的控制系统——现场总线控制系 统（ＦＣＳ）问世了，并得到了快速发展。虽然现场总线控技术 代表了未来自动化发展的方向并将逐步走向实用化，但由于火 电厂的具体环境和控制特点，经过论证与分析，近期内热控系统 只能以ＤＣＳ为主［１］［２］。 西山孝义金岩公司自备电厂包括２台７５ｔ／ｈ循环流化床锅 炉、２台１５ＭＷ抽汽式汽轮发电机组。本文主要针对循环流化床 锅炉，将其改造为单元机组运行。根据循环流化床锅炉和火电机 组的运行特点，分析其热控系统的功能要求，采用集散控制系统 （ＤＣＳ）实现热工自动化，并以浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ　ＪＸ－３００Ｘ为 例，进行具体系统的初步设计。 收稿日期：２００７－０７－０３ ＪＸ－３００Ｘ集散控制系统全面应用最新的信号处理技术、高 速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技 术，采用高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，兼具高速可靠 的数据输入输出、运算、过程控制功能和ＰＬＣ联锁逻辑控制功 能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一套全数字化的、结构灵 活、功能完善的新型开放式集散控制系统。 ＪＸ－３００Ｘ体系结构如下图： ２ 系统介绍及方案描述 ２．１ 系统总体方案描述 根据单元机组运行特点及要求，其控制系统一般配有以下系统： （１） 数据采集系统（ＤＡＳ）； 图１ JX－３００X体系结构图

热工控制系统课程设计样本

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:

计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统

计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产

生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加

热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

数控加工工艺课程设计说明书(DOC 22页)

数控加工工艺课程设计说明书(DOC 22页)

《数控加工工艺》课程设计说明书 班级： 学号： 姓名】 指导老师：】

1.设计任务 本次课程设计是通过分析零件图，合理选择零件的数控加工工艺过程，对零件进行数控加工工艺路线进行设计，从而完成零件的数控加工程序的编写。使零件能在数控机床上顺利加工，并且符合零件的设计要求。 2.设计目的。 《数控加工工艺课程设计》是一个重要的实践性教学环节，要求学生运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的有： 1 通过本设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控加工工艺和数控编程的基本内容和基本知识，学习总体方案的拟定、分析与比较的方法。 2 通过对夹具的设计，掌握数控夹具的设计原则以及如何保证零件的工艺尺寸。 3 通过工艺分析，掌握零件的毛坯选择方式以及相关的基准的确定，确定加工顺序。 4 通过对零件图纸的分析，掌握如何根据零件的加工区域选择机床以及加工刀具，并根据刀具和工件的材料确定加工参数。 5 锻炼学生实际数控加工工艺的设计方法，运用手册、标准等技术资料以及撰写论文的能力。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。 3.设计要求： 1、要求所设计的工艺能够达到图纸所设计的精度要求。 2、要求所设计的夹具能够安全、可靠、精度等级合格，所加工面充分暴露出来。 3、所编制的加工程序需进行仿真实验，以验证其正确

4.设计内容 4.1分析零件图纸 零件图如下： 1.该零件为滑台工作台，是一个方块形的零件。图中加工轮廓数据充分，尺寸 清晰，无尺寸封闭等缺陷。 2.其中有多个孔有明确的尺寸公差要求和位置公差要求，而无特殊的表面粗糙 度要求，如70+0.1、102+0.1、80+0.1、100+0.1、13.5+0.05、26+0.05.

热工控制系统课程设计56223

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：

核反应堆热工分析课程设计报告书详细过程版本

华扶#力*孑 课程设计报告 （20 13 一2014年度第二学期） 名称：核反应堆热工分析课程设计 题目：利用单通道模型进行反应堆稳态热工设计 院系：核科学与工程学院______________________ 班级：实践核1101班______________________ 学号：06 _________________________ 学生姓名：M _____________________ 指导教师：王胜飞__________________ 设计周数：Ul _______________________ 成绩：_____________________ 日期：2014 年6月19日

