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热工控制考试.docx

1、热工控制考试热工控制考试在电站生产领域,自动化(自动控制)包含的内容有哪些?生产自动化范畴:数据采集与管理;回路控制;顺序控制及联锁保护。管理自动化范畴:办公自动化系统;设备管理系统。电站自动化的发展经历了几个阶段,各阶段的特点是什么?第一阶段:人工操作,劳动力密集型;(50年代)第二阶段:关键生产环节自动化,仪表密集型;(60、70年代)第三阶段:机、炉、电整体自动化,信息密集型;(80、90年代)第四阶段:企业级综合自动化,知识密集型。(90年代后期至今)比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。闭环控制系统特点:将被控制量的测量值与给定值进行比较;自动修正被控制量出现的偏差,控制精度高;配

2、备测量变送装置;克服扰动的能力强。开环控制系统特点:被控制量的测量值与给定值不再进行比较;结构简单,成本低廉;不设置测量变送装置;克服扰动的能力差。定性判断自动控制系统性能的指标有哪些?它们之间的关系是什么?稳定性、准确性、快速性。对于同一个控制系统,其稳、准、快三方面之间是相互制约的。如果提高了系统的快速性,往往会引起系统的动荡,动态偏差增大;改善了平稳性,过度过程又相对缓慢。定性描述下面4条曲线的性能特点,给出其衰减率的取值范围。答:蓝线,过度过程平稳,但响应速度慢,快速性差; 绿线、红线,绿线,响应速度快,但动态偏差较大,准确性差,红线,响应速度适中,动态偏差较小,综合性能较好; 紫线,

3、响应速度很快,但引起系统等幅震荡,动态偏差增大,准确性差。在热工控制系统中,影响对象动态特性的特征参数主要有哪三个?容量系数,衡量对象储存物质(能量)能力的特征参数;阻力系数,衡量物质(能量)在传输过程中遇到阻力大小的特征参数;传递迟延,物质(能量)在传输过程因传输距离的存在而产生的响应滞后现象。纯迟延与容积迟延在表现形式上有什么差别,容积迟延通常出现在什么类型的热工对象上?纯迟延物质(能量)在传输过程因距离的存在而产生的响应滞后现象;容积迟延由于容积的增加而产生的容积滞后现象。建立热工对象数学模型的方法有哪些?请简要说明。机理建模,根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律,列写平衡方程及反映流

4、体流动、传热、传质等基本规律的运动方程,从中获得数学模型;试验建模,根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理后得到模型。该方法通常只用于建输入/输出模型,建模过程不需要深入掌握系统内部机理。了解由阶跃响应曲线求取被控对象数学模型的方法、步骤及注意事项,能对切线法、两点法做简单的区分。方法:试验建模;步骤:施加扰动记录数据分析曲线注意事项:试验前系统处于需要的稳定工况,留出变化裕量;扰动量大小适当,既克服干扰又不影响正常运行;采样点间隔足够小,真实记录响应曲线的变化;试验在主要工况下进行,每一工况重复几次试验;进行正反两个方向的试验,减小非现行的影响。PID 控制器(包括各种组合形式)的数学表

5、达式、特点、应用场合及注意事项。答:特点:P有差调节、调节过程迅速、控制作用贯穿整个过程;I无差调节、调节过程较比例环节慢、不适用于无自平衡对象;D对偏差的变化速度进行调节、调节过程具有一定的预见性、主要在调节初期起作用,调节作用及时。注意事项:P理论上讲,对于二阶系统,比例带取值不影响系统稳定性;实际应用中,如果取的过小,系统振幅增大,也会导致系统不稳定。I理论上讲,单容对象配积分调节器,调节过程总是稳定的;实际应用中,如果取得过小,系统振幅增大,也会导致系统不稳定。D纯微分作用不能单独使用,切避免微分作用整定方法:临界比例带法,优点:特点鲜明,独立于对象,缺点:局限性大衰减曲线法,优点:限

