高加水位控制系统

1、高加水位控制系统摘要高加保护动作解列不仅会使机组效率下降，热耗、汽耗均上升，经济性大大下降，而且还会使机组监视段超压过负荷，叶片工作环境恶化，轴向推力增大，严重时会发生叶片及其部件掉落的事故。在满负荷工况下，根据历次跳高加的经验数值，负荷会突升2030MW，使机组过负荷，同时极易引起锅炉的汽温及管壁超温，汽包水位波动，甚至会造成灭火。高加水位控制是电厂自动化控制中的重要部分，其控制功能对电厂的实用性、经济型和安全性等起着重要的作用。高加水位控制系统的稳定运行，可以保证汽轮机机组安全的运行，提高汽轮机组的热效率，降低燃料消耗，减轻工作人员的工作量。 关键词 高价水位控制，经济型，安全性，汽轮机组

2、I目录摘要I1引言11.1 DCS技术11.2 INFI-90分散控制系统概述12 INFI-90系统组态应用42.1模件42.2功能码介绍43 高加水位系统组态设计103.1控制系统主回路103.2手动控制运行状态113.3自动控制运行状态123.4故障与保护13结论15致谢16参考文献17I1引言1.1 DCS技术现代工业对控制系统的要求己不仅仅局限于能实现自动数据采集和控制功能，还要求工业过程能长期在最佳状态下运行，这就要求解决工程整体的总目标函数最优化问题。为了实现最优化控制，大系统控制理论中引入分解和协调的设计原则，分解就是在设计过程中将系统细分，分解成若干个底价的相关小系统，这些小

3、系统之间相互问的耦合关系减至最小，以便于分别控制各个小系统目标对象达到小系统控制的最优化，进而达到整个系统的相对最优化控制。协调就是在局部最优化的基础上考虑各小系统之间的相互影响和相互耦合作用，设计协调控制器，使各局部控制器协调起来,达到整个系统最优化。这种具有分散控制，信息集中管理特点的分布式控制系统,又称为集散控制系统.简称DCS系统(Distributed Control System)。DCS系统是一种成熟的综合技术，包括现场总线技术、仪表技术和计算机技术等，适合应用于连接过程控制和复杂控制系统。目前应用比较广泛的DCS系统有日本横河公司的CENnMCS、美国罗斯蒙特公司的Delta

4、V等系统， 目前已经广泛应用于核电站、电力系统、轻工业、锅炉、热电系统等等，都取得了良好的经济效益和社会效益。本次课设是以高加水位控制系统为研究对象，以高加水位控制系统设计展开，设计高加水位控制系统功能组态调试。掌握infi90分散控制系统的硬件组成，学会硬件查线。并了解功能块程序库中常用功能块的使用，学会运用bailey wintools 上机组态，并进行编译、修改、下载、调试、监视。1.2 INFI-90分散控制系统概述 INFI-90分散控制系统是美国Bailey公司1987年推出的产品。该系统与Bailey公司1980年推出的N-90系统兼容，系统结构和功能也基本相同。因而，

5、INFI-90属于N-90的改进型产品，是一种集过程控制，过程管理为一体的现代化过程控制与管理系统。INFI-90系统主要由过程控制单远（PCU）、运行员操作站（OIS）、计算机接口（CIU）和把它们联成一个系统的通讯环路以及作为应急手段的模拟控制站（SAC）和数字逻辑站（DLS）组成，其结构示意图如图1.1所示。INFI网主环能带多达250个节点，多个子环通过就地和远程接口与主环相连，每个子环能带多达250个节点，一个主环最多连接250个子环，整个系统有带62500个节点的能力。图1.1 INFI-90系统结构示意图下面简单介绍一下厂区环路中个节点的组成和主要功能：（1）过程控制单元（PCU

6、）它是INFI-90系统的核心部件。由它完成闭环控制、顺序逻辑控制和数据采集的任务。PCU柜包括模件安装单元（MMU）、端子安装单元（TMU）和电源安装单元（PMU）。模件安装单元（MMU）是一个为INFI-90模件提供电源和通信口的印刷板扦笼，模件安装单元中的模件包括三种类型，它们是通信模件（也叫接口模件）、智能模件（也叫主模件）和I/O模件。端子安装单元（TMU）供端子单元（TU）安装，端子单元提供现场信号与模件之间的连接。电源安装单元（PMU）供电源系统模件安装。（2）运行员操作站（OIS）运行员操作站是INFI-90系统的一个节点，为INFI-90系统提供了完整的操作接口、数据采集和记