一、课程设计的目的与要求 反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。对于反应堆热工设讣，尤其是对动力堆，最基本的要求是安全。要求在整个寿期内能够长期稳泄运行，并能适应启动、功率调和停堆等功率变化，要保证在一般事故工况下堆芯不会遭到破坏，甚至在最严重的工况下，也要保证堆芯的放射性物质不扩散到周围环境中去。 在进行反应堆热工设计之前，首先要了解并确左的前提为： （1）根据所设计堆的用途和特殊要求（如尺寸、重量等的限制）选左堆型，确怎所用的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类； （2）反应堆的热功率、堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化范用： （3）燃料元件的形状、它在堆芯内的分布方式以及栅距允许变化的范H： <4）二回路对一回路冷却剂热工参数的要求： （5）冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。 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，预先规立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左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英他相应燃耗下的熔化温度； （2）燃料元件外表而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）在稳态额泄工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳左性。 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?DNBR?J 热工课程设计主要是为了培养学生综合运用反应堆热工分析课程和英它先修课程的理论和实际知识，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。通过本课程设计，达到以下目的： 1、深入理解压水堆热工设讣准则： 2、深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了平均通道（平均管）、热通道（热管）、热点等在反应堆设计中的应用； 3、掌握堆芯焰场的计算并求岀体现在反应堆安全性的主要参数：烧毁比DNBR,最小烧毁比MDNBR, 燃料元件中心温度及其最高温度，包壳表面温度及英最髙温度等； 4、求出体现反应堆先进性的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度，燃料元件平均热流密度（热通量），最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出口温度等： 5、掌握压降的计算： 6、掌握单相及沸腾时的传热计算。 7、理解单通道模型的编程方法。 课程设计要求： 1.设计时间为一周；

工业锅炉热工控制系统-过程控制课程设计报告书

工业锅炉热工控制系统-过程控制课程设计报告书

目录 一、概述 -----------------------------------------------------------------------2 1．1工业锅炉概述 ----------------------------------------------------------------2 1．2国内工业锅炉发展状况 --------------------------------------------------------2 1．3国外工业锅炉发展状况 --------------------------------------------------------2 1．4工业锅炉的调节任务 ----------------------------------------------------------2 二、工业锅炉控制系统的基本任务和要求--------------------------------------------3 2．1给水控制系统 ----------------------------------------------------------------3 2．2过热蒸汽温度的调节系统 ------------------------------------------------------3 2．3燃烧调节系统 ----------------------------------------------------------------3 2．4锅炉的主要设计参数----------------------------------------------------------4 三、工业锅炉自动控制系统方案的设计----------------------------------------------4 3．1给水控制系统----------------------------------------------------------------4 3．1．1 锅炉汽包给水控制对象的特点 3．1．2锅炉汽包给水控制对象的动态特性 3．1．3测量给水控制系统仪表的选择 3．1．4给水控制系统的设计 3．1．5给水控制系统的工作原理及SAMA图 3．2过热蒸汽温度的调节系统-----------------------------------------------------10 3．2．1过热蒸汽温度的调节系统对象的动态特性

核反应堆热工水力课程设计

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

核反应堆热工分析课程设计报告书详细过程版本

课程设计报告 ( 20 13 -- 2014 年度第二学期) 名称：核反应堆热工分析课程设计 题目：利用单通道模型进行反应堆稳态热工设计院系：核科学与工程学院 班级：实践核1101班 学号：1111440306 学生：佳 指导教师：王胜飞 设计周数：1周 成绩：

日期：2014 年 6 月19 日

一、课程设计的目的与要求 反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。对于反应堆热工设计，尤其是对动力堆，最基本的要安全。要求在整个寿期能够长期稳定运行，并能适应启动、功率调节和停堆等功率变化，要保证在一般事故工况下堆芯不会遭到破坏，甚至在最严重的工况下，也要保证堆芯的放射性物质不扩散到周围环境中去。 在进行反应堆热工设计之前，首先要了解并确定的前提为： （1）根据所设计堆的用途和特殊要求（如尺寸、重量等的限制）选定堆型，确定所用的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类； （2）反应堆的热功率、堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化围； （3）燃料元件的形状、它在堆芯的分布方式以及栅距允许变化的围； （4）二回路对一回路冷却剂热工参数的要求； （5）冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。 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。 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。 热工课程设计主要是为了培养学生综合运用反应堆热工分析课程和其它先修课程的理论和实际知识，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。通过本课程设计，达到以下目的： 1、深入理解压水堆热工设计准则； 2、深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了平均通道（平均管）、热通道（热管）、热点等在反应堆设计中的应用； 3、掌握堆芯焓场的计算并求出体现在反应堆安全性的主要参数：烧毁比DNBR，最小烧毁比MDNBR，燃料元件中心温度及其最高温度，包壳表面温度及其最高温度等； 4、求出体现反应堆先进性的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度，燃料元件平均热流密度（热通量），最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出口温度等； 5、掌握压降的计算；

