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1、仪表及控制专业,第二课：热控控制系统简介,编写：贾琎,中节能（合肥）可再生能源有限公司 技术设备部,目 录,1、控制系统简介,2、MCS系统简介,3、控制系统的应用,4、热工保护与联锁,3,热控控制系统简介,之,控制系统简介,什么是过程控制？,工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。过程控制也称实时控制，是计算机及时的采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制和自动调节，如数控机床和生产流水线的控制等。,现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及各公司间的激烈竞争，人工操作和一般的控制远远不能满足现代
2、化生产的要求，工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，它是保证现代企业安全、优化、低耗和高效生产的主要技术手段。,控制系统简介,显示单元,给定,单元组合仪表的构成,这是一个单元组合仪表构成的简单控制系统。图中控制对象代表生产过程中的某个环节，控制对象输出的被控变量（T P L F等），经变送、转换成相应的信号，送显示、记录、调节与给定单元来的给定值进行比较，将偏差值进行一定运算后，发出信号控制执行单元的动作，将阀门开大或关小，改变控制量，直到被控变量与给定值相等。,概述,控制系统简介,图中，检测变送器检测到水位高低，当水为高度与正常给定水位之间出现偏差时，调节器就会立刻根据偏差的大小
3、去控制给水阀，使水位回到给定值上。从而实现水位的自动控制。,详解,FC,流量控制系统,图中，控制目标是保持流量恒定。当管道其他部分阻力发生变化或有其他扰动时，流量将偏离设定值。利用孔板作为检测元件，把孔板上、下游的差压接至差压变送器，将流量信号送至调节器与给定值进行比较，流量控制器根据偏差信号进行运算后将控制命令送至控制阀，改变阀门开度，就调整了管道中流体的阻力，从而影响了流量，使流量维持在设定值。,控制系统简介,给定值,自控系统由被控对象、检测元件、控制器和调节阀四部分组成。组成方框图如下：,控制系统中常用名词术语：,、被控对象：需要实现控制的生产设备或生产过程装置，称为被控对象。,、被控变
4、量：对象需要控制的变量，也就是说对象要求保持设定值的物理量，称为被控变量。,、操纵变量：受控制器操纵，用以使被控变量保持给定值的物料量或能量，称为操纵变量。,、干 扰：除操纵变量以外作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰。,、设定 值：被控变量的目标值，称为设定值。,、偏差：偏差理论上应该是指被控变量的设定值与实际值之差，但是能够直接获取的是被控变量的测量值，而不是实际值，因此也称为给定值与测量值之差，称为偏差。,控制系统简介,由于控制技术的广泛应用以及控制理论的发展，使得控制系统具有各种各样的形式，但总的来说分为两大类，即开环和闭环控制系统。,开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有
5、顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。,开环控制系统,系统的输出（被控变量）通过测量、变送环节，又返回到系统的输入端，与给定信号比较，以偏差的形式进入控制器，对系统起控制作用，整个系统构成一个封闭的反馈回路，这种控制系统统称为闭环控制系统或反馈控制系统。,闭环控制系统,总结,什么是开环与闭环？,开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例：打开灯的开关按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮篮球出手后就无法再继续对其控
6、制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一个没有反馈环节,闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制,区别,1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断馈环节,开环控制系统举例,投篮方框流程图,大脑,控制信号,手臂,肢体,篮球,控制量,篮球落点,闭环控制系统举例