7、录报告能力。它的主要功能包括：过程监视和控制、报警管理、系统状态及诊断、系统组态及调整。（3）计算机接口(PCI)计算机接口是INFI-90系统的一个节点，通过它可以方便地将INFI-90系统和计算机连接起来。使计算机可以从PCU输入过程数据，并向PCU输出控制数据。计算机接口的组成包括：环路接口模件(LIM)、总线转换模件(BTM)和厂环至计算机的转换模件(PCT)。它的主要功能包括：数据采集、组态、过程控制。（4）厂区通讯环路（PCL）厂区通讯环路是一个冗余的双股电缆系统。是所有INFI-90设备共同享用的串行通讯通道，通讯速率是500K波特，支持63个节点，节点间最大距离为2000米。节

8、点是靠环路接口模件（LIM）连到环路上，这个环路接口模件能使一个节点上的模件与另一个节点上的模件通讯。（5）模拟控制站(SAC)模拟控制站为INFI-90系统应用提供常规的过程接口。它是盘装设备，安装在主控室。它可以与多功能处理器（MFP）进行通讯，并能监视和控制一个独立的控制回路。面板上的按钮可供操作员调整设定点和控制输出，转换控制方式等。（6）数字逻辑站(DLS)数字逻辑站是用于对多功能处理器作数字输入/输出的带有按钮和状态指示灯的站。它是盘装设备，安装在主控室。它通过数字子模件（DSM）可以与多功能处理器进行通讯。2 INFI-90系统组态应用2.1模件本次课程设计涉及到的模件有以下几种

9、：（1）IEPASO01(电源模件)：为各个模件提供适合的稳压电源。（2）IMMFP01(多功能处理器模件): 完成用户设计的模件和数字控制策略，其有执行、组态和出错三种工作方式。其下最多可连接64个子模件。（3）INLIM03、INBTM01（环路和总线接口模件）：是INFI-90过程控制单元和工厂通信环路之间的主要通信接口。（4）IMCIS02(控制输入/输出子模件)：为INFI-90系统的处理和监控提供4个模拟和3个数字过程现场输入信号，并为过程控制输出4个数字和2个模拟信号。2.2功能码介绍功能码1函数发生器，本功能码用于将输入输出的非线性关系的近似化。将输入范围分成5段，每一段输入输

10、出的对应关系都以线性关系来代替。然后根据这5段折线计算出对应于输入的输出。图2.1 函数发生器功能码2手动设定常数手动设定常数块的输出是一个产生于本块内部的模拟量信号，其值等于<S1>。本功能块以工程单位提供一个可调整的输出值。图2.2 手动设定常数功能码3超前/滞后功能块的输出等于某个时间函数和输入值的乘积。规格数S3和S4提供超前（S3）或滞后（S4）功能。功能码3还可用作超前/滞后滤波器。图2.3 超前/滞后模块功能码6高/低限制器模块，功能块将输出信号限制在一个指定的高限和低限之间的范围内。当输入在高、低限之间时，输出等于输入，而当输入大于高限时，输出等这个高限值，当输入低

11、于低限值时，输出等于这个低限值图2.4 高/低限制器模块功能码8速率限制器模块，当输入信号的变化速率不超过S3和S4的限制值时，本块的输出和输入相等。当输入信号的变化速率超过限制值时。输出将依规定的速率变化直至和输入相等为止。图2.5 速率限制器模块功能码9模拟切换器，这个功能码根据布尔输入<S3>选择二个输入中的一个。输出值等于哪一个输入要看<S3>是什么值。有两个时间常数提供在两个方向上的平滑切换。图2.6 速率限制器模块功能码12高低比较器，本功能块有两个输出。当输入大于或等于高限时，输出N等于逻辑l。当输入小于或等于低限时，输出N1等于逻辑l。若输入的值在两个限

12、值之间，则两个输出都为逻辑0。2.7 高/低比较器功能码15两输入加法器模块，本功能码执行两个输入信号的加权求和。通过选择适当的输入和增益，本块可以执行比例、偏置或求偏差的功能。通过将第二个输入引入一个常数块，它还可用作非零基信号的换算器。图2.8 两输入加法器模块功能码24适配器，此功能允许系统中的可调参数的适配，即在运行中改变可调参数。它可以对控制系统中的动态静态环的增益进行配制。所有增益与时间常数都是可调参数。所以，使用3l号功能块，可以设置增益和时间常数以适应当前的过程运行的状态。图2.9适配器功能码31检验质量模块，检验质量块能够检查l至4个输入点的质量。这是一个四输入的或（OR）功