热工控制系统故障专项应急预案

热工控制系统故障专项 应急预案 1总则 1.1编制目的：为防止热工控制系统故障导致事故扩大，避免由于热工控制系统故障导致设备损坏事件的发生，特制定本预案。 1.2编制依据：本应急预案依据《火力发电厂设计技术规程》、《火力发电厂热工控制系统运行检修导则》、《火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定》、《枣庄市建阳热电有限公司公司重大突发事件应急预案》等结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》编写。 1.3热工控制系统故障：指热工控制系统硬件、软件以及系统出现故障导致锅炉、汽轮发电机组本体设备、辅助设备、其他相关系统及设备的控制故障，造成设备被迫停止运行，对机组安全运行及设备健康状况构成严重威胁的事件。 1.4适用范围：本应急预案适用于枣庄市建阳热电有限公司热工控制系统故障事件的应对工作。 1.5热工控制系统现况：枣庄市建阳热电有限公司#1、#2炉、1 #机DCS系统为XDPS分散控制系统。DCS系统的控制范围覆盖模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS、燃烧器管理系统BMS、数据采集

系统DAS、汽轮机控制系统DEH、给泵汽轮机控制系统MEH和电气控制系统ECS。控制室里，采用CRT控制并辅以大屏幕显示。 2事故类型和危害程度分析 2.1分散控制系统操作员站和过程控制单元等故障，导致控制信号消失或被控对象失去控制； 2.2分散控制系统网络或模件总线通信故障，导致信息传输中断或坏质量； 2.3热工控制系统软件存在缺陷、错误，导致控制系统发出错误指令； 2.4热工控制系统电源故障，导致控制系统停止工作； 2.5汽机控制系统（DEH）或给水泵汽机控制系统（MEH）故障，导致汽机或给水泵汽机不能正常控制和运行。 3应急处置基本原则 3.1当分散控制系统局部故障，重要的局部区域信号异常、部分主重要运行参数失去控制或其显示不能真实反映实际工况时，由值长按照规程，通过运行方式的调整、现场监视和操作等可以利用的一切手段，尽可能使机组运行稳定、设备处于安全状态。当部分操作员站（OIS）出现故障时，应由可用操作员站继续承担机组监控任务（此时应尽量减少操作），同时迅速排除故障。 3.2当全部操作员站出现故障时（所有OIS"黑屏"或"死机"），若主要后备硬手操及监视仪表可用且暂时能够维持机组现况，则转用后备操作方式运行，同时排除故障并恢复操作员站运行方式，由值长

换热站课程设计说明书

供热课程设计说明书 题目： 院（部）： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 第二章热负荷计算 (6) 原始资料 负荷计算 第三章供热系统方案的选择 (11) 系统热源型式及热媒的选择 供热管道的平面布置类型 供热管道的定线原则 管道的保温与防腐 第四章设备的选择 (13) 热交换器选型 水泵的选择和计算 除污器选择 设计小结 (19) 参考文献 (21) 摘要 本设计名为长春市曙光苑小区室外供热管网和换热站工程设计。 随着国家计量供热的逐步推行，供热行业面临着新的机遇和挑战。计量供热是供热行业从粗放型管理方式向精细型管理方式的一次深刻转变。计量供热的主目标是节能环保。计量供热的成功实行必须依托高精确的热网调控。而热网的高精确调控基础是热网的设计和建设。这对我们供热系统的设计人员和施工人员提出了新的更高的要求。能否设计出满足热网精确调控需求的供热系统是当前我们设计人员面临的一道重要难题。