6、制少,应用广泛,缺点:精度不高经验法,优点:方法简单,可操作性强,缺点:工作量大,参数难匹配动态参数法,优点:对象与调节器关系明确缺点:对象动态特性试验繁琐简述控制系统被调量和调节量的选取原则及注意事项。被调量的选取,一般情况下,欲维持的工艺参数就是系统的被调量;实际生产中,有些工艺参数还没有有效手段,此时需要将间接测量信号作为被调量。调节量的选取,选择工艺上允许作为控制手段的变量,不应选择工艺上的主要物料量和不可控的变量。简述纯迟延环节对控制系统性能的影响(根据其所处位置不同分别论述)。干扰通道存在纯迟延不影响控制品质,只是扰动作用的影响在时间上顺延时间。控制通道存在纯迟延,控制作用不能及时

7、影响被调量,系统控制品质会变坏,系统动态偏差增加。而且越大,控制品质越差。简述 SAMA 的定义及基本图例。会用 SAMA 绘制简单的闭环控制系统,满足一定的功能需求。SAMA图是美国科学仪器制造协会所采用的绘制图例(它易于理解,功能表示清楚,广为自动控制系统采用)。 测量或信号显示 自动信号处理 手动信号处理 执行机构简述磨煤机控制系统的控制任务、系统结构及主要功能。控制任务:保证磨煤机磨成煤粉的细度符合规定;保证磨煤机出口风粉混合物的温度。系统结构单回路控制:磨煤机负荷控制回路;磨煤机入口负压控制回路;磨煤机出口温度控制回路。主要功能:将原煤块磨成煤简述除氧器控制系统的控制任务、系统结构及

8、主要功能。控制任务:去除给水中的氧气和其他气体,控制给水达到该压力下的饱和温度;维持除氧器水位,汇集各种疏水和补充水;保证锅炉的给水储备。系统结构:除氧器压力控制系统;除氧器水位控制系统。主要功能:对锅炉给水进行除氧及去除其它气体,避免管道及锅炉受热面遭到深度及针孔腐蚀,减少对传热效果的妨碍。简述串级控制系统的结构、功能特点及适用场合(对象)。两个调节器、一个调节机构、两个对象、两个测量变送器。功能:具有很强的克服内扰的能力;减小内回路时间常数,提高系统工作频率;对工况变化有一定的适应能力。使用场合:多干扰,大延迟,变工况。简述串级控制系统副回路的设计原则。设计原则:副对象时间常数小,调节通道

9、短,反应灵敏;副回路包含被控对象所受的主要干扰;主、副回路工作频率适当匹配;副回路设计应考虑工艺上的合理性。简述过热蒸汽被控对象的特点及控制难点。特点:主要受蒸汽流量、烟气流量及减温水流量的影响;控制难点:过热蒸汽管排数量庞大,结构复杂。管道流程长 。在全工况变化下,动静态偏差变化显著。画出过热汽温串级控制系统方框图。答: 为什么要对过热蒸汽温度采用分段控制,特点是什么?大型锅炉过热器管道长,结构复杂。特点,每段都是独立的汽温控制系统;分段控制不仅使过热器出口汽温保持稳定,也使中间各段汽温保持稳定,有利于管道安全;各段控制器参数分别整定;控制系统复杂,参数整定、调试、维护量大。学会分析过热蒸汽

10、温度控制SAMA 图。主蒸汽温度控制系统组态图由哪两部分组成?各有什么功能?主蒸汽温度控制系统中的温度给定值是如何产生的?为什么?组成,主回路定值控制系统,要求有较高的控制精度;副回路随动控制系统,要求快速准确跟踪主调节器的输出。汽机第一级压力经函数组件f1(x)、f2(x)修正后作为主调节器的定值,T1位切换组件,当定压运行时,输出与f1(x)接通,滑压运行时,输出与f2(x)接通,这样可以保证在不同工况下启动时,升温速度有所不同,从而保证机组安全运行。导前微分控制系统的特点。导前微分控制系统等效成串级控制系统时的主副调节器分别是什么?导前微分控制系统中,微分器能换成比例环节吗?为什么?特点