7、,加热炉的温度自动控制系统,执行器（加热器）,闭环控制系统举例,执行器（加热器）,其他闭环控制系统应用实例,常见的开环控制系统,执行器（加热器）,常见的闭环控制系统,执行器（加热器）,执行器（加热器）,复杂控制系统,按控制系统的结构特征分类，控制系统所谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多参数具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上调节阀组成的多回路的自控系统，称之为复杂控制系统。,目前常用的复杂控制系统有串级、比值、前馈、选择、分程及三冲量等。并且随着生产需要和科学技术的进步，又出现了许多新型的控制系统。这里我们讲讲串级与三冲量控制系统,一、串级控制系统 串级控制系统的特点：两个调节相串联
8、，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象。,串级控制系统的特点：1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较强的克服能力；2)、可以改善对象特性，提高工作效率；3)、可消除调节阀等非线性的影响；4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。,执行器（加热器）,串级控制系统,举个例子,上图是个加热炉炉温的单回路控制系统。当负荷变化而引起炉温改变时，经温度传感器、PID调节器和调节阀V构成的控制系统，改变燃油量Q以平衡负荷的变化，而使炉温保持不变。但如果燃油的进口压力波动较大且波动频繁时，将会引起炉温的大幅度变化，为克服燃油压力波动带来的干扰，可以先构建一个燃油量的控制系统来消除油
9、压的波动，而把炉温温控仪（单回路PID控制器）的输出作为流量调节器（外给定调节器）Q的给定值，形成回路，使流量调节器按炉温控制的需要而工作，构成了串级控制系统。,执行器（加热器）,串级控制系统,举个例子,从方框图中可看出：“主调输出送副调，副调主调信号串”。所谓串级控制，就是用两个PID调节器串联在一起进行控制，主调（单回路PID调节器）的输出作为副调（外给定调节器）的给定，这也是串级控制系统名称的来历。,串级系统有何难？主副回路内外环； 主调输出送副调，副调主调信号串； 副环粗调动作快，主环细调严把关； 主副调节协调好，调节品质超简单。,口诀：,执行器（加热器）,串级控制系统,举个例子,串级
10、控制系统中副回路因为在主回路之内，所以称为副环，主回路则称为外环，这就是口诀中的：“主、副回路内外环”。其中主回路是由主变送器、主控制器、执行器、主对象构成的一个闭合回路，也就是副回路反馈断开后的整个回路。副回路是由副变送器、副控制器、执行器、副对象构成的闭合回路。这样就有了主、副参数之分，主参数就是在串级控制系统中起主导作用的被调参数，即生产中的重要工艺指标。而副参数就是影响主参数的主要变量或者是为了满足某种关系的需要而引人的中间变量。这样根据主、副参数也就可以确定系统的主、副对象及相应的主副变送器了。,三冲量控制系统,二、三冲量控制系统,根据汽包水位，给水流量，蒸汽流量三个冲量经过PID计
11、算来调节给水阀门开度，从而达到自动控制给水流量的目的。一般来说，三冲量调节是针对汽包调节的，其三个冲量分别是汽包液位，给水流量和蒸汽流量。,从结构上来说，三冲量调节实际上是一个带 的串级控制系统。液位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制系统。汽包液位是主变量，给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力（流量）的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的信号作为前馈信号引入。因为蒸汽流动的波动是引起汽包液位变化的一个因素，是干扰作用，蒸汽流动波动时，通过测量引入FC，使给水流量作相应的变化，所以这是按干扰量进行控制的 ，是前馈作用。,例如：要求将手伸至某一目标物，脑发出神经冲动指令一定的肌群收缩，同
12、时又通过前馈机制，使这些肌肉的收缩活动能适时地受到一定的制约，因而手不会达不到目标物，也不致伸得过远，整个动作能完成的很准确。在这种调控过程中，前馈控制和反馈控制又是常常互相配合的。例如在脑指挥肌肉活动的过程中，肌肉和关节中的感受器将肌肉活动的信息反馈到脑，因此，脑可以对肌肉实际活动的情况与原先设计的动作要求之间的偏差进行分析，再对前馈信号进行调整，在以后再指令作同样的动作时，发出的前馈信号就更加准确，是完成动作能更接近设计的要求,前馈信号,21,热控控制系统简介,之,MCS系统简介,MCS包括从电网负荷要求改变到锅炉、汽轮机根据自身的能力适应负荷要求的所有自动控制系统。,什么叫MCS？,MC