供热工程是现代化城市重要的基础设施，也是城市公共事业的一项重要设计。各地区都努力从现有条件出发，积极调整能源结构，研究多元化的供热方式，实现供热事业的可持续发展，实现计量供热的节能目标。计量供热不仅能给城市提供稳定的可靠地高品位热源，改善人民生活环境。而且能节约能源，减少城市污染。有利于城市美化，有效地利用城市空间。城市供热管网的设计，首先要在总体规划的指导下，既要为今后的发展留有余地，又要实事求是的对热负荷进行调查和计算。在了解热负荷的性质、类别、用途等多方面现场的资料后，进行供热外网的设计。 本次设计以节能建筑的热指标为基础，以热网的精确调节为最终目标，尽量降低热网的各项指标，尽量应用精确调节的阀门和设备，为计量供热打好基础。 本设计以经济、环保、节能为原则，通过借鉴以前的设计方法和经验，采用了合理的技术措施，使设计的各个系统达到了很好的使用效果。 关键词：集中供热；供热管网;换热站；节能； 第一章绪论 一、我国城市供热的技术走向 1，我国城市集中供热的技术方向，主要采用热电联产的型式，这是我国当前的具体情况决定的。当然，集中供热的首要前提是节约能源，但是当前我国电力紧张的局面也是不能忽视的。在供热的同时，生产一定量的电力，也能缓解部分用电的需要。 2，落实热负荷，是集中供热一切要素之首。没有准确的热负荷，热电站的建设将似海滩上的建筑，不仅不能节约燃料，更无经济效益可谈。 3，目前，我国建设资金短缺，无论是建设热源还是管网，耗资都相当大。因此，改造老凝汽式电站为热电厂，既可大大降低投资，也可缩短工期，且运行效益可立竿见影。这是集中供热应优先考虑的热源。 4，尽可能在老厂扩建供热机组，降低生产与非生产设施投资，并且技术上有比较强的后盾，安全生产有比较可靠的保证。

供热课程设计计算说明书.doc

目录 第1章绪论 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2工程概述 (1) 1.3设计任务 (1) 第2章设计依据 (2) 2.1主要参考资料 (2) 2.2设计范围 (2) 2.3设计参数 (2) 2.3.1 室外设计参数 (2) 2.3.2 室内设计参数 (3) 2.4设计原始资料 (3) 2.4.1 土建资料 (3) 2.4.2 建筑结构 (3) 2.5动力与能源资料 (3) 2.6其他资料 (3) 2.7朝向修正率 (4) 第3章供暖系统的设计热负荷 (5) 3.1热负荷组成 (5) 3.2负荷计算 (5) 3.2.1 围护结构计算参数 (5) 3.2.2主要计算公式 (5) 3.3热负荷计算 (7)

第4章热水供暖系统设计方案比较与确定 (8) 4.1循环动力 (8) 4.2供、回水方式 (8) 4.3系统敷设方式 (9) 4.4供、回水管布置方式 (9) 第5章散热器的选型及安装形式 (10) 5.1散热器的选择 (10) 5.2散热器的布置 (10) 5.3散热器的安装 (10) 5.4散热器的计算 (10) 第6章热水供暖系统水力计算 (11) 6.1确定系统原理图 (11) 6.2系统水力计算 (11) 6.2.1 散热器计算 (11) 6.2.2 户内水平系统水力计算 (12) 6.2.3 单元立管与水平干管采暖系统水力计算 (19) 附录 (23) 参考文献 (24) 总结 (25)

第1章绪论 1.1 设计目的 供热工程课程设计是本专业学生在学习完《供热工程》后的一次综合训练，其目的是让学生根据所学理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，掌握供暖系统的设计方法，了解设计流程，通过对系统的设计进一步掌握供热工程的专业知识，深入了解负荷计算、水力计算、散热器计算、系统选择的具体方法，从而达到具有能结合工程实际进行供暖系统设计的能力。 供热工程课程设计是建筑环境与设备专业培养学生解决实际问题能力的一个重要的教学实践环节，在建筑环境与设备专业的教学计划中占有重要的地位和作用。 1.2 工程概述 1.本工程为北京市某建筑小区，整个建筑物为3层，建筑总供暖面积约1800.26平方米。系统与室外管网连接，供水温度950C，回水温度700C.该工程采用接外热网下供下回式分户热水供暖系统，楼梯间不供热。热源由城市热网提供，引入口管径为DN50。 1.3 设计任务 本设计为整栋小区冬季热水供暖工程。设计主要内容为： （一）设计准备（收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数） （二）采暖设计热负荷及热指标的计算 （三）散热设备选择计算 （四）布置管道和附属设备选择，绘制设计草图 （五）管道水力计算 （六）平面布置图、系统原理图等绘制 （七）设计及施工说明的编制

