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1、第1章分散控制系统 DCS 第2章单元机组协调控制系统 CCS 第3章顺序控制系统 SCS 第4章锅炉炉膛安全监控系统 FSSS 第5章汽轮机数字电液控制系统 DEH 第6章锅炉给水泵汽轮机控制系统 MEH 第7章汽轮机监测系统 TSI 第8章紧急跳闸系统 ETS 大型机组自动控制系统 1 第1章分散控制系统 DCS 1 1 DCS概述 1 2 DCS的构成原理 1 3 DCS的特点 2 1 1 DCS概述 DCS的概念 利用计算机技术对生产过程进行集中监视 操作 管理和分散控制的一种新型控制系统 是高度发 展的 四 c 技术 即计算机一Computer 通信 Communication 控制
2、Control和CRT 阴极射 线管 Cothode ray tube 显示技术 相结合的产物 这种 新型系统采用单元组合组装方式 积木式 为综 合自动化创造成了有利条件 3 常规仪表 控制系统 集中计算机 控制系统 计算机分散 控制系统 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 难保证机组 安全经济运行 危险集中 处理信息多 负荷重 实时性差 危险分散 功能齐 全 使用 灵活 DCS的发展 1 1 DCS概述 4 1 1 DCS概述 DCS产品简介 序号系统名公司国家 1INFI 90Baily美国 2WDPFWestinghouse美国 3MOD 300ABB瑞士 4MAX
3、 1000Leed Northrup美国 5TELEPERM XPSiemens德国 6I A SeriesFoxboro美国 7HIACS5000M日立日本 5 分散控制系统 如图 控制管理级 过程控制级 数据通信系统 1 2 分散控制系统的构成 6 数 据 通 信 系 统 过 程 控 制 级 控 制 管 理 级 分散控制系统基本结构 通信接口 操作控制站 通信接口 工程师站 通信接口 管理计算机 通信接口通信接口通信接口通信接口 现场控制站现场控制站数据采集站外部系统 生 产 过 程 通信接口总线 7 宽带 控制处 理机 节点总线 站站AP 信息网 络接口 FBM FBM 开放信息 服务器
4、 现场总线 IF 载波带 64 IF 64 IF 服务器 PC PC 以太网接口 过程控制级 I A SERIES 系统网络结构简图 64 8 过程控制级 PCU 过程控制级 是指直接与生产过程相连接 承担信号的输入 运算处理 控制量输出的设备 种类 闭环控制站 构成直接数字控制系统 数据采集站 承担数据采集功能 现场控制站的组成 其中至少要有一个以cpu为核心的控制器 模件 通过内部总线与其它过程接口模 件以及通信接口模件构成一个整体 9 组态调整 输入通道 输出通道 CPU 存储器 通信接口 端 子 板 生 产 过 程 内部 总线 通信网络 现场控制站基本结构 10 控制管理级 控制管理级
5、 用以实现系统的集中显示 操作与 管理 构成控制管理级的主要设备 包括有操作控制站 工程师站 和通信设备等 必要时还可以设置用于系统管理和计算的管 理计算机 上位机 操作控制站 由一台功能较强的主机 CRT显示器 键盘 打印 机 拷贝机等设备组成 如图 工程师站 具有操作控制站的部分功能 主要用于对控制系 统进行组态 参数调整和系统维护等任务 11 CRT显示板 键盘CRT 打印机 硬盘 软盘 内部总线 CPU板内存板通信板 通信总线 操作控制站结构框图 12 数据通信系统 数据通信系统 是把过程控制级与控制管理级连在一 起的桥梁 同时也是分散控制系统的中枢神经 数据通信的传输介质 是一条采用
