电厂控制系统基础知识

1、电厂控制系统基础知识电厂控制系统基础知识主要内容主要内容 一、分散控制系统概念及发展历程一、分散控制系统概念及发展历程 二、我厂二、我厂DCSDCS、DEHDEH及各子系统及各子系统PLCPLC构成构成 三、我厂三、我厂DCSDCS系统的功能介绍系统的功能介绍 四、四、 DEHDEH系统介绍系统介绍一、分散控制系统概念及发展历程一、分散控制系统概念及发展历程1.1 DCS1.1 DCS的概念的概念 DCS是采用计算机、通信和屏幕显示是采用计算机、通信和屏幕显示技术，实现对生产过程的数据采集、控制技术，实现对生产过程的数据采集、控制和保护等功能，利用通信技术实现数据共和保护等功能，利用通信技术实

2、现数据共享的多计算机监控系统。其主要特点是功享的多计算机监控系统。其主要特点是功能分散，操作显示集中，数据共享，可靠能分散，操作显示集中，数据共享，可靠性高。性高。 1.2 控制系统的发展控制系统的发展常规仪表常规仪表 控制系统控制系统集中计算机集中计算机控制系统控制系统计算机分散计算机分散控制系统控制系统很多很长的监控仪表盘、台和多人监控，很多很长的监控仪表盘、台和多人监控，难实现复杂的控制任务难实现复杂的控制任务，难保证机组安难保证机组安全经济运行。全经济运行。危险集中；处理信息多，危险集中；处理信息多，负荷重，实时性差负荷重，实时性差。危险分散；功能危险分散；功能齐全；使用灵活齐全；使用

3、灵活。二、我厂二、我厂DCSDCS、DEHDEH及各子系统及各子系统PLCPLC构成构成2.1 DCS2.1 DCS的网络结构的网络结构 控制管理级控制管理级 数据通信系统数据通信系统 过程控制级过程控制级操作员站1操作员站8服务器A1#炉PCU2#炉PCU3#炉PCU1#机PCU2#机PCU公用系统PCUI/OI/OI/OI/OI/OI/O现 场 设 备服务器B控制管理级控制管理级数据通讯系统数据通讯系统过过程程控控制制级级 2.2 DEH2.2 DEH系统网络结构系统网络结构 操作员站1服务器A1#机DPU2#机DPUI/OI/O现 场 设 备服务器B2.3 2.3 化水、输煤、灰渣化水、

4、输煤、灰渣PLCPLC系统网络结构图系统网络结构图操作员站PCUI/O现 场 设 备三、我厂三、我厂DCSDCS系统的功能介绍系统的功能介绍 计算机监视系统（计算机监视系统（DAS） 模拟量控制系统（模拟量控制系统（MCS） 顺序控制系统（顺序控制系统（SCS） 炉膛安全监控系统（炉膛安全监控系统（FSSS） 汽机紧急跳闸系统（汽机紧急跳闸系统（ETS）3.1 3.1 数据采集系统数据采集系统 （DASDAS） DAS有下列功能：有下列功能： 显示：过程变量的实时数据和运行设备的状显示：过程变量的实时数据和运行设备的状态、趋势显示态、趋势显示 、报警显示等。、报警显示等。 记录：定期记录、操作

5、员记录、事件顺序记录：定期记录、操作员记录、事件顺序(SOE)记录等。记录等。 历史数据存储和检索历史数据存储和检索 。 3.2 3.2 模拟量控制系统（模拟量控制系统（MCSMCS） 在模拟量控制系统中，被控制量、设定在模拟量控制系统中，被控制量、设定值、控制器的输入及输出均为模拟量。这值、控制器的输入及输出均为模拟量。这种系统将被控制量反馈值与设定值进行比种系统将被控制量反馈值与设定值进行比较，然后根据比较的结果，改变控制量，较，然后根据比较的结果，改变控制量，最终使被控制变量维持在设定值。最终使被控制变量维持在设定值。 我厂目前我厂目前DCS系统的模拟量控制系统包系统的模拟量控制系统包括