热工过程控制仪表课程实习与设计

《热工过程控制仪表课程设计》实践环节教学大纲 适用专业: 自动化（热工过程自动化方向） 先修课程：电路理论,模拟电子技术，热工测量与仪表，自动控制理论 一、目的 热工过程控制仪表课程实习与设计是学习热工过程控制仪表课程后的一个重要的综合实践环节。 1．通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用热工过程控制仪表课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决仪表控制系统设计问题的能力。 2．学习仪表控制系统设计的一般方法，掌握仪表控制系统的一般规律。 3．进行仪表控制系统设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。 二、基本要求 1．能从仪表控制系统功能要求出发，制订或分析设计方案，合理地选择传感器，变送器、调节器和执行机构。 2．能按工艺的控制要求，选择相关模块，设计的调节器的组态图，填写相关控制数据表。 3．能考虑仪表安装与调整、使用与维护、经济和安全等问题，对仪表控制系统的安装技术要求进行设计。 4．图面符合国家有关标准，尺寸及公差标注正确，技术要求完整合理。三、实践内容与时间分配 见表1。 表1

四、实践条件与地点建议 1. 实践基本条件要求 提供学生进行课程设计的专用教室，并能提供学生一定的实验设备、实验条件，条件允许的话提供学生到生产实践场所短期参观学习的机会。 2. 实践地点建议 校内专用教室、实验室及火力发电厂。 五、能力培养与素质提升 1. 能力培养 通过课程设计实践，能够树立正确的设计思想，培养综合运用热工过程控制仪表课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决仪表控制系统设计问题的能力。在实践环节中进行仪表控制系统设计基本技能的训练。 2. 素质提升 通过实践，深入掌握理论教学内容，并将其运用到实践环节，具备一名专业工程师的基本素质。 六、考核方式与评分标准 1．考核方式：考查 2．成绩评定：按平时表现，设计说明书及答辩三部分综合考核，按优，良，中，及格，不及格计分。其中：平时表现（30%），设计说明书（40%）答辩（30%）。

热工控制系统重点

热工控制系统重点 1.反馈、前馈、复合控制系统的图形、特点。 例题：例题：反馈控制系统的特点是( A 基于偏差、消除偏差，调节及时果的准确性 )。 B 调节不及时，无法保证结 D、调节 C 基于偏差、消除偏差，调节不及时及时，无法保证结果的准确性 2.自动调节系统性能指标及它们之间的关系。 例题：评价一个自动调节系统调节过程好坏的性能指标是（ A 峰值时间、衰减率、上升时间）。 B 静态偏差、动态偏差、稳定 D 上升时性 C 静态偏差、动态偏差、衰减率、控制过程时间间、超调量、衰减率 3.环节连接方式，方框图等效变换（必考），传递函数定义 4.热工对象的分类，利用阶跃响应曲线法求取对象高阶传递函数。 5.P、I、D调节的规律。四种调节器的参数变化对调节品质的影响（选择、判断） 例题：单回路控制系统中 PI 控制作用下，如下所示哪组参数可使稳定性增强（） B、δ增大，Ti 增大 C、δ减小，Ti 增A、δ增大，Ti 减小大 D、减小，减小 6.二阶系统标准方程及符号意义。阻尼系数范围，会求取时域性能指标。 7.劳斯判据在判定系统稳定性中的应用。 8.单回路控制系统三种整定方法及其区别，开环试验与闭环试验的区别。 9.什么是串级系统，主、副调各有何种任务。 例题：串级控制系统比单回路控制系统控制性能好的原因之一在于副回路的加入改善了调节对象的动态特性。（） 10.串级系统及导前微分系统的参数整定（大题）（两种出题方式：（1）给出阶跃响应曲线（或对象高阶传递函数）（2）给出减温器与总对象的特征参数 Tc、τ） 11.串级过热汽温控制系统采用喷水减温而非烟气侧调节或蒸汽量D 进行调节的原因。 12.再热汽温控制系统的控制策略，不采用喷水减温作为主控方案的原因。 13.水位的组成，三扰动、三冲量，虚假水位图形及原因，何种扰动对水位影响最大。三冲量应分别采用何种控制方案。前馈控制方案对系统稳定性有无促进作用。