11、,等效地改善了被控对象的动态特性;减小动态偏差,改善控制品质;有很强的克服内扰的能力。 导前微分控制系统等效成串级控制系统不能换成比例调节。因为微分器出口静差为0.再热汽温的控制方式有哪些?哪种最经济?其中哪些属于烟气侧控制?烟气侧控制经济。(常用烟气挡板调节);烟气侧控制烟气挡板控制、烟气再循环控制、燃烧器摆角控制;蒸汽侧控制汽-汽换热器控制、喷水减温控制。前馈控制系统的特点是什么?一个反馈控制系统中加入前馈环节对系统稳定性有何影响? 前馈反馈复合控制系统的组成和特点是什么?前馈控制的特点,干扰一旦出现,调节器直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制。显然,干扰发生后,在被控制量发

12、生变化前,控制作用就产生了,节省了反馈控制的“两段时间”,控制作用及时。无影响。前馈反馈复合控制系统的组成和特点,引入反馈控制后,前馈控制的补偿条件不变;前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关;引入前馈控制后,系统的稳定性不受影响。汽包锅炉给水控制系统的任务是什么?汽包锅炉给水控制系统中的三冲量分别是什么?说明为什么要引入三个冲量信号?给水控制系统的任务,维持汽包水位;保持给水量稳定。三冲量:给水流量W,蒸汽流量D,燃烧率M,三者都会对汽包水位产生影响。什么是虚假水位现象?汽包锅炉给水控制系统中如何克服虚假水位现象?与单级三冲量系统比较,分析串级三冲量系统的组成与优缺点?答:虚假水位由于在热负荷

13、增加时蒸发强度的提高,使汽水混合物中的汽泡容积增加,而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生,从而使汽包水位先上升的现象。(1)前馈作用快速补偿了由于蒸汽流量变化引起的“虚假水位”现象;(2)“负微分”能有效地克服“虚假水位”现象引起的水位动态偏差。组成:H反馈信号,使汽包水位为给定值;W反馈信号,克服内扰,增强稳定性;D前馈信号,克服“虚假水位”的影响;比较:(1)整定串级:整定回路相对独立,容易整定单级:内外回路相互影响,兼顾内外回路;(2)在单级/ 串级中的作用不同;单级中的等效比例带;串级中可为 =1;(3)单级需要考虑静态配合;(4)串级可附加前馈冲量;(5)汽机甩负荷,锅炉仍要维持低

14、负荷运行时,H要保持给定值,串级调节时间长。什么是给水全程控制?给水全程控制的特殊任务有哪些?什么是一段控制? 两段控制?在锅炉给水全过程中都实现自动控制,即能在控制设备正常的条件下,不需要操作人员的干涉,就能保持汽包水位及给水流量在允许的范围内。特殊任务:两段调节;系统的切换问题;信号的自动校正;多种调节机构的无扰切换问题;保证给水泵工作在安全区内;给水全程控制必须适应机组不同的运行工况。目标:汽包水位等于零;给水泵运行在安全工作区域。上述目标由一套控制系统完成时“一段制”;上述目标由两套控制系统完成时“两段制”。了解给水全程控制系统中单、三冲量系统之间无扰切换的实现原理。答:什么是给水泵的

15、安全工作区?如何保证给水泵工作在安全区内?答:由泵的上、下限特性,最高转速n max和最低转速n min,泵出口最高压力Pmax和最低压力P min围成的阴影区域。保证给水泵工作在安全区内:(1)设置再循环管路;(2)设置给水调节阀。给水全程控制系统中,学会分析给水全程控制系统方案的组成与并指出其优缺点(重点讨论方案4、5、6)。答:方案四,优点:单/三冲量互相切换,低负荷时,两段控制;高负荷时,一段控制。方案五,优点:结构合理,切换较简单,安全可靠性较好;经济性好;泵的安全性好;适应冷态和热态启动;缺点:压力调节系统和阀门调节系统互相影响,两个系统切换动作频繁,阀门磨损较快。方案六,优点:结