6、下列内容：括下列内容： 汽包水位调节汽包水位调节 抽凝机组轴封压力调节抽凝机组轴封压力调节 连续排污膨胀器水位调节连续排污膨胀器水位调节 凝汽器水位调节凝汽器水位调节 除氧器压力调节除氧器压力调节 低减压力调节低减压力调节 汽包水位调节系统：汽包水位调节系统：u给水调节的任务：给水调节的任务：是使给水量适应于锅炉是使给水量适应于锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。内。u 汽包水位的特点汽包水位的特点: 1)水位很不平稳。水位很不平稳。2)汽汽水界面不明显。水界面不明显。3)沿汽包横向及轴向各处沿汽包横向及轴向各处水位不一致。水位不一致。4)虚假水位。

7、虚假水位。三冲量给水调节系统三冲量给水调节系统DWPDPHPW给水阀水位差压调节器PI过热器节流装置节流装置省煤器H- -+ + +三冲量给水调节系统：该系统的调节器根据汽包水位三冲量给水调节系统：该系统的调节器根据汽包水位H、蒸、蒸汽流量汽流量D和给水流量和给水流量W三个信号去调节给水流量。三个信号去调节给水流量。三个信号的作用：三个信号的作用：水位水位H：水位水位H是主信号，维持汽包水位为给定值。是主信号，维持汽包水位为给定值。蒸汽流量蒸汽流量D：是水位调节的补偿信号，有效地克服是水位调节的补偿信号，有效地克服“虚假水虚假水位位”的的 响，减小了给水流量的波动幅度，使调节过程变得响，减小了

8、给水流量的波动幅度，使调节过程变得比较平稳。比较平稳。给水流量给水流量W：是一个局部反馈信号。克服内扰，维持给水是一个局部反馈信号。克服内扰，维持给水量不变，从而使汽包水位基本上不受影响。量不变，从而使汽包水位基本上不受影响。 三冲量给水自动调节系统利用蒸汽流量信号来克服三冲量给水自动调节系统利用蒸汽流量信号来克服“虚假水位虚假水位”现象，又利用给水量信号来消除给水流量的现象，又利用给水量信号来消除给水流量的自发自发 性变化因而能有效地控制水位的变化。性变化因而能有效地控制水位的变化。3.3 3.3 顺序控制系统（顺序控制系统（SCSSCS） 在开关量控制系统中，检查、运算和控制信息在开关量控

9、制系统中，检查、运算和控制信息 全部全部是是“存在存在”或或“不存在不存在”两种信息。系统输入的往往是设两种信息。系统输入的往往是设备状态信号，如设备的运行或停止、阀门的开或关，系统备状态信号，如设备的运行或停止、阀门的开或关，系统输出的是启停命令，或开关命令。在这类控制系统中，为输出的是启停命令，或开关命令。在这类控制系统中，为了使设备了使设备A A启动，往往要检测多个其他设备如启动，往往要检测多个其他设备如B B、C C、D D等的等的状态，判断它们的状态是否满足状态，判断它们的状态是否满足A A设备启动的要求，若不设备启动的要求，若不满足，要由相应的命令控制满足，要由相应的命令控制B B

10、、C C、D D等设备的开关或启停，等设备的开关或启停，直到所有条件满足后，才能发出命令使直到所有条件满足后，才能发出命令使A A启动。所以这种启动。所以这种控制系统的特点是一个按照预先规定的顺序进行检查、判控制系统的特点是一个按照预先规定的顺序进行检查、判断断( (逻辑运算逻辑运算) )、控制、再检查、判断、控制的过程。所以、控制、再检查、判断、控制的过程。所以开关控制又称为顺序控制系统。开关控制又称为顺序控制系统。 电厂电厂SCS的控制范围包括与炉、机、电主设备的控制范围包括与炉、机、电主设备运行关系密切的所有辅机及阀门和挡板等。例如，运行关系密切的所有辅机及阀门和挡板等。例如，球磨机、送