13、S系统概述,模拟量控制系统一般称为MCS。,一般情况下，我们可以认为MCS是包括了除DEH与旁路控制系统以外的所有自动控制系统。,什么叫SCS？,顺序控制系统（sequence control system） 按照生产过程工艺要求预先拟定的顺序，有计划、有步骤、自动地对生产过程进行一系列操作的系统，称之为顺序控制系统。顺序控制也称程序控制，在发电厂中主要用于主机或辅机的自动启停程序控制，以及辅助系统的程序控制。,什么叫DAS？,数据采集系统（data acquisition system） 又称为计算机监控系统，其基本功能是对机组整个生产过程参数进行在线检测，经处理运算后以CRT画面形式提供给
14、运行人员。该系统可进行自动报警，制表打印，性能指标计算，事件顺序记录，历史数据存储以及操作指导等。,执行器（加热器）,电厂生产过程的MCS控制,电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机运转，并带动发电机发电。所以火力发电生产过程的控制大致包括三部分：锅炉控制、汽机控制和两者的协调控制。,一、锅炉控制锅炉是全厂重要的动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使锅炉产汽量负荷的要求。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须等严格控制。锅炉是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。
15、,负荷,给水量,减温水,燃烧量,送风量,引风量,水位,蒸汽温度,蒸汽压力,过剩空气,炉膛负压,锅炉对象简图,锅炉,这些变量之间是相互关联的。如蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水的变化不仅影响汽包液位、蒸汽压力、过热蒸汽温度等；所以锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的被控对象，目前一般将锅炉设备控制划为几个控制系统。主要有锅炉汽包水位的控制、锅炉燃烧系统的控制、过热蒸汽系统的控制。,锅炉MCS控制,合肥垃圾发电2#锅炉总画面,锅炉MCS控制,1、锅炉汽包水位的控制：被控变
16、量是汽包水位，操纵变量是给水流量。它主要考虑汽包内的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉、汽机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。2、锅炉燃烧系统的控制：其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控对象）；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最经济燃烧（常以烟气成分为被控对象），提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。为了达到上述三个控制目的，控制手段也有三个，即燃料量、送风量、引风量。3、过热蒸汽系统的控制；维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管
17、壁温度不超过允许工作温度。被控变量一般是过热器出口温度。操纵变量是减温器的喷水量。,锅炉MCS控制汽包水位控制,汽包水位是锅炉运行的主要指标。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；水位过高会影响汽包内的汽水分离，产生蒸汽带液现象，对后续的汽机和其它设备均有影响，给安全、经济运行带来一定程度的影响。,1,2,3,汽包水位的动态特性,蒸汽负荷（蒸汽流量）对水位的影响，在燃烧量不变的情况下，蒸汽用量突然增加，瞬时必然导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整
18、个水位抬高，形成虚假的水位上升，即所谓的假水位现象。tip:假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸汽量等有关，在设计控制方案时必须注意。,给水流量对水位的影响，由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，所以给水量变化后，使汽包中气泡含量减少，导致水位下降。即当突然加大给水量后，汽包水位一开始不立即增加，而要呈现一段起始惯性段。,锅炉排污、吹灰等对水位也有影响；锅炉排污直接自汽包里放水，吹灰时使用锅炉自身的蒸汽，这些都是短时间负荷的扰动。,锅炉MCS控制汽包水位冲量控制系统,这是一个典型的单回路控制系统。当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于假水位现象，控制器不但不能开大给水量，以维持锅炉的物料平衡，而是关小
