热工自动化

nullnull热工自动化 课程内容说明本课程教材 ：600MW《热工自动化》孙奎明 内容编排：以授课幻灯片为准，具体如下 第二章 第三、第四、第五、第六章合并为一个内容—DCS系统， 以幻灯片内容 第一、 第七、第九、第十、第十二章内容不做要求 第八章 第十一章课程内容说明热工自动化内容简介火电厂热工自动化内容随着设备与系统的变化更新，热工自动化内容也发生变化： 一、传统热工自动化内容 二、现代热工自动化内容热工自动化内容简介热工自动化内容简介一、传统热工自动化内容 （1）自动检测 （2）远方控制与顺序控制 （3）自动保护 （4）自动控制（或自动调节） 自动地检查和测量反映生产过程进行情况的各项物理参数，化学量（如温度、压力、液位、化学成分等）及各项生产设备的工作状态参数，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。根据预先拟定的程序条件和时间要求，使单元机组的主、辅机系统涉及到的设备自动地依次进行启动、停止及其他一系列操作，这一控制过程称为顺序控制。机组在启停、事故处理过程中，以及机组改变运行方式或系统处于手操状态时，运行人员需要在控制室对辅机、阀门、挡板等进行远距离的操作和控制，这一工作过程称为远方控制。自动化程度再高的机组，远方控制手段也是必不可少的。 自动保护是利用自动化装置对机组（或系统、设备）状态、参数和自动控制系统进行监视，当发生异常或事故时，自动采取保护措施，送出报警信号及切除某些系统和设备，以防止事故进一步扩大并保证生产设备和人身的安全。 传统的自动报警系统采用报警灯、电铃、电笛、光子牌等设备来实现 目前单元机组广泛使用DCS控制系统，其报警系统采用在CRT上用画面的实现，有的机组辅以多媒体来产生多种声音效果 联锁也是热工保护的一部分。联锁主要针对辅机的保护采用DCS控制系统的机组，联锁与顺控并无严格的界限自动地维持一个或几个能够表征热力设备正常工作状况的物理量为规定值。由于生产过程经常受到各种因素的干扰和影响，运行工况发生偏离，必须通过自动调节达到正常运行的要求。因此，自动调节是经常起作用的一种自动控制手段。 自动调节必须依赖自动调节设备或装置来完成 热工自动化内容简介热工自动化内容简介二、现代热工自动化内容 以DCS系统实现的自动化我们称之为现代热工自动花内容 DAS系统（数据采集系统） CCS系统（或称MCS系统，即模拟量控制系统） FSSS系统（锅炉炉膛安全监视系统） DEH系统（汽轮机数字电液调节系统） SCS系统（顺序控制系统） ETS系统（汽轮机保护系统） ECS系统（电气控制系统） TSI系统（汽轮机仪表监视系统） MEH系统（小汽轮机数字电液调节系统） BPCS系统（旁路控制系统）热工自动化内容简介热工自动化内容简介三、传统内容与现在内容比较 DAS-----------------自动检测 MCS（CCS）----------自动调节 SCS--------------顺序与远方控制 FSSS（BMS）---自动保护及联锁 DEH----------自动调节、自动保护 MEH ----------自动调节 BPCS ----------自动调节 ETS ---自动保护及联锁 ECS ----------自动调节BCS FSS热工自动化内容简介自动化内容与仪表设备的对应关系 热工自动化各部分内容必须要依赖自动化仪表与设备才得以实现和实施，下面是从传统内容来描述的自动化内容与仪表设备的对应关系自动化内容与仪表设备的对应关系思考1、传统和现代热工自动化内容及其对应关系 思考题过程仪表与设备---温度测量一、温标的工程单位 摄氏温标（用t表示，单位℃） 华氏温标（用F表示，单位F） 热力学温标（用T表示，单位为K—开尔文，常用于天文）摄氏温度和开氏温度之间的换算关系是： K=℃+273.15≈℃+273 华氏温度和摄氏温度之间的换算关系是： ℃=5/9(F－32) 过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量二、温度测量方法 过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量三、热电偶测温 过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量四、热电偶测温的说明 热电势是由温差电势和接触电势组成。 热电势大小表示为EAB(t,t0)，方向由高温端接触电势的方向确定（即在高温端由负极指向正极） 热电偶就是依据热电势与温度的对应关系进行测温的。对于材料已确定的热电偶，其热电势只与温度有关，当冷端温度t0保持不变时，则热电势与热端温度t保持单值函数关系，因此测量热电势的大小，即可测知被测温度t的大小。 利用热电偶测温时冷端温度必须固定 热电偶的热电势只与构成热电偶的材料及两接点的温度有关，而与材料的几何尺寸无关。因此热电偶的两热电极应分别是匀质材料，否则就有多个热电偶。 当材料相同，接点温度不同时，热电势为0； 当接点温度相同，而材料不同时，热电势也为0。过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量五、热电偶的基本定律 均质导体定律 中间导体定律 中间温度定律过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量六、热电偶冷端温度的补偿与处理 用热电偶测温时，必须注意 1、冷端温度恒定，热电势才与热端温度成单值关系 2、热电偶及显示仪表是在参考端为0℃时进行分度和刻度的 因此当冷端温度无法保持恒定时，必须进行补偿与处理： 常用的传统补偿与处理方法： 计算方法（法）、冷端恒温法、显示仪表机械零点法、补偿导线法、补偿电桥法 DCS的应用后的方法： 计算机自动补偿与处理（相当与自动计算法）过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量过程仪表与设备---温度测量思考题1、三大热电偶基本定律有何应用和推论，证明中间导体和温度定律 2、应用热电偶定律，试求如图所示的三种热电极组成回路的总热电动势值，并指出其电流方向？ 