《热工自动化》PPT课件.ppt

1 热工自动化 2 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 3 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 4 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上用画面的方法实现 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 5 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 6 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 BCSFSS 热工自动化内容简介 7 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 8 1 传统和现代热工自动化内容及其对应关系 思考题 9 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 10 二 温度测量方法 过程仪表与设备 温度测量 11 三 热电偶测温 过程仪表与设备 温度测量 12 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 13 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 14 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 公式法 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 15 过程仪表与设备 温度测量 16 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 17 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 18 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 19 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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 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 28 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 1的变化2 汽包压力的变化引起 s w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 29 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 30 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 31 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 32 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 33 二 电动执行机构 过程仪表与设备 执行机构 34 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 35 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 36 1 气动薄膜执行机构 过程仪表与设备 执行机构 37 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 38 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 39 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 40 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 41 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 42 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 43 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 44 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 45 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 46 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 47 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 48 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 49 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 50 DCS系统概述 把上述案例的控制过程引申如下 51 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 52 计算机控制系统的基本组成 53 计算机控制系统的主要类型 DASDDC分级控制系统DCS 开环闭环 集中分散 54 DAS系统 数据采集与处理系统 55 DDC系统 直接数字控制系统 56 分级控制系统 57 DCS系统 分散控制系统 58 DCS的名称 DCS 分散控制系统DistributedControlSystemDCCS 分布式计算机控制系统DistributedComputerControlSystemTDCS TDC 集散控制系统TotalDistributedControlSystem电力系统以DCS为标准名称 59 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DistributedControlSystem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 60 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 61 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 62 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 63 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的体系结构 64 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 65 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 66 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 67 DCS的物理位置 OS OS EWS PCU PCU PCU 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 SNET 68 DCS系统结构体系的扩展 扩展PLC 69 DCS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 DynamicDataExchange 2 OPC方法 OLEforProcessControl 70 PLC的结构 系统自诊断执行用户程序数据通讯 将PLC内部的指令以一定的形式反馈到现场 采集现场的输入信号 进行信号转换 PLC 71 PLC CIP CIP 加工 包装 EtherNet IP ControlNet SERCOS DeviceNet FieldbusH1 ControlNet 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 CIP CIP CIP 仓库 72 DCS系统结构体系的扩展 扩展FCS FCS fieldbuscontrolsystem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 73 DCS系统结构体系的扩展 扩展FCS FCS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 74 DCS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DCS 75 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 76 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 77 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 78 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 MCS 79 电网调度中心 EMS RTU DCS系统 MCS系统 微波通道 DI DI AI DO DO AO AGC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 MCS 80 MCS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 f MB MT p0 pT NE N0 NS 协调控制级 基础控制级 DCS应用系统 MCS 81 DCS应用系统 MCS MCS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 82 DCS应用系统 MCS主控系统 2 1 目标负荷指令Ns的形成原理 83 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 84 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 Ns 1 最大最小负荷限制 85 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 T5 2 负荷返回 RB 86 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 87 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 88 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 89 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 90 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 91 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 92 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 93 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 94 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方案 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MT3 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 95 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 96 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 97 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 98 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 99 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 100 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 101 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 102 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IEB 103 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 104 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 105 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 106 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 107 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 108 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 109 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 110 MCS控制系统 主控系统 各类协调控制方案的分析 2 D2系统 111 MCS控制系统 主控系统 各类协调控制方案的分析 3 D3系统 112 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 113 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 MFT 114 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 115 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 116 FSSS系统 117 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 118 FSSS系统的火检 119 FSSS系统的火检 120 FSSS系统的吹扫 121 FSSS系统的吹扫 122 FSSS系统的MFT 123 FSSS系统的MFT 124 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概述 125 DEH组成原理 二 组成原理图 126 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 127 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 128 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 129 DCS系统一 硬件结构体系 DEH组成分析 130 二 DEH控制柜1 硬件结构 DEH组成分析 131 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 132 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组成分析 133 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 DEH的功能 134 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