19、调节阀的开度，减少给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减小，使水位严重下将，波动很厉害。因此对于停留时间短、负荷变动较大的情况，这样的系统不能适应，水位难以保证。这样的系统对于一些小的锅炉，配上一些联锁保护系统也可以满足安全操作。,单冲量控制系统,双冲量控制系统,给水,在汽包水位的控制中，最主要的扰动是负荷的变化。如果根据蒸汽流量来校正，就可以纠正假液位引起的误动作，而且能十分及时起到控制作用，从而减少了水位的波动，改善了控制品质。将蒸汽流量信号引入，就构成双从量控制系统。这也是一个前馈加单回路反馈控制的复合控制系统。,锅炉MCS控制汽包水位冲量控制系统,三冲量控制系统,双冲量
20、控制系统的缺点在三冲量控制系统里都得到了克服，就是对于给水的扰动不能克服，这里把给水流量也引入到控制回路里，构成三冲量控制系统，这是前馈与串级控制组成的复合控制系统。,锅炉MCS控制燃烧控制系统,1,2,3,燃烧控制系统的任务,主蒸汽压力的变化反映了锅炉生产的蒸汽量和汽机消耗的蒸汽量相适应的程度。为此须设置蒸汽压力控制系统。当负荷变化时，通过控制燃料量使蒸汽压力稳定。,当燃料量改变时，必须相应地控制送风量，以保证燃烧过程的经济性。,炉膛压力的高低关系着锅炉的安全经济运行。燃烧控制系统必须使引风量（烟气量）与送风量相配合以保证炉膛压力为一定值。,锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料所产生的热量能够
21、适应锅炉的需要，同时还要保证锅炉的安全经济运行。燃烧控制的具体内容及控制系统的设计因燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式不同而有所区别，但大体来看都要完成以下几个方面任务。,锅炉MCS控制燃烧控制系统,P1C是蒸汽压力控制器，它的输出同时去改变燃料量控制器F1C和进风量控制器F2C的设定值，使燃料量和进风量成比例变化。氧含量控制器AC的输出作为乘法器的一路输入，它可以起到修改燃空比的作用。P2为炉膛负压控制器，其为一般的单回路控制既能满足要求,汽轮机MCS系统,二、汽轮机监控任务,1、自动检测目前大型汽轮机的自动检测项目包括；主汽的压力，温度，真空度，抽汽压力，润滑油压，转速，转子轴
22、向位移，转子与汽缸相对膨胀，汽轮发电机组轴震，瓦震，汽轮机内外缸和轴承金属温度，推力瓦温度等。,2、自动保护汽轮机是处在高温高压下工作的高转速的机械，为了在故障下保护设备的安全，需要有完善的自动保护装置。当汽机的运行参数超出正常范围时，自动保护装置将要根据情况及时动作，发出报警或自动采取一定措施。目前自动保护装置主要有；超速保护、低油压保护、轴向位移保护、膨胀保护、振动保护等。,3、自动控制对于电力用户要求汽轮发电设备能提供足够数量的电力和保证供电的质量。供电的频率是供电质量的主要指标之一，要保证供电的频率，就要求汽机要有高性能的转速自动控制系统。,之,控制系统的应用,热控控制系统简介,合肥生
23、活垃圾焚烧发电项目,DCS控制系统,中控室DCS操作员站,DCS过程控制站,DCS工程师站,现场生产设备,为什么DCS能得到如此广泛的应用呢？,主观上，基于生产过程控制的需要：生产过程的大规模化、复杂化,客观上，信息技术发展的技术条件：处理能力大幅提高,集散控制系统的含义,DCS 的 发 展 背 景,计算机过程控制系统是一种DCS -Distribute Control System（分布式控制系统）集中管理分散控制系统。 简称：集散控制系统 采用危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，适应现代化的生产过程控制要求。,DCS是4C技术发展的产物。,计算
24、机（Computer)通信(Communication)CRT显示控制（ Control） 它解决了原有集中控制系统(CCS)危险集中和常规仪表控制功能单一的局限性。,集散控制系统,我们先以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS的应用过程：,我们可以把上述过程引申如下：,DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是以微处理机为基础，按系统概念设计，具有控制功能分散，监视操作集中的新型数字控制系统。其中心思想是把大量的信息处理和功能控制等任务，分散给各个微处理机来完成，即把一个庞大的监控任务分配任务配给各个承担不同控