3、为何要对热电偶的冷端进行补偿和处理 4、华氏温度与摄氏温度的关系 5、材料相同接触点温度不同的热电偶，热电偶回路热电势为 （ ） 思考题镍铬镍硅康铜300℃100℃80℃过程仪表与设备---压力及其关联参数测量一、压力的工程单位及其换算 PSI=磅/平方英寸 过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量一、压力的工程单位及其换算过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量一、压力的工程单位及其换算过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量二、压力测量方式 就地 液柱式 弹簧管压力计 远传 压力变送器（罗斯蒙特—西屋公司1151、3051、川仪横河EJA 、ABB、霍尼韦尔等），以4～20mA传输 智能压力变送器，以数字信号＋ 4～20mA传输 现场总线压力变送器，以数字信号传输 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、扩散硅压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等 过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量三、变送器的零点调整与零点迁移 在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常常需要将测量的起点迁移到某一数值(正值或负值)，这就是所谓零点迁移。 在未加迁移时，测量起始点为零；：当测量的起始点由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值时，称为负迁移。 零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。在xmin=o时，为零点调整；在xmin≠0时，为零点迁移调整。过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量四、压力变送器的四线制与二线制 变送器有两线制和四线制之分，两线制变送器尤多过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量四、压力变送器的四线制与二线制 1）四线制过程仪表与设备---压力及其关联参数测量电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗没有严格要求。供电电源可以是交流（220V）电源或直流电源（24V），输出信号可以是死零点（0~10mA）或活零点（4~20mA) 过程仪表与设备---压力及其关联参数测量四、压力变送器的四线制与二线制 2）二线制过程仪表与设备---压力及其关联参数测量二线制变送器电源与信号共线，它相当于一个可变电阻，其阻值由被测参数控制。 信号电流必须采用活零点电流。 必须采用直流单电源供电。 要求采用低功耗集成运算放大器和设置性能良好的稳压、稳流环节。 优点：节省电缆，减少费用和缩短工期，有利于防爆。过程仪表与设备---压力及其关联参数测量五、压力关联参数测量 在诸类变送器中，压力类变送器的应用最广泛、最普遍，压力类变送器大体分为压力变送器和差压变送器。变送器常用来测量压力、差压、真空、液位、流量和密度等。过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位---差压式水位计 差压式水位计是利用水位与压力的关系，并通过差压变送器测量压力来间接测量水位的，由于差压变送器把压差信号转换为电信号，因此适合信号远传，这种测量水位的方法常用来实现自动控制的信号。 差压式水位计组成：平衡容器、差压变送器、显示终端或控制器 平衡容器相当于水位传感器，将水位信号转换成差压信号 差压变送器把差压信号成比例地转换成电信号，送到显示终端或控制器实现水位的显示或控制 过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量简单双室平衡容器平衡容器的工作原理 水位与压差的关系：反比过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量差压式水位计存在测量误差的原因： 1、平衡容器的散热，引起ρ1的变化 2、汽包压力的变化引起ρs、ρw的变化 消除误差的方法： 1、改进双室平衡容器的结构（增加加热套） 2、汽包压力自动校正过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位过程仪表与设备---压力及其关联参数测量过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位过程仪表与设备---压力及其关联参数测量思考：1、此图错误指出 2、标出信号思考题1、公斤力与mpa、磅力的关系 2、压力变送器的信号制式 3、零点调整和零点迁移 4、四线制与二线制的区别 5、差压式水位计的组成、水位与差压的关系 6、汽包水位测量的误差原因及预防措施思考题过程仪表与设备---执行机构一、概述 电动执行器 气动执行器 液动执行器过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---执行机构二、电动执行机构过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---执行机构1、调节型电动执行机构的原理结构过程仪表与设备---执行机构电动执行机构的结构组成过程仪表与设备---执行机构三、气动执行机构 类型：气动薄膜式执行机构 电信号气动活塞式长行程执行机构 气动薄膜式执行机构，基地式自动控制系统应用最广泛，主要控制开关型的调节机构 电信号气动活塞式长行程执行机构，适应于大推力和大位移场合，把电信号转换为气动推力，主要控制调节型的调节机构过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---执行机构1、气动薄膜执行机构过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---执行机构2、电信号气动长行程执行机构过程仪表与设备---执行机构气动长行程执行机构的组成，其阀门定位器与气动薄膜式的有何区别?