11、风机、引风机、电动给水泵、凝结水球磨机、送风机、引风机、电动给水泵、凝结水泵、泵、EH油泵、润滑油泵、送风机出口挡板、引风油泵、润滑油泵、送风机出口挡板、引风机出口挡板、抽汽逆止门等。机出口挡板、抽汽逆止门等。 顺序控制系统将整个辅机系统划分为若干个功顺序控制系统将整个辅机系统划分为若干个功能组。所谓功能组，就是将属于同一系统的相关能组。所谓功能组，就是将属于同一系统的相关联的设备组合在一起，一般是以某一台重要辅机联的设备组合在一起，一般是以某一台重要辅机为中心，如引风机功能组就包括了引风机、引风为中心，如引风机功能组就包括了引风机、引风机出口挡板等。机出口挡板等。 对于相对独立的子系统，如输

12、煤、除灰、化水、对于相对独立的子系统，如输煤、除灰、化水、吹灰等，不包括在吹灰等，不包括在SCS 系统中。系统中。3.4 3.4 锅炉炉膛安全监控系统（锅炉炉膛安全监控系统（FSSSFSSS）FSSSFSSS包括燃烧器控制系统（包括燃烧器控制系统（BCSBCS）和燃料安全系统）和燃料安全系统（FSSFSS）。）。l BCSBCS功能包括对油燃烧器和煤燃烧器的安全点火、功能包括对油燃烧器和煤燃烧器的安全点火、投运和切除的连续监视。投运和切除的连续监视。l FSSFSS的功能，由下列两个系统完成：炉膛吹扫；的功能，由下列两个系统完成：炉膛吹扫；燃料跳闸。燃料跳闸。 燃料跳闸包括主燃料跳闸（燃料跳闸

13、包括主燃料跳闸（MFTMFT）和）和油燃料跳闸。油燃料跳闸。 3.4.1 吹扫功能吹扫功能 在锅炉跳闸以后和重新启动时，燃料在锅炉跳闸以后和重新启动时，燃料被送入炉膛前，保证用风彻底吹扫炉膛，被送入炉膛前，保证用风彻底吹扫炉膛，并监视影响这一清扫过程的设备状态是否并监视影响这一清扫过程的设备状态是否正确，防止炉膛爆燃的发生。要求风量正确，防止炉膛爆燃的发生。要求风量 30%额定量；时间额定量；时间 5min。3.4.2 3.4.2 燃料跳闸燃料跳闸管理管理预点火预点火 吹扫完成之后，复位吹扫完成之后，复位MFT跳闸继电器，系统跳闸继电器，系统将检查投油允许条件，油总阀允许条件：将检查投油允许条

14、件，油总阀允许条件： 燃料安全功能燃料安全功能 FSSS系统连续监测锅炉运行中的某些设备系统连续监测锅炉运行中的某些设备的运行状况，当某一的运行状况，当某一MFT条件发生时，条件发生时，MFT动作，动作，送入炉膛的全部燃料即被切断，同时给出一个首送入炉膛的全部燃料即被切断，同时给出一个首出跳闸原因指示。出跳闸原因指示。 序号序号动作条件动作条件动作结果动作结果1手动MFT延时3S任意条件满足，MFT跳闸停所有给粉机关主油阀停所有排粉机，磨煤机，给煤机关所有支路油阀，退所有油枪2失去引风机两台3失去送风机两台4失去所有燃料延时3S5失去所有火焰6汽包水位高3延时3S7汽包水位低3延时3S8炉膛压

