本课题旨在进行城市集中供热系统热力站换热机组的数学建模和自动控制研究及设计换热机组运行的动态模拟和实时监控软件系统。 本文首先回顾了集中供热事业的发展和热力站换热机组在其中的重要地位，分析了现行换热机组温度调节效果不理想、热能利用率低的不足，说明了本课题研发的必要性和重要意义。 针对传统结构配置的换热机组运行中表现出的不足，本文提出了二段式的结构配置，借助一段的减压阀及列管式换热器等部件，成功的把二段板式换热器的进口参数调整到其允许操作范围之内。两段式的结构既有效的保证了板式换热器的正常工作及高效换热特性的发挥，提高了换热机组的整体工作质量，又充分利用了热电厂的余热，实现了高效益的热电联产集中供热，并在实际工程应用中表现了良好的品质。本文综合应用热力学、流体动力学、自动控制理论等知识，在充分考虑了流体传输及热交换的诸多细节，并对机组进行合理的简化和假设的基础上，建立了换热机组的动态数学模型，并提出了bang-bang控制和PID控制相结合的控制算法。大量的仿真实验结果表明，该数学模型正确反映了换热机组工作的内在机理和本质，所提出的控制算法能对强非线性、大惯性和大时滞的换热机组温度调节进行有效的控制，而且响应速度快、鲁棒性好、控制精度高。同时，由于该算法简单明了、易于工程实现，可在化工、医药和集中供热等工业过程中推广应用。 此外，本文还以实际应用为背景，应用北京昆仑通态自动化科技软件有限公司的MCGS工控组态软件，嵌入了我们所建立的数学模型和提出的控制算法，完成了热力站二段式换热机组运行动态模拟和实时监控系统的软件设计。该自动控制系统实现了换热机组运行的动态模拟和实施监控、数据查询、趋势图分析和简单的在线帮助等功能，实际运行结果较为满意。