25、制要求的微处理机来执行，通过数据通信网来实现监控任务及信息管理。,什么是DCS,DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。,DCS的特点？,总体上我们可以称之为,三点一线,三点：面向过程的现场站（PS）， 面向操作人员的操作站（OS）， 面向DCS监督管理人员的工程师站（ES）,一线：DCS骨架计算机网络,DCS的基本组成结构,我公司采用了和
26、利时自动化公司的HOLLiASMACS系统,1,HOLLiASMACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。,|,2,HOLLiASMACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。,|,3,HOLLiASMACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件； 现场控制器运行软件；服务器软件等。,|,系统中的
27、“站“,是系统结构中的一个组成环节是物理上的一套独立设备是网络中的一个通信节点在系统功能中完成某一类特定的处理任务,01,工程师站,02,操作员站,03,通讯站,04,服务站,05,现场控制站,01,工程师站,工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：,1.组态：是为实现系统对生产过程自动控制的目的，使用软件完成工程中某一具体任务的过程。组态工具包括：设备组态、数据库组态、控制算法组态、图形组态、报表组态。2.下装：是通过将组态完成的工程文件下传到系统各站的过程。下装包括：下装到服务器、下装到操作员站、下装到现场控制站。在工程师站上运行操作员站实时监
28、控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。,操作员站,操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：,各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。,02,通讯站,和其他设备通讯,通信站作为DCS系统与其他系统的通信接口，可以连接企业的ERP系统和实时信息系统RealMIS，或者接入Internet/Intranet/Extranet。理论上全厂的各个部门可以掌握更多的生产信息，从而为
29、最终用户提供更多的产品和更好的服务。它不仅提供了对生产过程、人员、设备和资源的管理，还可以帮助寻找出现问题的原因和生产过程的瓶颈。,03,04,服务站,服务站运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。,1、计算2、实时数据和历史数据3、文件存取,05,现场控制站,现场控制站运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。现场控制站主要运行工程师站锁下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。,1、信号采集和输出2、数据转换3、控制运算,用于DCS的计算机网络在很多方面不同于通用的计算机网络。它是一个实时网络，即网络需要现场通讯实时性的要求，在确定的时限内完
30、成信息的传送。这里所说的“确定”的时限是指，无论在何种情况下，信息传送都能在这个时限内完成，而这个时限则是根据被控制过程的实时性要求确定的。,星形网络结构,1,总线形网络结构,2,3,环形网络结构,1、监控网络MNET2、系统网络SNET3、控制网络CNET,网络的分类,监控网络实现了工程师站、操作员站、现场控制站之间的数据通讯。通过监控网络，工程师站可以把控制算法程序下装到现场控制站主控单元上，同时工程师站和操作员站也可以从主控单元上采集实时数据，用于人机界面上数据的显示。,监控网络MNET,1、冗余高速以太链路2、使用五类屏蔽双绞线或光线将各个通讯节点连接到中心交换机上3、节点有工程师站、