16、构最简单,系统和调节段两种切换互相错开,安全性能好。缺点:没有出口压力安全调节系统什么是比值控制?有哪些分类方法?比值控制方案有哪些?保持两个变量成比例变化的控制。按性质分:定比值控制、变比值控制;按结构分:简单比值控制、复杂比值控制。比值控制方案:单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、串级比值控制系统。燃烧控制系统的任务、控制手段以及相应的平衡关系是什么?燃烧控制系统基本方案有哪些?如何进行分析。燃烧控制系统的任务、控制手段以及相应的平衡关系(1)维持蒸汽压力稳定调整燃料量,能量供需平衡;(2)确保燃烧过程经济调整送风量,最佳风煤配比;(3)维持炉膛负压稳定调整引风量,引、送风量平衡;(4

17、)保证燃烧过程的环保性优化风煤配比,调整火焰中心位置。燃烧控制系统基本方案:方案一:燃料空气系统(1)燃料调节子系统:串级控制系统,主调(主汽压力调节器)接受主汽压力偏差产生燃烧率指令LD,副调(燃料调节器)根据设定值LD调节燃料量M,既能快速维持汽压稳定,又能消除内回路中的二次扰动;(2)送风调节子系统:由燃烧率指令LD调节送风量V,稳态时LDMV,既能保证比值关系,又能保证锅炉燃烧的经济性;(3)引风调节子系统:由引风量调节炉膛压力, 保证燃烧安全、经济。方案二. 带氧量校正的燃料空气系统(1)燃料调节子系统:串级型比值控制系统,主调(主汽压力调节器)接受主汽压力偏差产生燃烧率指令LD,副

18、调(燃料调节器)根据设定值LD调节燃料量M,既能快速维持汽压稳定,又能消除内回路中的二次扰动;(2)送风调节子系统:引入锅炉烟气含氧量信号O2,经校正调节器PI5,对燃料量与送风量之间比值进行修正;最佳烟气含氧量通常随负荷增加而略有减少,以代表锅炉实际负荷的蒸汽流量信号经函数转换器后,作为烟气最佳含氧量的给定值;为克服 氧量测量具有较大的惯性迟延, 氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路;(3)引风调节子系统:为减少送风量改变时送引风之间动态失调而造成炉膛压力Ps波动,自送风调节器波动,自送风调节器PI3 的输出经动态补偿装置,向引风量调节器P14引人一前馈信号,动态补偿装置通常采用微分

19、器,以保证静态时炉膛压力Ps 等于给定值。分析带氧量校正“燃料-空气”系统中,送风量控制子系统中为什么采用烟气含氧量信号作串级校正?由于烟气含氧量代表烟气中的过剩空气系数。保持一定的过剩空气系数,即保证了总燃料量与总风量之间的最佳比值。一方面,当燃料量依负荷指令LD改变时,送风量调节器同时按比例改变送风量;另一方面,送风量调节器根据烟气含氧量信号O2,对送风量进行细调。确保烟气含氧量为最佳值,即间接保证了燃料量与送风量之间为最佳比值。为保证燃烧控制系统的经济燃烧,通常使用风煤交叉限制逻辑,绘制该逻辑并说明其工作原理升负荷:先加风、后加煤;降负荷:先减煤、后减风。如何衡量多变量系统的耦合程度?从

20、调节量u j 到被调量y i 通道的相对增益的定义是什么?其物理意义是什么?答:相对增益; 相对增益对于uj-yi通道,第一放大系数 ij与第二放大系数 ij的比值。ij=1时,uj-yi通道不受其他通道影响;ij=0时,uj无法控制yi;0ij1时,uj-yi通道与其他通道有耦合。解耦控制系统的设计方法有哪些? 各有何特点? 简化解耦网络的方法有哪些?设计方法,串联补偿法,不仅可以解除耦合,还能改善变量对象特性,但解耦网络复杂,难以实现;反馈补偿法,可以解除耦合,消除内扰,但系统结构复杂;单向补偿法,采用部分解耦,简化系统,易于设计和调整;和差补偿法,系统结构简单,不需采用复杂的补偿网络,容