核反应堆热工分析课设

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。

《热工过程自动控制》课程设计

（注意：保持清洁，设计结束后装订在设计说明书正文的第1页） 《热工过程自动控制》课程设计任务书 专业方向：热能与动力工程 班级： 学生姓名： 指导教师： 周数：1 学分：1 一、设计题目 600MW单元机组直流锅炉给水控制系统的组态设计 二、原始资料 1. 控制对象 600MW超临界机组直流锅炉给水控制系统采用两台分别带50%负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，设置一台可带50%负荷的电动给水泵，作为启动及带低负荷或两台汽动泵中有一台故障时作备用泵使用。 2. 控制要求 直流锅炉必须使燃烧率和给水量随时保持适当的比例。 （1）给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流工况下，才能对锅炉出口的主蒸汽温度起到粗调的作用。为保证锅炉本身的安全运行，要求任何工况下省煤器入口给水流量不低于35%MCR； （2）给水泵串级控制回路的副调节器根据给水流量偏差输出给水泵控制指令，调节各台泵的转速以满足机组负荷变化的需要； （3）为保证给水泵的运行安全，给水流量调节阀控制回路通过调节给水阀门的开度维持泵出口母管的压力在适当范围内； （4）汽动给水泵再循环阀调节回路需保证通过每台汽泵的流量不低于最小允许流量。 三、设计任务 1、了解大型单元机组控制系统概貌和集散控制系统概貌及其组态原理；

2、了解ABB贝利公司Symphony集散控制设备及其重要功能模块的作用； 3、掌握控制对象（包括工艺流程）及控制任务； 4、根据控制系统原理进行相应集散控制系统的组态设计； 给水控制系统包括三个部分：（1）给水流量指令形成回路（2）汽动给水泵转速控制回路（3）给水流量调节阀控制回路，可任选其中两部分做组态设计。 5、对所设计的部分进行组态分析。 四、建议时间安排 课程设计时间安排 序号内容时间 1 收集资料，学习相关理论知识1天 2.5天 2 进行集散控制系统的组态设计 并绘制组态图 3 整理报告1天 4 答辩0.5天 5 合计5天 五、成果要求 1、课程设计报告 （1）字数约5000左右，统一用A4纸手工书写，字迹工整。 （2）主要内容及装订顺序：封面、扉页、成绩考核表、课程设计任务书、目录、正文、参考文献、设计体会及附录。 （3）正文部分应该包括以下几项内容：大型单元机组控制系统概述、集散控制系统概述及其组态原理、Symphony集散控制设备简介及重要功能模块的作用、系统控制对象（包括工艺流程）及控制任务、所选定部分的组态设计和组态分析。（4）设计报告严禁抄袭，即使是同一小组也不允许雷同，否则按不及格论。 2、图纸要求：图纸要求手绘，以附录的形式放在报告最后。 六、成绩评定 设计成果主要由设计报告体现，成绩评定等级为优、良、中、及格、不及格五级制。设计成绩根据以下四个方面综合确定：（1）设计报告（40%）（2）设计期间表现（20%）（3）设计答辩（40%）。

重庆大学 自动控制原理课程设计

目录 1 实验背景 (2) 2 实验介绍 (3) 3 微分方程和传递函数 (6)

1 实验背景 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。自动控制原理是相对于人工控制概念而言的，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。 在自动控制原理【1】中提出，20世纪50年代末60年代初，由于空间技术发展的需要，对自动控制的精密性和经济指标，提出了极其严格的要求；同时，由于数字计算机，特别是微型机的迅速发展，为控制理论的发展提供了有力的工具。在他们的推动下，控制理论有了重大发展，如庞特里亚金的极大值原理，贝尔曼的动态规划理论。卡尔曼的能控性能观测性和最优滤波理论等，这些都标志着控制理论已从经典控制理论发展到现代控制理论的阶段。现代控制理论的特点。是采用状态空间法（时域方法），研究“多输入-多输出”控制系统、时变和非线性控制系统的分析和设计。现在，随着技术革命和大规模复杂系统的发展，已促使控制理论开始向第三个发展阶段即第三代控制理论——大系统理论和智能控制理论发展。 在其他文献中也有所述及（如下）： 至今自动控制已经经历了五代的发展： 第一代过程控制体系是150年前基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，Pneumatic Control System）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。 第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）是基于0－10mA或4－20mA 的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。 第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。 第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制