31、操作员站、现场控制站4、采用TCP/IP协议,系统网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有服务站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议。,系统网络SNET,控制网络位于现场控制站内部，主控单元和智能I/O单元都连接在Profibus-DP现场总线上，采用带屏蔽的双绞铜线（串行总线）进行连接，具有很强的抗干扰能力。 该网络中的通讯节点主要有DP主站（主控单元中的FB121模件）和DP从站(智能I/O单元FM系列的输入/输出模件)。利用总线技术实现主控单元和过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送，
32、并且通过添加DP重复器模件，可以实现远距离通讯，或者连接更多的智能I/O单元。,控制网络CNET,PLC即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（IEC）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”,PLC最基本、最广泛的应用
33、领域是取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化控制。,PLC的特点 1可靠性高，抗干扰能力强2配套齐全，功能完善，适用性强 3易学易用，深受工程技术人员欢迎 4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造5体积小，重量轻，能耗低,PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。,PLC编程界面,DCS与PLC有何不同？,DCS是一
34、种“分散式控制系统”，而 PLC只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。,DCS网络是整个系统的中枢神经，DCS系统通常采用的国际标准协议 TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。而 PLC因为基本上都为单个小系统工作，在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。,DCS系统所有 I/O模块都带有 CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换元，没有智能芯片，故障后相
35、应单元全部瘫痪。,模拟量大于100个点以上的，一般采用DCS；模拟量在100个点以内的，一般采用PLC。,1.主液压系统,1.1概述 液压系统作用是驱动料斗门、给料器、炉排和捞渣机等。 所需的液压阀已安装在液压动力单元内，油缸、电机、泵和接线盒集成在液压单元内。液压系统包括两个用于料斗门的液压缸， 十个用于炉排的 液压缸，和一个用于捞渣机的液压缸，相应的 管道从液压单元中接出。,1.2液压系统控制功能简介 1.2.1油箱的作用是向主泵和循环泵输送液压介质。油箱上装有两个电动泵装置，一用一备；这两个电动装置均配有一个自动开关，该开关会在电气故障或压力下降时打开；,1.2.2每个主泵都会与一个压力
36、过滤器相连，其作用是保护系统内的阀门和易耗品。1.2.3油箱上有一个油水循环的独立式循环泵，其作用是连续不断的过滤介质，防止液压介质温度过高；该循环单元可独立于主泵运行，当液压单元在自动模式下运行时，循环单元应始终运行。 1.2.4主泵带有远程控制的压力控制器，其正常运行时工作压力为135bar，在120bar时，系统会显示单元泵压力小于最小值报警，在85bar时会跳转到备用泵。主泵只在油箱液位传感器在最低油位之上，保证油箱有足够油时才能启动泵。 由于压力控制器作用，油泵在“无压力”（大约20bar）、“工作压力”（大约135bar）和“增压压力”（大约200bar）之间切换。 泵在零压力下启
37、动，泵会在短时间内以最大设定流量和压力下运行，可能会导致电机故障（最坏情况下），因此初次启动要在“无压力”（大约20bar）进行，电机运行后，与泵相连的三位四通电磁阀将会在10秒后从起始位置切换到135bar的工作位置。 此外还有一个阀门保护泵不超过压力限值（设定为200bar）仅当泵压力控制器失灵时，最大压力安全装置才会激活。,1.3液压系统启动条件说明1.3.1温度控制当打开液压装置电源时，首先会询问最低液压油温度是达到10，如果未达到温度，系统不会释放比例阀的开启指令，主泵会将液压油加热至10，当油温大于10，释放启动指令。 当油温达到45，旁通阀会朝向冷却器方向打开；油温达到55时，旁