6、双绞线或同轴电缆 构成的高速通信线路 也称为数据高速公路 DHW 常用的网络结构 有星形 环形和总线形三种 除此 之外还有树形结构 网形结构以及三种基本结构为基 础的复合形结构 13 1 网络结构 星形网络结构 主站 从站 从站从站 从站 14 结构功能 在网络中的各站有主 从之分 任何两个站之间 的通信都必须通过主站 主站集中来自各从站的信息 按照一定的通信控制策略 把信息转发给相应的个 站 特点 星型网络结构属于中型网络 主从站之间的链路是专用的 传输效率较高 从站设备比较简单 可靠性较低 如果主站出现故障 将影响整个网络的通信 应用 美国L N公司的MAX 1000系统 15 总线形网络
7、结构 站站 站站 通信总线 16 结构功能 是以一条开环的无源通信电缆作为数据高速公路 所有的站都通过相应的硬件接口挂到总线上 各站的功 能可以有主从之分 也可以不分主从站 特点 网络结构简单 易于扩展 可靠性高 某个站的故障 不 致影响其它站的工作 无主站方式 易于通信线路冗余 安装费用较低 应用 西屋公司的WDPF系统 Honeywell公司的TDC 3000等 17 环路网络结构 工程师站操作员控制站 PCU PCUPCU 环路网络 18 结构功能 各个站都通过各自的接口电路挂到一个首尾相连的 环形总线上 各个站平等地行使通信控制权 信息在网 上的传递总是从始发站出发 经过诸站 直至回到
8、始发 站 网上的每个站都要承担信息的接收 放大 再传送 的任务 当出现故障 能自动旁路信息 而不影响信息 的传递 特点 硬软件相对复杂 便于实现高可靠性的通信 易于设置冗于的通信线路 但扩展性能不如总线方便 应用 Bailey公司的INFI 90系统 19 2 数据传输控制技术 查询式 适用于具有主站的网络结构 所有通信在主站统一指挥下进行 各结点之间没有冲突 20 广播式 适用于总线型和环形网络结构 自由竞争式 竞争发送 载体监听 冲突后退 再试重 发 总线 通行标记式 即令牌式 环形 时间分槽式 WDPF 21 存储转发式 是一种允许网上所有站都能同时发送和接收信息的方式 适合于环形网络结
9、构 22 1 硬件积木化 2 系统分散化 功能 3 软件模块化 4 系统功能综合化 可构成各种控制系统 5 高可靠性 结构可靠 元器件可靠 部件级可靠 冗余技术 6 维护使用方便 自检功能 1 3 分散控制系统的特点 23 第二章 单元机组协调控制系统 ccs COORDINATION CONTROL SYSTEM 2 1 概述 一 CCS的概念 二 CCS的基本结构 三 CCS的特点 2 2 CCS的负荷主控系统 2 3 基础控制系统 24 基本概念 通过控制回路协调锅炉和汽机的工作状态 同 时给锅炉和汽机调节系统发出指令 以达到快速响应负 荷变化的需求 尽最大可能发挥机组的调频 调峰能力又
10、 稳定运行参数两方面的要求 基本结构 两级递阶控制结构 上位的协调控制级 下 位的基本控制级 一 CCS的概念 2 1 概述 25 二 CCS的基本结构 如图 26 上位控制级 作用 CCS的上位控制级 也称为单元机组主控系统 是 整个系统的核心部分 用于产生指挥机 炉各局部控制子 系统动作的锅炉主控制指令 NB 和汽轮机主控制指令 NT 组成 负荷指令管理中心 机炉主控制器 27 负荷指令管理中心 在不同的协调控制系统中 负荷指令管理中心的结 构和具体处理方式有一定的差异 然而其基本出发点是 考虑对机组输出功率要求和机组实际能力两方面的因素 而且两者之间取其小值 同时又要考虑到对负荷变化 速
11、率的限制 还可能存在一些原因不明确的因素影响到 机组的输出功率 这些因素可以间接地通过燃烧率偏差 等参数反映出来 最后还要限定其最小和最大负荷的范 围 最终形成机组的实际负荷指令 实际输出功率给定值 28 机 炉主控制器 机 炉主控制器接受负荷管理中心给出的实际负荷指 令N 并根据机组的情况和运行要求 选用合理的负荷控 制方式 如手动方式 炉跟机方式 机跟炉方式 以炉跟 机为基础的协调控制方式 以机跟炉为基础的协调控制方 式等 产生对锅炉的负荷指令 NB 和对汽轮机的负荷指令 NT 送至锅炉和汽机局部控制回路执行 29 下位控制级 也称为局部控制子系统 是整个单元机组协调控制系统 的基础 主要