过程仪表与设备---执行机构2、电信号气动气动长行程执行机构过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---执行机构四、液动执行机构 主要用于DEH系统 分控制性和开关型过程仪表与设备---执行机构过程仪表与设备---调节阀一、调节阀种类 1、单座调节阀 2、双座调节阀 3、套筒式调节阀 4、自力式调节阀过程仪表与设备---调节阀直通式调节阀过程仪表与设备---调节阀二、调节阀流量系数 流量系数决定调节阀的流通通径，根据Kv选择调节阀的公称通径 Kv=Q过程仪表与设备---调节阀过程仪表与设备---调节阀三、调节阀流量特性 直线型 等百分比 抛物线 快开 过程仪表与设备---调节阀过程仪表与设备---调节阀四、调节阀的选择 依据：根据Q、差压、介质类型 1、计算Kv值，选择调节阀公称通径 2、选择调节阀的结构形式 3、选择调节阀法兰面的口径 4、选择材质 5、选择流量特性：根据调节对象放大系数×调节阀放大系数过程仪表与设备---调节阀思考题1、气动执行机构的种类、使用场合、控制信号类型 2、气动薄膜式执行机构的组成，其阀门定位器的作用 3、电信号气动长行程执行机构的组成，三段自锁装置的作用 4、液动LVDT的功能 5、调节阀的流量系数公式，由此分析选型注意事项思考题自动控制系统的逻辑结构自动控制系统的逻辑结构给定值被控制对象变送器扰动执行器控制器调节机构自动控制装置被控制对象任何一个自动控制系统，不管用何种控制设备组成系统，其逻辑原理结构可以概括为其控制器接收变送器信号并与其他辅助控制单元组成控制系统，再把运算的调节信号送给执行器。 复杂控制系统的控制器、辅助控制单元、变送器会有多个常规仪表实现控制系统的物理结构常规仪表实现控制系统的物理结构·控制系统的构成，全靠硬接线和硬件仪表完成连接 ·控制系统结构变化，硬件设备和接线也要相应变化，导致控制系统不同，其硬件结构不同，也导致参数和硬件调试工作量大 ·故障点多，系统集成更改麻烦 ·全为模拟量传输，监视操作不集中，分散在各个独立盘装仪表中完成DCS实现控制系统的物理结构DCS实现控制系统的物理结构·控制系统的构成，由不变的硬件结构和软件组态完成 ·硬件结构虽较常规仪表复杂，但其基本结构通用不变 ·控制系统结构变化，不会带来硬件结构的变化，仅靠软件变化即可实现，使控制系统的变更方便灵活 ·引入数字化传输，监视操作都可集中在CRT上完成常规仪表与DCS实现的控制系统比较常规仪表与DCS实现的控制系统比较在系统集成方面： 1、常规仪表表现为硬件结构不通用，善变，使系统集成复杂，无章可循 2、DCS表现为硬件结构通用不变，系统变化由软件变化对应，使系统集成与变更方便灵活 在操作监视方面： 1、常规仪表数据传输为模拟4～20mA信号，使操作监视分散化 2、DCS的数据传输在控制柜以上为数字和网络信号，使操作监视集中在CRT完成 因此DCS代替常规仪表实现过程自动化势在必然DCS系统概述DCS系统概述DCS到底如何来描述呢？ 下图以一个水位信号调节的案例，简单地说明DCS系统在实际生产中的应用过程，在此基础上完成对DCS的描述。DCS系统概述DCS系统概述把上述案例的控制过程引申如下：DCS系统概述DCS系统概述由案例说明，可对DCS产生如下描述： 1、分散控制系统DCS是一种控制设备 2、分散控制系统（DCS）是一种计算机控制系统。DCS控制系统是在最基本的计算机控制系统基础上发展起来的。计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的主要类型计算机控制系统的主要类型DAS DDC 分级控制系统 DCS开环 闭环集中 分散DAS系统（数据采集与处理系统）DAS系统（数据采集与处理系统）DDC系统（直接数字控制系统）DDC系统（直接数字控制系统）分级控制系统分级控制系统DCS系统（分散控制系统）DCS系统（分散控制系统）DCS的名称DCS的名称DCS----分散控制系统 Distributed Control System DCCS----分布式计算机控制系统 Distributed Computer Control System TDCS（TDC）----集散控制系统 Total Distributed Control System 电力系统以DCS为名称DCS名称的说明DCS名称的说明名称叫法不同，只是说明不同产品的系统设计、功能、特点有所区别，但系统本身结构并无差别 来自英文Distributed Control System的第一个字母的缩写。为了便于把名称写入规程、规定，统一称为分散控制系统(简称DCS)。 DCS系统是自动控制的一种概念，也代表一种产品，因此满足DCS概念（三点一线）的计算机控制系统都称为DCS系统，据此DCS产品可以有多种类型 DCS的分类DCS的分类以专用过程控制单元为基础的分散控制系统，即DCS产品。这是由DCS产品厂家按三点一线生产出的标准通用的DCS产品 以计算机仪表或设备+工控PC机+第三方软件形成的个性化为基础的分散控制系统； 这是按照DCS的三点一线经DIY形成的具有个性化的DCS产品，由用户自我形成，对用户的技术开发素质要求较高。其中仪表或设备多采用板卡、模块以及PLC等构成；第三方软件包括上位机监控软件和控制设备的控制组态软件。 