21、易实现。简化解耦网络:静态解耦,低阶动态解耦。直流锅炉的特点是什么?直流锅炉控制系统的关键问题有哪些?汽包锅炉和直流锅炉(或超临界锅炉)中调节主汽温度的手段有什么不同?特点,无汽包,不用或少用下降管,工艺简化,造价低;给水泵必须有较高压头,机械损失大;不必过多考虑金属应力变化,机组启停快;蓄热容积小,对负荷变动敏感,对控制系统要求高。关键问题,直流锅炉蓄热量小,蒸汽压力等参数更容易受负荷变化的影响;燃料量与给水量之间比例的改变。汽包锅炉调节主汽温度主要是喷水减温。直流锅炉调节主汽温度以调节燃水比为主,辅助手段为喷水减温控制。燃料量与负荷成比例;给水量与燃料量成比例;送风量与燃料量成比例;引风量

22、与送风量成比例。分析燃烧率、给水流量分别变化时直流锅炉出口蒸汽温度的变化情况及原因。直流锅炉的过热蒸汽温度通常采用什么样的控制方式?燃烧率M增大,给水流量不变,蒸发区与过热区分界线前移,吸热量增大,蒸汽流量不变,过热气温上升;给水流量W增大,燃烧率M不变,蒸发区与过热区分界线后移,吸热不变,蒸汽流量增加,过热气温下降。通常采用分段调节方法,将气温控制分成二/三段,具有二级减温器燃水比控制作为粗调(主要手段);减温喷水控制作为细调(辅助手段),两者协同工作。学会分析针对带固定负荷和变动负荷直流锅炉的设计方案?设计方案,固定负荷:负荷变化时,燃料量首先发生变化;燃料量是主动变量;主蒸汽调节阀确保主

23、蒸汽压力稳定;主蒸汽压力稳定性好。变动负荷:负荷变化时,主汽门首先发生变化;主蒸汽压力波动引起给水量变化;给水量是主动变量;主蒸汽调节阀确保负荷快速跟踪。单元机组协调(出力或负荷)控制系统的任务是什么?单元机组负荷控制的任务:机组并网运行时,应使机组满足电网对机组负荷的需求,并具有较高的负荷适应能力;机组本身的运行参数(主汽压)必须保持在允许的范围内;系统应具有足够的稳定裕量和克服内扰的能力。单元机组出力(负荷)控制系统的控制方式有哪些?答:控制方式,(1)机跟炉TFB:特点: 锅炉改变风煤等保证机组输出功率,汽轮机维持主汽压力;优点: 机前压力维持较好;缺点:机组负荷适应性较差,不适合带变动

24、负荷;结论: 此方式在锅炉侧局部故障时使用。(2)炉跟机BFT:特点: 汽轮机主汽门开度调节机组功率,锅炉维持主蒸汽压力;优点: 机组对外负荷变化需求的响应性好(实质是利用机组内部的蓄热,满足外部负荷需求);缺点: 机前压力品质不理想(若调节器参数整定不当,可引起系统的振荡和不稳定);结论:此方式在汽机侧局部故障时使用。(3)机炉协调控制方式:较好地解决机组的负荷适应性与运行稳定性这一对矛盾;1) 机组的负荷由机、炉同时控制;2) 汽压由机、炉同时控制;3) 为了尽快适应外界负荷要求,维持汽压稳定,机、炉在过渡过程中同时动作,互相协调。什么是间接能量平衡(IEB)协调控制系统?什么是直接能量平

25、衡(DEB)协调控制系统?直接能量平衡(DEB)协调控制系统设计的基本出发点?特点如何?答:由于能量信号不便于直接测量,常常采用一些间接的参数表征这种平衡关系。通过控制这些间接参数维持整个机组能量平衡的系统,称为间接能量平衡系统。DEB协调控制系统,以汽轮机能量需求信号(或称为能量平衡信号)直接对锅炉输入能量进行控制,保证任何工况下机组内部能量供需的平衡。基本出发点: 以汽轮机能量需求信号直接对锅炉输入能量进行控制。特点:在任何工况下均保证锅炉能量的输入与汽机能量的需求相平衡(1)机组的功率由汽机调节汽门进行控制,具有炉跟机控制方式的特点, 即机组对外界负荷的响应性好;(2)采用了一个代表汽轮机组能量需求的信号。此信号作为机炉之间的协调信号,或称为能量平衡信号,控制锅炉的输入能量,保证任何工况下机组内部能量供需的平衡。

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