15、力高3延时3S9炉膛压力低3延时3S10冷却风失去延时300S11集汽集箱出口电动门关闭3.5 3.5 汽机紧急跳闸系统（汽机紧急跳闸系统（ETSETS）序号序号项目项目保护值保护值动作结果动作结果1手动停机任一条件动作,停机电磁阀动作，主汽门关闭，联动抽汽逆止门关，关孔板前电动门2汽轮机超速3300转3润滑油压低二值（三取二）0.04MPa4真空低二值（三取二）-0.065MPa5轴向位移大二值-0.7mm 1.4mm6发电机主保护动作 我厂的我厂的ETS功能是在功能是在DCS中实现的，中实现的，ETS系统系统共包括共包括6项跳闸保护（项跳闸保护（1#机）：机）：四、四、DEHDEH系统介绍

16、系统介绍 以微处理器为核心的以微处理器为核心的DEH控制系统，采控制系统，采集了机组的转速、功率、汽压等有关参数集了机组的转速、功率、汽压等有关参数后，经分析、鉴别和计算，输出控制信号后，经分析、鉴别和计算，输出控制信号至电液伺服阀实现信号的转换，最终通过至电液伺服阀实现信号的转换，最终通过油动机分别使高、中压主汽阀及调节阀按油动机分别使高、中压主汽阀及调节阀按要求动作。要求动作。 该系统主要由三大部分组成：电子硬件、该系统主要由三大部分组成：电子硬件、软件、液压伺服系统软件、液压伺服系统4.1 DEH4.1 DEH控制系统的组成控制系统的组成电子硬件电子硬件(DEH I/O站，操作员站，工程

17、师站，操作员站，工程师站等站等)软件软件:MACS系统软件系统软件液压伺服系统：电液转换器、液压伺服系统：电液转换器、OPC电磁阀、电磁阀、LVDT阀位反馈、测速装置等阀位反馈、测速装置等4.2 DEH4.2 DEH重要硬件介绍重要硬件介绍FM146FM146 DEH伺服放大模块与就地的液压部套（伺服阀、油动机滑阀、油动机活塞、油动机行程反馈LVDT等）配合，组成给定电压与油动机行程的伺服随动系统，实现对油动机的控制。FM163 DEH专用的测速模块，安装在控制柜中。 接收现场的汽轮机测速探头发来的电信号得到汽轮机的精确转速，同时接收油开关跳闸信号和上位机指令，从而发出快速可靠的汽轮机超速信号

18、。 转速传感器转速传感器 DEH系统采集汽轮机转速信号的传感器。信号送给FM163模块处理。作为转速控制的前置反馈量，是最重要的信号之一。LVDT位移传感器 LVDT为铁心可移动的直线型线性差动变压器。用于指示油动机活塞杆移动的位置，即油动机行程。DDV伺服阀 DDV阀将控制信号转换为与之对应的阀芯位移，以控制油口的开度，改变油动机进油量。 如图所示，DDV阀由功率放大器、控制线圈、阀芯LVDT位移传感器、永磁铁、高刚度弹簧、阀芯、壳体等组成。伺服控制信号与阀芯位移反馈信号的差，经放大、调节器处理后，由功率放大器输出激磁电流到控制线圈，产生电磁力。电磁力克服弹簧阻力，驱动阀芯移动，最终将阀芯定

19、位在控制信号指定的位置上。4.3 DEH4.3 DEH调节过程调节过程 如上图所示，电子机柜部分内的伺服板卡件输出阀位如上图所示，电子机柜部分内的伺服板卡件输出阀位控制信号给电液转换器，电液转换器把电信号转换成液压控制信号给电液转换器，电液转换器把电信号转换成液压信号，通过错油门滑阀放大液压信号，压力提升，推动油信号，通过错油门滑阀放大液压信号，压力提升，推动油动机动作到达指定阀位。由动机动作到达指定阀位。由LVDT位移传感器送回油动机位移传感器送回油动机阀位信号给伺服板，伺服板进行偏差调节后纠正阀位偏差，阀位信号给伺服板，伺服板进行偏差调节后纠正阀位偏差，形成一个闭环反馈的阀位控制系统。形成