以现场总线技术为基础的分散控制系统 这是标准DCS产品的发展技术，也是未来的方向 电厂信息监控管理为基础的分散控制系统 这是标准DCS产品的扩展技术，它可把生产数据到管理层 本课程主要介绍DCS产品厂家生产的标准化的DCS产品类型和结构 DCS产生的技术背景1、DCS的产生顺应生产规模与自动化控制水平发展的需要 生产规模的大型化、复杂化对自动化水平的要求更高 对生产过程自动化控制的危险性必须要进一步分散 对生产过程的操作监视方式要求进一步集中化 这迫使控制仪表和设备要改型换代 2、4C技术的出现为改型换代提供了技术依托 C-------计算机（computer） C-------通讯（communication） C-------控制（control） C-------CRT显示 DCS是4C技术综合发展的产物DCS产生的技术背景DCS系统的基本思想管理和操作监视集中，控制和危险分散 所谓“集中”： 是将全部信息集中到集控室，使操作人员将运行的操作与监视显示集中起来，从而实现集中管理。 所谓“分散”包含两个方面： 一是强调各种被控的工艺过程的地理位置是分散的，DCS系统相应的控制设备也应在地理位置上分散布置； 二是指DCS系统所具有的功能是分散的，即数据采集、过程控制、运行显示、监控操作等按功能进行分散，特别是控制功能的分散，它是由软件组态实现，代替仪表的硬接线。这种位置上和功能上的分散同时意味着整个系统的危险性分散。 DCS系统的基本思想DCS的体系结构DCS的体系结构操作员站工程师站过程控制单元（过程控制站、现场控制站）网间接口系 统 网 络DCS的结构体系DCS的结构体系结构体系组成：三点一线 三点：操作员站（OS站） 工程师站（EWS） 过程控制站或现场控制站（PCU或DPU） 一线：DCS系统网络（SNET） 一线是骨架，三点是核心,通过一线串联三点实现数据共享， 由三点完成系统的监控功能 功能作用： 1、 DCS系统网络（SNET） ：对下联系着现场过程控制站，完成生产过程的数据采集、运算、处理；对上联系着人机接口装置，完成现场数据的上传、显示、操作。DCS系统最本质的功能是通过DCS的系统网络来体现的 DCS的结构体系DCS的结构体系功能作用： 2、过程控制站或现场控制站（PCU或DPU）：现场过程控制站是最基层(直接控制级)的自动化设备，它接受来自现场的各种检测仪表(如各种传感器和变送器)传送的过程信号，对过程信号进行实时的数据采集、噪声滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等处理，并可按要求进行累积量的计算、上下限报警以及测量值和报警值向通信网络的传输。同时，它也用来接受上层通信网络传来的控制指令 。现场过程控制站可根据过程控制的要求进行控制运算，输出驱动现场执行机构的各种控制信号，实现对生产过程的直接数字控制，满足生产过程中连续控制、逻辑控制、顺序控制等的需要。 DCS的结构体系功能作用： 3、工程师站（EWS）：工程师工作站 (EWS)是DCS中用于系统设计的工作站。它的主要功能是为系统设计工程师提供各种软件设计工具，使工程师利用它们来组合、调用DCS的各种资源，完成DCS系统的组态。 4、操作员站（OS站）： OS站是一个集中的操作员工作台，它设置在单元机组的集控室内，是运行操作人员与生产过程之间的一个交互窗口，它把系统的绝大多数显示和操作内容集中在CRT的不同画面和操作键盘上，实现DCS系统运行操作和监视的集中 DCS的结构体系DCS的物理位置DCS的物理位置OSOSEWSPCUPCUPCU集控室马达控制中心电子设备间现场现场一次仪表（变送器、执行器、开关、电磁阀等）SNETDCS系统结构体系的扩展—扩展PLCDCS系统结构体系的扩展—扩展PLCDCS系统结构体系的扩展—扩展PLCDCS系统结构体系的扩展—扩展PLC物理连接: 1、通过串行通讯方式实现PLC与DCS系统的连接 2、由PLC接口卡实现PLC与DCS系统的连接 3、PLC直接连接至DCS系统网络（SNET） 软件连接 1、DDE（Dynamic Data Exchange ） 2、OPC方法（OLE for Process Control ）PLCPLC的结构：PLCPLCPLCCIPCIP加工包装EtherNet/IPControlNetSERCOSDeviceNetFieldbus H1ControlNet优势:NetLinx通讯允许数据在一个系统内无缝地路由 … 节省时间与金钱CIPCIPCIP仓库DCS系统结构体系的扩展—扩展FCSDCS系统结构体系的扩展—扩展FCSFCS：field bus control system 现场总线控制系统 现场总线：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化，双向串行，多节点的通信总线。是连接智能化现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。应用的基础是数字智能现场装置或仪表。 智能变送器智能执行器智能控制器模拟仪表接口现 场 总 线现场DCS系统结构体系的扩展—扩展FCSDCS系统结构体系的扩展—扩展FCSFCS系统与DCS的物理连接: 1、通过现场控制站的FCS模块实现连接 2、直接与DCS系统网络连接 FCS与DCS的软件连接： 1、组态软件 2、通讯协议软件DCS系统结构体系的扩展—扩展FCSDCS系统结构体系的扩展—扩展FCS现场总线的应用前景 现场总线能大大简化DCS系统的结构，而在功能上又不逊于DCS，因此FCS系统替代DCS系统而成为控制系统的主流只是时间的问题，目前FCS由于受制于智能化仪表的发展和标准的不统一制约，它仅仅是结合在DCS里使用，成为一种专用的FCS系统。 