38、通阀会朝向冷却器方向完全打开 ，60触发报，70时保护关闭整个系统。1.3.2液位控制 邮箱内油位实时监控，在运行过程中，当低于最低液位时，会 触发报警，同时会停主油泵。压力过滤器和循环泵过滤器，在运行时有信号，将会在2S后切换同时发堵塞报警。,自动焚烧控制的问题？,作为燃料的垃圾具有极其多样性的特点,垃圾热值的不同,垃圾的密度差异,多种垃圾点燃和燃尽情况,保持锅炉所需要的负载（稳定的蒸汽流量）,炉排系统热应力最小化,烟气和炉渣高燃尽率,烟气中恒定的含氧量,资源消耗量低,自动焚烧控制的目标：,ACC 的基本控制对象主要是焚烧炉和一、二次风机。对焚烧炉的控制是通过对其关键设备炉排及推料器的控制，
39、而推料器和炉排是通过巴高克集成的液压站系统，由比例调节液压控制阀控制液压缸运动，我公司采用的是国产和利时DCS系统，通过DP通信，对现场液压站控制系统的PLC发出指令，来实现对各液压缸得过程控制。,燃烧控制的因素有：过热蒸汽温度、压力，汽包水位监控；给料器和炉排速度控制；烟气在850温度和2s停留时间的监控；炉膛负压控制；省煤器出口温度控制；烟气含氧量控制等。,小火焰,一次风/蒸汽量的比值高,大火焰,一次风/蒸汽量的比值低,控制变量,总一次风和蒸汽质量流量比值的计算值,控制值（控制器输出值）,推料器速度控制器设定值和炉排速度控制器设定值（乘以每段炉排速度因子得出）,特别指出的一点,设定值 等于
40、燃尽温度控制器的输出值,界面,界面,对炉排式垃圾焚烧炉的自动燃烧控制系统的基本要求是：从炉排下方分区向炉排上方面的一次燃烧室供给一次空气，与由推料器供给的垃圾进行燃烧过程。其中炉排有干燥段、燃烧段和燃尽段组成。在干燥段，利用干燥炉排下灰斗供给的一次空气与来自燃烧室高温烟气的辐射热经行干燥加热，使垃圾水分和挥发分蒸发，放出一氧化碳和碳化氢等还原气体。在燃烧段，利用燃烧炉排下灰斗供给的一次空气与垃圾进行氧化反应，并在燃烧段下游端部达到燃尽点。在燃尽段，利用燃尽段炉排下灰斗供给的一次空气，使垃圾含碳量达到规定的3%-5%。从燃烧室上方的二次燃烧室进口部位供入二次空气对一次燃烧室内未完全燃烧的气体挥发
41、分与未燃烧的固态悬浮物进行二次燃烧。产生的高温烟气进入余热锅炉，与其对流受热面进行热交换。,在此燃烧过程中，首先设定日或小时垃圾处理量，根据不同季节的设计垃圾特性计算出余热锅炉的蒸发量，燃烧空气量，并设定一、二次空气量和烟气含氧量，从蒸发量的设定值计算出基准炉排速度和基准一次空气量，根据基准炉排速度计算值控制推料器与炉排的垃圾进料速度；并根据基准一次空气量计算值控制一次空气量。另外，从烟气含氧量设定值计算出基准二次空气量，根据二次空气量计算值控制二次空气量。由以上原理，控制余热锅炉蒸发量保持稳定，并实现垃圾自动燃烧。,总结,汽轮机为什么必需具备自动调节系统？,1、电能不能大量储存，火电厂发出的
42、电力必须随时满足用户要求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。2、数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户要求来调整发电大小，以满足用户要求。3、供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通过变压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转速低则频率低。 因此汽轮机必须具备调速系统，以保证汽轮发电机组根据用户要求，供给所需电力，并保 证电网频率稳定在一定范围之内。PS：电厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出大事故。,
43、什么叫DEH？,数字电液控制系统（DEH）：随着计算机技术的发展及其在自动化领域中的应用， 20世纪80年代，出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统（Digital Electric Hydraulic Control System, DEH）,简称数字电调。,DEH系统的主要功能？,汽轮机转速控制；自动同期控制；负荷控制；参与一次调频；机、炉协调控制；快速减负荷；主汽压控制；单阀控制、多阀解耦控制；阀门试验；轮机程控启动；OPC控制；甩负荷及失磁工况控制；双机容错；与DCS系统实现数据共享；手动控制。,505/505E是以微处理器为基础的调速器，适用于单执行机构或双执行机构的汽轮机