20、一个闭环反馈的阀位控制系统。 如上图所示，压力油在经过双通滤油器后，如上图所示，压力油在经过双通滤油器后，进入到电液转换器进入到电液转换器DDV阀的阀的P油口，若油口，若DDV阀芯阀芯位置在位置在50%以上，则从以上，则从A油口产生脉动油；若油口产生脉动油；若DDV阀芯位置在阀芯位置在50%以下，则油口以下，则油口A和和T油口导通，油口导通，形成回油。形成回油。B口封闭不用。口封闭不用。 从从A油口产生的脉动油进入到错油门滑阀的油口产生的脉动油进入到错油门滑阀的下腔，与错油门反馈油口生成的脉动油汇和，脉下腔，与错油门反馈油口生成的脉动油汇和，脉动油在滑阀的下部产生一个向上的力，滑阀上顶动油在滑

21、阀的下部产生一个向上的力，滑阀上顶部分有压力油作用，他们形成了一对平衡的力，部分有压力油作用，他们形成了一对平衡的力，使错油门滑阀的阀芯浮动在错油门内腔。使错油门滑阀的阀芯浮动在错油门内腔。 以上图为例，若阀位指令信号加大，那么以上图为例，若阀位指令信号加大，那么A口开大，脉动油进油量增加，滑阀阀芯打破平衡口开大，脉动油进油量增加，滑阀阀芯打破平衡力，向上移动，此时油动机下腔进入压力油，上力，向上移动，此时油动机下腔进入压力油，上腔回油，油动机滑杆向上运行，调门开启。腔回油，油动机滑杆向上运行，调门开启。4.4 DEH4.4 DEH的主要功能的主要功能 DEH具有汽机的自动调节、参数限制、具有

22、汽机的自动调节、参数限制、保护、监视及试验等功能。保护、监视及试验等功能。 升速升速 设置目标转速后，机组可自动沿当前热状态对应的经设置目标转速后，机组可自动沿当前热状态对应的经验曲线控制高、中压调节，完成升速暖机过临界直到额定验曲线控制高、中压调节，完成升速暖机过临界直到额定定速。在升速过程中，也可通过修改目标转速，升速率、定速。在升速过程中，也可通过修改目标转速，升速率、转速保持时间等手段来控制机组的升速过程。转速保持时间等手段来控制机组的升速过程。 自动同期自动同期 汽机定速后，转速在汽机定速后，转速在300015r/min范围内范围内 ，DEH可可接受自动同期装置指令，自动将机组控制到

23、同步转速。接受自动同期装置指令，自动将机组控制到同步转速。 并网带初负荷并网带初负荷 发电机并网后，发电机并网后，DEH自动增加给定值，使发电机自动自动增加给定值，使发电机自动带上初负荷避免出现逆功率。带上初负荷避免出现逆功率。 升负荷升负荷 机组并网后，可根据需要采用阀控方式，功控方式或机组并网后，可根据需要采用阀控方式，功控方式或压控方式控制机组，完成升负荷过程。压控方式控制机组，完成升负荷过程。4.4.1 自动调节功能自动调节功能 阀控方式阀控方式 并网带初负荷后，并网带初负荷后，DEHDEH自动转为阀控方式，操作员自动转为阀控方式，操作员可通过设置目标阀位和阀位变化率或点按可通过设置目标阀位和阀位变化率或点按“阀控阀控”增、增、减按钮改变总阀位给定值，来控制调门开度。减按钮改变总阀位给定值，来控制调门开度。 功控方式功控方式 通过设置目标功率来控制机组负荷，通过设置目标功率来控制机组负荷，DEH以汽机以汽机实发功率作为反馈信号进行功率闭环控制，维持机组实发功率作为反馈信号进行功率闭环控制，维持机组负荷不变。负荷不变。 压控方式压控方式 通过设置目标压力来控制机前压力，通过设置目标压力来控制机前压力，DEH控制调控制调门开度来维持排汽压力不变。门开度