当前：DCS+PLC+FCS的共存局面是控制系统的主流，且PLC与FCS相互交融，随着功能的不断完善，必将取代DCSDCS系统结构体系的扩展—扩展MIS系统DCS系统结构体系的扩展—扩展MIS系统动态数据交换服务器实现管理与控制层数据交换需保证： 单向数据传输 安全物理连接方式： 分散式连接 集中式连接工业以太网技术---发展趋势工业以太网技术---发展趋势工业控制网络技术是在工业生产的现代化要求情况下提出与发展起来的，与计算机技术、控制技术和网络技术的发展密切相关。他使过程控制设备发展为三大控制系统并存，未来趋势为FCS 集散控制（DCS） 可编程控制（PLC） 现场总线控制（FCS） 工业以太网（在DCS\PLC\FCS基础上形成），DCS\PLC在底层沿袭传统的模拟信号传输制，我们称之为传统控制系统，而FCS真正把数字化信号传输带给现场底层思考题思考题1、简述DCS的结构，并分别说明各结构的功能 2、一般为什么把过程控制站布置在专门的电子室中 3、FCS系统与DCS在信号传递的最大区别 4、PLC的结构组成如何，它的组态方法有那些DCS应用系统---MCS现场工艺过程一般按照功能划分为若干个子功能区域，每个功能区域有许多参数需要控制，这些参数控制由DCS中的过程控制单元完成，由于DCS是计算机控制装置，所以过程控制单元是通过软件来组成各工艺参数的控制系统，从而形成DCS应用系统。DCS应用系统---MCSDCS应用系统---MCSDCS应用系统---MCS电网调度中心EMS（ ）R T UD C S 系统M C S 系统微波通道DIDIAIDODOAOAGC请求AGC解除调度负荷指令（ADS）AGC投入协调控制方式机组实际功率电厂端EDC（经济调度控制）+ACE（区域控制偏差）= ADS指令AGC示意单 元 机 组DCS应用系统---MCSDCS应用系统---MCSMCS系统的架构锅炉子控制系统汽机子控制系统负荷控制回路负荷指令限制回路负荷指令运算回路AGC来的 ADS指令A△fMBMTp0pTNEN0NS协调控制级基础控制级DCS应用系统---MCSDCS应用系统---MCSMCS系统的组成MCS 系统主控 系统子控制 系统负荷指令处理（LMCC）负荷控制回路负荷指令运算负荷指令限制锅炉子 控制系统汽机子 控制系统给水控制燃烧控制汽温控制除氧器水位、压力高、低加水位DEH控制DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统2-1、目标负荷指令Ns的形成原理DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统负荷指令限制作用对主辅机和设备的运行状况进行监视，一旦发生故障就要对目标负荷指令NS进行必要的限制，以形成单元机组的实际目标负荷指令N0主辅设备不同，故障类型不同，采用的限制方法不同单元机组主辅机故障类型I类故障：跳闸或切除（来源明确，根据切投状况直接确定）II类故障：设备工作异常（无法直接确定，根据运行参数的偏差间接确定）单元机组负荷指令限制最大最小负荷限制（是最基本的负荷限制，与主辅机的故障无关） 负荷返回（RB） （适用于一类故障，辅机故障处理） 负荷指令闭锁增减（BI/BD） （适用于二类故障处理） 负荷迫升迫降（RU/RD） （适用于二类故障处理） 负荷快速切断（FCB） （适用于一类故障，主设备故障处理）DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统其它负荷限制都通过最大/最小负荷限制回路来实现N0方法二方法一Ns1、最大最小负荷限制DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统确定辅机的类型数量，机组类型与容量不同，辅机也不同。 为了保证RB的负荷返回速度，除了设置速率外，还可考虑把RB回路放在负荷控制回路中实现，避免参与PID运算而影响负荷返回，具体把“1”信号引入负荷控制回路的输出中，并经小选。T52、负荷返回（RB）DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统3、负荷指令闭锁增减（BI/BD）在机组运行过程中出现某种故障时，使机组实际负荷的增减受到限制。这些故障由一些不明原因造成，如输煤管道或燃烧器堵塞、风机挡板卡涩、执行机构和控制机构故障等，这类故障属设备工作异常情况，即II类故障，它常会导致燃料量（FE）、空气量（AE）、给水量（AWE）这三个机组运行关键参数的偏差增大（负方向或正方向增大）。 具体处理时，通过对运行参数的偏差大小和方向进行监视，当偏差过大越限时，即可判断设备工作异常，从而根据偏差的大小和方向对实际负荷指令实施增或减方向的闭锁，以防止故障危害的进一步扩大，直至偏差回到规定值时解除闭锁。 BI/BD闭锁逻辑由参数偏差的大小和方向来产生 BI/BD限制回路实现结合在最大/最小限制回路中完成DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统3、负荷指令闭锁增减（BI/BD） BI/BD值的产生方法：直接通过最大最小负荷限制回路实现DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统4、负荷指令迫升迫降（RU/RD） RU/RD与BI/BD都是针对单元机组发生II类故障时的负荷限制， RU/RD是处理II类故障时的进一步限制手段，当单元机组发生II类故障时，首先由BI/BD限制，当无法使参数恢复正常时，则进一步采用RU/RD限制。 RU/RD与BI/BD同时只能有一个限制方式产生作用。（靠逻辑回路来联锁） 由于RU/RD限制针对的故障处理类型与BI/BD相同，因此BI/BD与RU/RD必须配合使用。具体说，当BI限制不能使实际参数恢复至正常值时，则由RD来降负荷，直至负荷正常为止；当BD限制不能使实际参数恢复至正常值时，则由RU来升负荷，直至负荷正常为止。 