13、能，如果所有要检测的点均为好质量，则输出逻辑0，若有一个或多个输入的测试点是坏质量，则输出为逻辑1。模拟量和数字量的IO厂环，以及SYMPHONYNET输入都能进行质量检测。质量不通过模件功能块传播，所有内部点都要具有好质量。 图2.10 检验质量模块功能码37“与”（2输入）用来实现逻辑“与”功能，只有全部输入都是逻辑1时，输出是逻辑1。图2.11 “与”（2输入）功能码38“与”（4输入），实现“与”功能。当输入全部为1时。输出逻辑1图2.12 “与”（4输入）功能码39“或”（2输入）模块，实现“或”功能，如果输入之一或二者都是逻辑1。则输出逻辑1。图2.13 “或”（2输入）模块功能码

14、40“或”（4输入）模块，实现4个以下数字输入逻辑“或”功能，如果一个或多个输入为逻辑1，则输出逻辑1。图2.14 “或”（4输入）模块功能码50手动设定开关可提供一个可调的布尔输出（逻辑0或逻辑1）。S1是在模件执行期间可以修改的可调参数。图2.15 手动设定开关功能码79控制接口从模件，控制接口从模件功能码用于把多功能控制器接口到控制I/O从模件。模件I/O从模件处理4个模拟量输入通道、2个模拟量输出通道、3个开关量输入和4个开关量输出通道。图2.16 控制接口从模件功能码80控制站模块，本控制站可有三种应用类型，包括基本站、串级站和比率站。每种类型都可通过数字控制站（DCS）、模拟控制站

15、（SAC）或诸如OIS等控制台进行控制。在基本站上可产生一个设定值（SPS2）并可进行手动自动切换，在手动控制方式调整控制输出及在自动控制方式调整设定值。在串级站上除可完成基本站的全部功能外，还可由另一个过程变量<S1>来控制设定值。在比率站上可完成基本站的全部功能，但设定值的产生有所不同，设定值等于第二个非受控变量<S2>与一个比率调整因子之积。通过调整控制站按键，可改变该站的方式、设定值、比率系数和控制输出。在启动期间的控制输出（CO）值是可组态的。如果S16规定了一个DCS站（S16等于0到7）或SAC站（S16等于0到63），则在启动期间控制输出值跟踪DCS或S

16、AC上显示的控制输出值。如果与一个站间的通讯出现故障，则在启动期间控制输出跟踪<S4>的控制输出跟踪信号。图2.17控制站模块注：如MFP模件在40千波特，则有效地址为0到63和100到163。当本站的模拟输出为坏质量时，相关的模拟输出（AO）<S28>产生自动旁路并通知控制接口从模件的模拟输出。注：1.在工厂环路中由于信息传递的信息打包方法的限制，控制站功能码只能置于0到1023的块号内，SYMPHONYNET环路允许更高的块号。2.对非受控变量的最大比率为10，最小有用比率为0.05。3.对MFP模件的通讯波特率由段控制块（功能码82，块号15）的S3设定。3 高加

17、水位系统组态设计本系统为高加水位的控制系统，是由三路水位信号选取中值的方式来确定系统的反馈量，和由控制站提供给定值，共同送往控制器PID进行调节运算以控制阀门开度的控制系统。3.1控制系统主回路 本控制系统主要是由现场采集来的三路水位信号作为反馈量送入PID调节器中；由控制站的设定值经限速模块送到PID的入口端作为调节器的给定值。调节器经运算后的输出送到控制站对现场阀门进行控制。图3.1系统主回路3.2手动控制运行状态假定目前控制站处于手动控制状态，（已知控制站中A端表示自动方式标志：0=手动 1=自动）则当前状态控制站的A端输出为0。图3.2图控制站状态（手动）该信号分成三路：1路送到PID