12、作用是执行主控制系统的指令 完成指令的局 部控制任务 包括以下相关控制系统 锅炉负荷 燃烧 控制系统 燃料控制 磨煤机控制 风量控制 给水控制系统 蒸汽温度控制系统 过热汽温控制 再热汽温控制 30 其它控制系统 辅助控制系统 空预器冷端温度控制系统 被调量 空预器冷端的烟气温度和它进口冷风温 度测量值的平均值 调节手段 调节送风机进口热风再循环挡板 除氧器水位控制系统 被调量 除氧器水位 给水流量 凝结水流量 调节手段 凝结水流量控制阀 除氧器压力控制系统 被调量 除氧器压力 调节手段 辅助蒸汽流量控制阀 31 凝汽器水位控制系统 辅助蒸汽控制系统 汽机辅助控制系统 润滑油温度控制系统 汽机
13、 EHC 油温度控制等 32 三 单元机组协调控制系统的特点 系统结构先进 采用了递阶控制结构 在局部控制级的基础上引入了机 炉协调级 把锅炉 汽轮发电机组作为一个整体进行控制 机炉协调控制器是一个多变量控制器 控制器设汁主要采用 了前馈 反馈 补偿以及变结构控制等技术 并充分地利用 了机炉动态特性方面的特点 克服系统内部耦合和非线性特 性 获得优良的控制品质 同时 又保留了控制器结构简单 易于工程实现和参数整定 便于操作 维护等优点 并能直 接接收电网自动调度系统指令 为实现电网级自动调度和协 调控制奠定了基础 33 系统功能完善 除了在正常工况下的连续调节功能之外 系统还设 汁有一整套逻辑
14、控制系统 包括实际功率给定逻辑 局 部故障处理逻辑 运行方式切换逻辑 以及显示报警 监督管理等功能 系统可根据实际需要和设备状况 选 择不同的运行方式 比如机跟炉 炉跟机 机炉协调方 式 定压运行或滑压运行方式 固定功率输出或可调功 率方式 调频或非调频方式等 适应不同运行工况对控 制功能的要求 34 系统可靠性高 通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施 可获得很高的系统可靠性 比如 当主机或辅机设备故 障时 可自动改变控制方式 对实际功率指令的幅值和 变化速率进行改变 并通过相应的联锁保护 报警显示 等措施 保证机组在安全范围内运行 并维持最佳的工 况 35 2 2 CCS主控系统 组成
15、 负荷指令管理系统 机炉主控制器 作用 产生指挥机 炉各局部控制子系统动作的锅炉主控 制指令 NB 和汽轮机主控制指令 NT 36 37 一 负荷指令管理系统 主要功能 根据电网调度中心的要求负荷指令或 运行人员改变负荷指令 电网调频指令以及机组 主 辅机运行情况处理成适当的适合于机组运行状态 的 单元机组负荷指令ULD unit load demand 或 实 际负荷指令ALD actual load demand 如图所示 38 39 具体功能 正常情况下 由ADS或运行人员变动负荷 并经速率限 制 最大最小负荷限制回路运算后产生机组负荷指令ULD 变负荷速率限制的手动设定 正常情况下参与
16、电网调频 f 校正 机组最大 最小负荷手动设定 负荷返回 RB 快速负荷切断 FCB 迫升 迫降 RU RD 以及主燃料跳闸 MFT 时 机组负荷指令 跟踪锅炉实际负荷指令 机组负荷指令ULD的增 减闭锁 BI BD 40 构成 负荷指令运算回路和负荷指令限制回路 负荷指令运算回路 作用 根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的形成方式 考虑到汽机等主要设备的热应力变化的要求和机组负荷的 跟踪能力 对目标负荷指令信号进行适当的变化率限制 对机组参加电网调频所需负荷指令信号的幅值及调频范围 作出规定 41 方案 如图 42 通过切换器T1可以选择电网中心调度所的ADS指令或机 组就地设定的负荷指令 由信号发生器A产生 所选中 的目标负荷指令经变化率限制器送至加法器 变化率限制值可以手动设定 或由汽轮机热应力信号自 动设定 也可由其它对目标负荷指令的变化有充分要求的 因素设定 当目标负荷指令的变化率小于设定值时 变化 率限制器不起作用 只有当变化率大于设定值时才对它实 行限制 使之等于设定值 函数发生器f x 用来规定调频范围和调频特性 其特性 相当于失灵区和限幅环节特性的结合 函数发生器的斜