RU/RD逻辑由参数偏差的大小和方向来产生，并且考虑与BI/BD逻辑的闭锁DCS应用系统---- MCS主控系统DCS应用系统---- MCS主控系统4、负荷指令迫升迫降（RU/RD） 实现方法：需依赖最大/最小限制回路实现，即R送到小值选择器，P送到大值选择器当发生RD时，113信号为0，TRACK1不发生作用，R为积分器1的输出，在RD指令发出时，FE、AE、AWE中至少有一个参数偏差变大越限，且该参数的实际值比该负荷下要求的参数定值小很多，经大选选择其一作为d，因此偏差d（定值-实际值）为正值，d作用于积分器1的反向端（负信号），积分器1按设定的积分速率从N0 （R的原值）下降. 同理分析RU，在RU发出时，FE、AE、AWE中至少有一个参数偏差变小（负方向变大，因是定值-实际值）越限，且该参数的实际值比该负荷下要求的参数定值大很多，经小选后得到的u为负值，作用于积分器2的反向端。思考题思考题1、MCS系统的结构组成 2、负荷限制的类型与适应的故障范围 3、BI/BD与RU/RD 的关系，主要根据那些参数来判断此类故障的限制，如何判断？ 4、DEH与MCS的关系 5、单元机组的故障类型 6、单元机组目标负荷的产生原理 7、最大/最小负荷限制的实现原理 8、画出BI/BD的原理结构图，并分析工作原理 9、RU/RD与BI/BD的关系中， RU/RD与BI/BD必须配合应用，其中RU配合（ ），而RD配合（ ） 10、当（ ）、（ ）、（ ）参数偏差越限时，首先会产生BI/BD负荷限制功能，它是针对（ ）设备故障的处理。MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统负荷控制回路一、负荷控制回路的组成 负荷控制回路主要由锅炉主控制器与汽机主控制器及控制方式切换器和机炉主站组成。 如下图所示MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统负荷控制回路锅炉主站 一般包含在锅炉的燃烧控制子系统中（燃料和送风），有些直接设置该主站。汽机主站 在负荷控制回路中单独设置MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统二、负荷控制回路的作用 锅炉主控制器与汽机主控制器是MCS系统的核心，主要完成对单元机组的压力（PT）和功率（NT）调节，以产生锅炉和汽机的主控指令MB和MT，并通过锅炉和汽机的子控制回路实施MCS控制。其中压力定值P0由压力设定回路产生，功率定值N0由负荷指令处理回路LMCC回路产生。 MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统三、负荷控制回路的功能 1、机炉主控制器通过切换器的配合实现负荷控制（或称负荷控制策略）的选择切换以实现不同的负荷控制方式 2、在不同的负荷控制运行方式下，通过机炉主控制器完成MCS主控系统的调节运算，产生MB和MT 3、通过压力设定回路实现单元机组定压/滑压运行方式的选择切换 MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统负荷控制的基本方案（原则性控制方案）单元机组负荷控制的基本方案有以下几种： 手动方式（BASE） 锅炉跟随方式（BF） 汽机跟随方式（TF） 机炉协调方式（COORD）实际应用的负荷控制方案都是在基本的负荷控制方案基础上经过各种信号的处理所形成的可实际应用的协调控制系统。MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统一、基本负荷控制方案的原理1、手动方式（BASE） 机炉主站都工作在手动状态，其中锅炉主站指锅炉子控制系统的 燃烧控制手操器和送风手操器，而汽机手操器由主控系统单独设 置。 该负荷控制方案很显然不属于机炉协调控制方案 这是各种类型机组的必须具有的基本负荷控制方案，以保证在故障 情况下，单元机组的正常运行。 在负荷控制回路中，一般都设计有该控制方案并通过切换选择实 现该负荷控制运行方式MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统一、基本负荷控制方案的原理2、锅炉跟随方式（BF）（汽机基本负荷控制方式） 控制特征：机侧调整功率，炉侧调整压力， 特点：利用锅炉的蓄热量，易引起炉的压力波动，响应负荷的速度快。包括汽机主站手动（即不带功率自动控制）和汽机主站自动（带功率控制），实际应用中BF方式一般不采用带功率自动（即汽机主站自动）方式，而采用不带功率自动（即汽机主站手动）方式（称为不带功率自动的BF方式或手动BF方式），这利于减少压力波动（因为功率的加减可缓慢进行）。由于机炉分别独立控制，所以它不属于机炉协调的负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，很少设计该控制方案供切换选择，特别是强调协调控制的大机组中，更是如此。 适应范围：适应于承担变动负荷的机组（即调频机组），且锅炉蓄热能力较大；对于直流炉无法采用BF方式。 控制图：MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统3、汽机跟随方式（TF）（锅炉基本负荷控制方式） 控制特征：炉侧调整功率，机侧调整压力， 特点：锅炉惯性大，负荷响应能力差， 响应负荷的速度慢，无法利用炉蓄热，但 压力稳定，有利于安全运行。包括锅炉主站手动（即不带功率自动控制）和锅炉 主站自动（带功率控制），实际应用中TF方式一般不采用带功率自动（即锅炉主 站自动）的方式，而采用不带功率自动（即锅炉主站手动）的方式（称为不带功 率的TF方式或手动TF方式）。由于机炉分别独立控制，所以它不属于机炉协调的 负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，很少设计该控制方案供切换选择，特别 是强调协调控制的大机组中，更是如此。 适应范围：适应于承担基本负荷的机组，且锅炉蓄热能力较小。 控制图：一、基本负荷控制方案的原理MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统4、机炉协调方式（COORD）（机炉联合控制方式） 控制特征：机侧和炉侧同时进行压力和功率的调整，机炉主站在自动。 