44、控制。调速器采用菜单驱动软件以引导现场工程师根据具体的发电机或机械驱动应用要求对调速器进行编程组态。,505/505E电子调节器比一般液压系统控制精度高，自动化水平大大提高，热电负荷自整性也高，它能实现升速（手动或自动），配合电气并网，负荷控制（阀位控制或功频控制），抽汽热负荷控制及其它辅助控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等。能使汽轮机适应各种工况并长期安全运行。,505简介,并网前在升速过程中，转速闭环为无差控制，505/505E控制器将测量的机组实际和给定转速的偏差信号经软件分析处理及PID运算后输出标准电流信号给电液转换器，电液转换器接受调节器输出的标准电流信号，输出
45、与输入电流信号相对应的调节信号油压。调节信号油压经液压伺服机构放大，控制油动机活塞移动，通过调节杠杆，改变调节汽阀的开度，调节汽轮机高压段、低压段的进汽量。从而减少转速偏差，达到转速无差控制，当转速达到3000r/min，机组可根据需要定速运行，此时505/505E可接受自动准同期装置发出的或运行人员手动操作指令，调整机组实现同步，以便并网。,机组并网后，如果采用功率闭环控制，可根据需要决定505/505E使机组立即带上初负荷，DEH实测机组功率和机组转速作为反馈信号，转速偏差作为一次调频信号对给定功率进行修正，功率给定与功率反馈比较后，经PID运算和功率放大后，通过电液转换器和油动机控制调节
46、阀门开度来消除偏差信号，对机组功率实现无差调节，若功率不反馈，则以阀位控制方式运行，即通过增加转速设定，开大调节汽阀，增加进汽量达到增加负荷的目的。在甩负荷时，505/505E自动将负荷调节切换到转速调节方式。机组容量较小时建议可不采用功率闭环控制。,基本原理,在机组带上一定电负荷后可根据需要带热负荷，投入抽汽控制。505/505E控制器根据机组工况图对机组电负荷及抽汽压力进行自整控制。,505/505E系统的基本自动控制功能是汽轮机的转速控制和负荷（热电负荷）控制功能。负荷控制是通过提高转速设定完成的，同时它也具有其它辅助功能。,1、启动升速及转速控制和保护可以选择自动，手动，半自动三种启动
47、方式之一，这三种方式的切换只有在停机后在控制器程序组态中改变来实现，本系统一般常采用前两种方式。在505/505E控制下可进行电超速保护试验，机械超速保护试验。具有超速保护(109%)功能。,基本功能,2、同步及自动初负荷控制机组定速后，可由运行人员通过手动或“自动准同期”装臵发出的转速增减信号调整机组转速以便并网。机组并网后，505/505E立即自动使机组带上一定的初负荷以防止机组逆功率运行，当不采用功频控制时控制器将不设初负荷。,2、负荷控制及甩负荷505/505E系统能在汽轮发电机并入电网后可根据运行情况或电厂运行规程，运行人员通过操作控制器转速设定控制汽轮发电机从带初始负荷直到带满负荷
48、，并应能根据电网要求，参与一次调频。,汽轮机现场照片,什么是TSI？,汽轮机监视保护系统（TSI）：连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使得这些故障在引起严重损坏前能及时遮断汽轮发电机组，保证机组安全。,另外TSI监测信息提供了动平衡和在线诊断数据，维修人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机器故障，帮助提出机器预测维修方案，预测维修信息能推测出旋转机械的维修需要，使机器维修更有计划性，减少维修时间，其结果是减少了维修费用，提高了汽轮机组的可用率。,TSI机柜,什么是ETS？,ETS即汽轮
49、机危急遮断系统，它接受来自TSI系统或汽轮发电机组其它系统来的报警或停机信号，进行逻辑处理，输出指示灯报警信号或汽轮机遮断信号。为了使用方便、运行可靠，我们选用了双机PLC（可编程控制器）进行逻辑处理。双机PLC同时工作，任一动作均可输出报警信号。当任一台故障时，PLC发出本机故障报警信号，并自动切断其停机逻辑输出，而另外一台仍能正常工作。该装置能与其它系统通讯，满足电厂自动化需求。,汽轮机保护系统的功能在于监视机组运行的各参数。当这些参数超过一定范围时，保护装置动作，是机组减负荷或者停止运行。,ETS的内容？,1,2,3,超速保护：当机组转速超过额定转速的(1012)%时，危急遮断器动作，泄
50、掉安全油，主汽门自动关闭，实现紧急停机。,轴向位移和胀差保护：机组运行时，动静部分必需保持一定间隙。当位移或者胀差超过一定范围时，使停机。,低油压保护：当润滑油压低于一定值时，发信号；再继续降低时，启动辅助油泵，并使停机。,4,低真空保护：当真空度低于一定值时，发信号；再继续降低时，使停机。,ETS机柜,ETS画面,合肥垃圾焚烧发电厂汽机保护定值,a) 凝气真空低 报警-87kpa 停机-60kpa b) 汽轮机转速过高3270RPM c) 轴向位移大（2个）1.0汽机 d) 前轴承轴瓦温度过高 后轴承轴瓦温度过高 报警85 停机100 推力瓦块温度高 e) 汽轮机推力轴承回油温度高 汽轮机前