18、输入侧控制PID的输出值（当控制器为跟踪状态时，PID的输出跟踪控制站的当前输出；当控制器在释放方式时，若=1，将阻止控制器的输出从当前值上继续增加；若=0，将对PID控制器不产生影响。如=1和=1输入的值都为1（在释放方式），PID控制器的输出将保持在当前值上）；2路将0送到控制站的端使设定值SP不跟踪PV的开关信号块地址；3路将0送到速率限制模块，说明不对控制站设定值进行速率限制。当前手动状态（高加水位无故障）时控制器处于跟踪状态，控制器的输出即为控制站的输出，以保证从手动到自动切换时的无扰进行。图3.3控制器状态（手动）3.3自动控制运行状态假定目前控制站处于自动控制状态，（已知控制站中

19、A端表示自动方式标志：0=手动 1=自动）则当前状态控制站的A端输出为1。图3.4控制站状态（自动）该信号分成三路：1路送到PID输入侧控制PID的输出值（当控制器为跟踪状态时，PID的输出跟踪控制站的当前输出；当控制器在释放方式时，若=1，将阻止控制器的输出从当前值上继续增加；若=0，将对PID控制器不产生影响。如=1和=1输入的值都为1（在释放方式），PID控制器的输出将保持在当前值上）；2路将1送到控制站的端使设定值SP跟踪PV的开关信号块地址；3路将1送到速率限制模块，说明对控制站设定值进行速率限制。此时控制器参与系统工作进行正常控制工作。图3.5控制器状态（自动）3.4故障与保护a.

20、水位等故障控制站自动切换到手动：当1#高加水位输入故障、1#高加水位调节故障、1#高加疏水站输出故障、1#高加水位高值任一存在时则此时控制站切换到手动状态并保持，否则将切换到自动状态并保持。可以保护系统以避免发生设备损坏和人员伤亡。图3.6控制站状态（故障发生）b.执行器故障输出故障信号当控制站的输出超限（过高或过低）或执行器反馈信号有问题时输出1#高加疏水站故障，并进行故障报警。图3.7执行器故障c.根据反馈信号进行超前（滞后）保护 将反馈量信号送到超前（滞后）模件，若其值超出规定的高限或超出规定的底限则发出故障报警、输出1#高加水位调节故障值。该模块可以起到超前监控系统状态的作用，使系统在

21、未发生故障时提前警示，以保证设备和运行人员的安全。 此外，反馈量还经过函数运算送到适配器（此功能允许系统中的可调参数的适配，即在运行中改变可调参数。它可以对控制系统中的动态静态环的增益进行配制。所有增益与时间常数都是可调参数。可以设置增益和时间常数以适应当前的过程运行的状态）。中相应的调节PID控制器的S12和S13两个参数以适应系统，提高系统性能。图3.8超前/滞后模块及适配器模块d.控制站跟踪时的保护 手动设定开关（可调整开关量）处于ON的条件,且1#高加水位高值为0，2#高加水位坏质量为0，2#高加水位高值为1同时成立，且未处于跟踪状态时控制站切换到跟踪状态。 且此时切换器选择0，而此时

22、控制站跟踪的就是选择器选择的值经过限速而得到的。以保护系统避免发生设备损坏和人员伤亡。图3.10切换器结论在实践训练中使本学期学到的分散控制系统的知识进一步得到了运用。DCS从基本结构来看特性基本相同，而分为三大基本部分，分别是过程控制站，操作站和通讯系统。这次实践训练主要接触的是过程控制站，过程控制站是集散控制系统和生产过程之间的界面，生产过程的各种过程变量和状态信息通过过程控制转化为操作监视数据，而操作的各种信息也通过过程控制站送到执行机构。在过程控制装置里，进行模拟量和数字量的相互转化，完成各种控制算法的运算以及对输入输出量的数据处理等运算。在这次课程设计中使用了新的功能码，功能码79 -控制接口从模件控制接口从模件功能码用于把多功能控制器接口到控制I/O从模件。模件I/O从模件处理4个模拟量输入通道、2个模拟量输出通道、3个开关量输入和4个开关量输出通道。 在实践训练过程要熟悉各个主模件和子模件的型号和编译，并且能通运用以往所学到的理论知识如各个基础模块的运用和选择并结合组合逻辑分析设计已达到实训要求。最后通过使用INFI-90系统和bailey wintools进行组态调试。这次使用 infi90 DCS必须要熟悉DCS的硬件查线，掌握infi90的硬件结构，形成硬件结构图。而且要熟悉infi90DCS功能块库，并会分析程序