特点：利用锅炉的蓄热量，又利于压力的稳定，COORD方式一般都是在TF或 BF负荷控制方案的基础上形成的，所以实际应用中COORD方式是指以TF或BF 为基础协调中的一种。由于该控制方案机炉控制相互联系和配合，所以它属于机 炉协调的负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，需设计该控制方案的各种协调 方式（ 如TF或BF为基础的协调控制方式）供切换选择，特别是强调协调控制的 大机组中，更是如此。单元机组TF或BF为基础的协调控制与常规的TF或BF负荷 控制方式是不同的概念。 适应范围：参与AGC控制的机组 控制图：一、基本负荷控制方案的原理思考题思考题1、分别阐述TF、BF、COORD方式的控制特征、特点和适应的单元机组范围。 2、 根据负荷控制回路的组成，填写基本负荷控制方案的切换表MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统实际的负荷控制方案从四种基本负荷控制方案的原理分析知：TF、BF负荷控制方案中，机炉控制有明确的分工，一个调功率，一个调压力，动作也有先后次序，机炉相互独立，没有很好配合，不能很好地协调负荷响应的快速性和机组运行的稳定性（即主汽压稳定）之间的矛盾；而BASE方案是一种纯手动负荷控制方案，因而它们都不能很好地协调机炉作为一个整体的关系，都不属于协调控制方案。 实际的负荷控制方案必须采用协调控制方案，因此我们常称实际的单元机组负荷控制方案为协调控制方案或协调控制策略或负荷控制策略。从四种基本负荷控制方案的原理看，COORD控制方案充分考虑了机炉间控制的相互联系，机和炉同时控制功率与主汽压力，从而有效地协调了负荷响应的快速性和机组运行的稳定性之间的矛盾，实现了不折不扣的机炉协调控制，是典型的双向反馈协调控制方案。而TF或BF控制方案必须经单向反馈信号处理后，才能形成实际可应用的以BF或TF为基础的单向反馈的协调控制策略。 以上TF或BF为基础的协调控制方案，如果在信号处理方面引入能量的观点，则把其变为IEB或DEB方案，所以IEB或DEB仍然是在BF或TF基础上形成的，只是分类方法不同导致的叫法不同而已。一般IEB是在TF的基础上形成的，而DEB是在BF的基础上形成的。 MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统协调控制方案的分类 按反馈回路分 1、以BF为基础的单向补偿协调控制系统 2、以TF为基础的单向补偿协调控制系统 3、双向反馈的协调控制系统（即基本方案中的COORD） 按能量平衡的观点分（在此协调系统中引入了能量平衡信号） 1、间接能量平衡（IEB）协调控制系统 2、直接能量平衡（DEB）协调控制系统 D1系统 D2系统 D3系统 为何称为IEB和DEB？因为汽轮机第一级压力最能直接反应机炉间能量关系的信号（即直接关联炉侧的能量燃料量和机侧的能量进汽量的大小），故称为直接能量信号；而单元机组负荷指令（即功率定值），是通过机炉作用并通过发电机后才能发生，故称为间接能量信号，所以用第一级压力表示的能量信号来平衡机炉间的能量称为直接能量DEB，而用负荷指令平衡机炉间的能量，称为间接能量IEBMCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按反馈回路分 1、TF为基础的单向反馈协调控制系统1、判断符合TF特征 2、引入饱和非线性元件把TF变成为以TF为基础的协调 3、饱和非线性元件作用： （1）实现以TF为基础的协调 （2）利用锅炉的蓄热，加快响应负荷的速度，从而改变TF方式压力稳定，响应负荷慢的特点，使机炉协调 （3）把功差线性地转换为压差，并限幅，通过限幅使功差超出一定的范围时输出不再变化，避免过度利用蓄热而导致汽压变化过大超出允许范围 4、也可考虑压力偏差作为炉侧的前馈实现以TF为基础的单向补偿反馈协调系统MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按反馈回路分 2、BF为基础的单向反馈协调控制系统1、判断符合BF特征 2、引入死区非线性元件把BF变成为以BF为基础的协调 3、死区非线性元件作用： （1）实现以BF为基础的协调 （2）克服BF方式负荷响应快，压力波动大的不足，使快速响应负荷变动的同时，兼顾压力波动，即在死区范围内快速响应负荷，死区范围之外，进行压力补偿，从而限制负荷的快速变化，避免过量利用蓄热，使机炉协调 （3）压力偏差在死区之外把压差线性地转换为功差，输出补偿作用，在死区之内使补偿为0，不输出补偿作用 4、也可考虑功率偏差作为炉侧的前馈实现以BF为基础的单向补偿反馈协调系统MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按反馈回路分 3、双向反馈的协调控制系统（称为COORD控制系统）MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按能量平衡观点分 1、IEB协调控制系统1、IEB结构的TF特征 2、信号关系MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按能量平衡观点分 2、DEB协调控制系统 特点： 机组的功率由汽轮机控制汽门进行控制，具有BF方式特点,即按照反馈分类方法来看，DEB属于以BF为基础的协调控制系统，机组对外界负荷的响应性好 采用了一个代表汽轮机机组能量需求信号，这个信号作为机炉间的协调信号，或称为能量平衡信号，控制锅炉的输入能量，保证任何情况下机组内部能量供需的平衡 能量需求信号的表示：机组的能量需求虽与 有关，但如果直观用其来定量表示大小，则在锅炉侧发生内扰时，就不够准确，必须经过修正。有以下两种修正方法。MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析 按能量平衡观点分 2、DEB协调控制系统 特点：直接能量需求信号的大小表示具有压力比修正的能量平衡信号---实现D1、D3结构具有压力差修正的能量平衡信号---实现D2结构MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析（1）D1系统1、D1结构的BF特征 2、炉侧实现串级压力调节，并以压力比能量平衡信号作为炉侧的补偿信号，以调速级压力表示的能量信号作为机侧的补偿信号（以调速级压力信号作补偿信号，可直接作为能量信号使用，避免转换），从而实现双向补偿的以BF为基础的协调控制（按反馈分类来看），即DEB系统（按能量平衡分类） 3、前馈信号分析 4、功率定值的微分前馈作用 5、压力比比例微分处理作用MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析（2）D2系统MCS控制系统----主控系统MCS控制系统----主控系统各类协调控制方案的分析（3）D3系统思考题思考题1、分析TF、BF为基础的反馈协调控制系统中非线形元件的作用 2、IEB、DEB的名称叫什么，它们以何信号区分的？压力比和压力差能量平衡信号关系式？它们分别实现何种结构的DEB？请设计压力比和压力差能量平衡信号的SAMA图 3、下图为某600MW机组的负荷控制系统图，请根据图示描述在定压运行方式下的T3、T6、T7、T10、T13等切换器状态与负荷控制方式的对应关系（以表格方式说明） FSSS系统FSSS系统FSSS系统---炉膛安全监控系统，又称BMS 把燃烧系统的安全运行规程用一套逻辑控制系统自动地实现（自动完成操作、保护；避免人工操作的误动作；迅速执行手动来不及的操作） 由BCS和FSS构成： 1、BCS：对点火器、油枪、磨煤机系统进行监视与顺序控制，实现安 全启动、停止、正常运行 2、FSS：点火前、跳闸停炉后吹扫；MFTFSSS系统FSSS系统FSSS系统的主要功能： 炉膛吹扫 油枪或油枪组程控 炉膛火焰检测 磨煤机组程序起停和给煤机、磨煤机保护 MFT 主要功能、炉膛对那些情况进行吹扫、如何吹扫、火焰检测的确认、各功能的归类FSSS系统FSSS系统炉膛爆燃的防止措施： 1、内爆、外爆 2、外爆的防止措施 3、内爆的防止措施FSSS系统FSSS系统FSSS系统的组成FSSS系统的组成集控 室内 CRT就地 控制盘逻辑 控制 柜现场 设备T人机操作界面生产现场FSSS系统的火检FSSS系统的火检FSSS系统的火检FSSS系统的火检FSSS系统的吹扫FSSS系统的吹扫FSSS系统的吹扫FSSS系统的吹扫FSSS系统的MFTFSSS系统的MFTFSSS系统的MFTFSSS系统的MFTDEH概述DEH概述一、汽轮机自动控制系统的内容： 汽轮机作为高速旋转机械，可以驱动多种设备，随其应用场合不同，应配置相应的控制系统，一般来说其控制系统主要包括以下两个方面： 汽轮机调节保安系统 随机组容量和参数的提高，机组启动和运行的复杂化，调速系统在不断更新和改进，以满足新的控制要求 机械液压调速（最早期的，有缺点需改进） 功频电液调节（即模拟电液调节----AEH） 数字电液调节（DEH）（当前广泛采用的数字式，重点介绍） 汽轮机安全监视系统（主要指TSI系统和与之关联的保护）DEH组成原理DEH组成原理二、组成原理图DEH组成DEH组成 测量系统 DCS系统 DEH控制柜 操作员站 工程师站 DEH高速通讯网络 电液伺服执行机构 EH高压抗燃油系统 EH高压抗燃油供油系统 OPC油路 ETS油路（通过AST电磁阀实现） 遮断系统油路 伺服控制回路 电液转换器（带功放） 油动机 LVDT阀门位置反馈DEH组成分析DEH组成分析 测量系统 1.转速的测量 通过把转速转换为频率来测量 2.功率测量 根据霍尔效应原理 3.阀门位置测量（LVDT） 线性差动变压器 4.压力测量 5.温度测量 6.主变开关位置 7.其它参数测量 位移 差胀 振动等DEH组成分析DEH组成分析 DCS系统 DEH系统的DCS系统是与DEH配套应用的，在硬件组成结构上与常规的DCS系统并无区别，仍然为三点一线式的结构，只是其控制柜中的控制器软件仅针对汽轮机控制来进行组态而已。 一、硬件结构体系DEH组成分析DEH组成分析 DCS系统 一、硬件结构体系DEH组成分析DEH组成分析二、DEH控制柜 1、硬件结构DEH组成分析DEH组成分析2、DEH控制器实现的控制功能 控制器（即DPU）以软件的形式实现DEH控制系统的各种控制功能，从而形成DEH控制系统，其控制系统软件由工程师站组态完成 （1）DEH控制系统的总体逻辑控制原理 此图为简化的总体逻辑控制图，较为完整的总体逻辑控制原理见下章幻灯片 主要通过组态逻辑实现转速和负荷控制功能，其它的逻辑控制功能都是依据或建立在此两个控制功能基础上实现的DEH组成分析DEH组成分析DEH控制系统的详细总体逻辑控制图 给定值回路设计时要考虑： 1、DEH实现的控制功能：为转速控制还是负荷控制 2、DEH的运行控制方式：DEH运行控制方式（手动、OA、ATC）、CCS运行控制方式、AS运行控制方式 当实现转速控制功能时，给定值为转速，此时转速给定值值的控制，由DEH操作运行方式的OA或ATC设定（手动直接操作输出，无需给定值设定），当近3000转时，切换至AS给定（CCS不参与转速控制）；当实现功率控制功能时，则给定值变为功率，此时功率给定值值的控制，由DEH操作运行方式的OA或ATC设定，当投入CCS遥控时，切换至CCS给定（AS不参与功率控制）DEH的功能DEH的功能DEH的核心功能是汽轮机转速和负荷的控制功能，DEH实现的其它功能都是围绕或是保证该控制功能的正常运行而设置的。 1、汽轮机转速和负荷的控制 2、运行控制方式的选择切换 3、汽轮机启动方式的选择切换 4、阀门管理 5、OPC超速保护思考作业思考作业1、根据DEH的总体逻辑控制图分析DEH的控制原理 2、DEH的运行控制方式有哪些 3、说明DEH的组成