热工控制考试.docx
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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——
,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,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nmax和最低转速nmin,泵出口最高压力P
max和最低压力Pmin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)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LD~M~V,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?
从调节量uj到被调量yi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ξij与第二放大系数ξ’ij的比值。
λij=1时,uj-yi通道不受其他通道影响;λij=0时,uj无法控制yi;0<λij<1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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