電廠控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

電廠控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容

一、分散控制系統(tǒng)概念及發(fā)展歷程二、我廠DCS、DEH及各子系統(tǒng)PLC構(gòu)成三、我廠DCS系統(tǒng)的功能介紹四、DEH系統(tǒng)介紹一、分散控制系統(tǒng)概念及發(fā)展歷程

1.1DCS的概念

DCS是采用計算機、通信和屏幕顯示技術(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、控制和保護等功能，利用通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的多計算機監(jiān)控系統(tǒng)。其主要特點是功能分散，操作顯示集中，數(shù)據(jù)共享，可靠性高。

1.2控制系統(tǒng)的發(fā)展常規(guī)儀表控制系統(tǒng)集中計算機控制系統(tǒng)計算機分散控制系統(tǒng)很多很長的監(jiān)控儀表盤、臺和多人監(jiān)控，難實現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)，難保證機組安全經(jīng)濟運行。危險集中；處理信息多，負荷重，實時性差。危險分散；功能齊全；使用靈活。二、我廠DCS、DEH及各子系統(tǒng)PLC構(gòu)成2.1DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制管理級數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)過程控制級操作員站1操作員站8服務(wù)器A1#爐PCU2#爐PCU3#爐PCU1#機PCU2#機PCU公用系統(tǒng)PCUI/OI/OI/OI/OI/OI/O現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)器B控制管理級數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)過程控制級

2.2DEH系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

操作員站1服務(wù)器A1#機DPU2#機DPUI/OI/O現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)器B2.3化水、輸煤、灰渣PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

操作員站PCUI/O現(xiàn)場設(shè)備三、我廠DCS系統(tǒng)的功能介紹計算機監(jiān)視系統(tǒng)（DAS）模擬量控制系統(tǒng)（MCS）順序控制系統(tǒng)（SCS）爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

DAS有下列功能：顯示：過程變量的實時數(shù)據(jù)和運行設(shè)備的狀態(tài)、趨勢顯示、報警顯示等。記錄：定期記錄、操作員記錄、事件順序(SOE)記錄等。歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索。3.2模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

在模擬量控制系統(tǒng)中，被控制量、設(shè)定值、控制器的輸入及輸出均為模擬量。這種系統(tǒng)將被控制量反饋值與設(shè)定值進行比較，然后根據(jù)比較的結(jié)果，改變控制量，最終使被控制變量維持在設(shè)定值。

我廠目前DCS系統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)包括下列內(nèi)容：汽包水位調(diào)節(jié)抽凝機組軸封壓力調(diào)節(jié)連續(xù)排污膨脹器水位調(diào)節(jié)凝汽器水位調(diào)節(jié)除氧器壓力調(diào)節(jié)低減壓力調(diào)節(jié)

汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)：給水調(diào)節(jié)的任務(wù)：是使給水量適應(yīng)于鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。

汽包水位的特點:1)水位很不平穩(wěn)。2)汽水界面不明顯。3)沿汽包橫向及軸向各處水位不一致。4)虛假水位。三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)DWΔPDΔPHΔPW給水閥水位差壓調(diào)節(jié)器PI過熱器節(jié)流裝置節(jié)流裝置省煤器H-++三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量W三個信號去調(diào)節(jié)給水流量。三個信號的作用：水位H：水位H是主信號，維持汽包水位為給定值。蒸汽流量D：是水位調(diào)節(jié)的補償信號，有效地克服“虛假水位”的響，減小了給水流量的波動幅度，使調(diào)節(jié)過程變得比較平穩(wěn)。給水流量W：是一個局部反饋信號?？朔?nèi)擾，維持給水量不變，從而使汽包水位基本上不受影響。三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用蒸汽流量信號來克服“虛假水位”現(xiàn)象，又利用給水量信號來消除給水流量的自發(fā)性變化因而能有效地控制水位的變化。3.3順序控制系統(tǒng)（SCS）

在開關(guān)量控制系統(tǒng)中，檢查、運算和控制信息全部是“存在”或“不存在”兩種信息。系統(tǒng)輸入的往往是設(shè)備狀態(tài)信號，如設(shè)備的運行或停止、閥門的開或關(guān)，系統(tǒng)輸出的是啟停命令，或開關(guān)命令。在這類控制系統(tǒng)中，為了使設(shè)備A啟動，往往要檢測多個其他設(shè)備如B、C、D等的狀態(tài)，判斷它們的狀態(tài)是否滿足A設(shè)備啟動的要求，若不滿足，要由相應(yīng)的命令控制B、C、D等設(shè)備的開關(guān)或啟停，直到所有條件滿足后，才能發(fā)出命令使A啟動。所以這種控制系統(tǒng)的特點是一個按照預(yù)先規(guī)定的順序進行檢查、判斷(邏輯運算)、控制、再檢查、判斷、控制的過程。所以開關(guān)控制又稱為順序控制系統(tǒng)。

電廠SCS的控制范圍包括與爐、機、電主設(shè)備運行關(guān)系密切的所有輔機及閥門和擋板等。例如，球磨機、送風(fēng)機、引風(fēng)機、電動給水泵、凝結(jié)水泵、EH油泵、潤滑油泵、送風(fēng)機出口擋板、引風(fēng)機出口擋板、抽汽逆止門等。順序控制系統(tǒng)將整個輔機系統(tǒng)劃分為若干個功能組。所謂功能組，就是將屬于同一系統(tǒng)的相關(guān)聯(lián)的設(shè)備組合在一起，一般是以某一臺重要輔機為中心，如引風(fēng)機功能組就包括了引風(fēng)機、引風(fēng)機出口擋板等。對于相對獨立的子系統(tǒng)，如輸煤、除灰、化水、吹灰等，不包括在SCS系統(tǒng)中。3.4鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）FSSS包括燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）和燃料安全系統(tǒng)（FSS）。

BCS功能包括對油燃燒器和煤燃燒器的安全點火、投運和切除的連續(xù)監(jiān)視。

FSS的功能，由下列兩個系統(tǒng)完成：爐膛吹掃；燃料跳閘。燃料跳閘包括主燃料跳閘（MFT）和油燃料跳閘。

3.4.1吹掃功能

在鍋爐跳閘以后和重新啟動時，燃料被送入爐膛前，保證用風(fēng)徹底吹掃爐膛，并監(jiān)視影響這一清掃過程的設(shè)備狀態(tài)是否正確，防止?fàn)t膛爆燃的發(fā)生。要求風(fēng)量≥30%額定量；時間≥5min。3.4.2燃料跳閘管理

預(yù)點火吹掃完成之后，復(fù)位MFT跳閘繼電器，系統(tǒng)將檢查投油允許條件，油總閥允許條件：

燃料安全功能

FSSS系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測鍋爐運行中的某些設(shè)備的運行狀況，當(dāng)某一MFT條件發(fā)生時，MFT動作，送入爐膛的全部燃料即被切斷，同時給出一個首出跳閘原因指示。

序號動作條件動作結(jié)果1手動MFT延時3S任意條件滿足，MFT跳閘停所有給粉機關(guān)主油閥停所有排粉機，磨煤機，給煤機關(guān)所有支路油閥，退所有油槍2失去引風(fēng)機兩臺

3失去送風(fēng)機兩臺

4失去所有燃料延時3S5失去所有火焰

6汽包水位高3延時3S7汽包水位低3延時3S8爐膛壓力高3延時3S9爐膛壓力低3延時3S10冷卻風(fēng)失去延時300S11集汽集箱出口電動門關(guān)閉

3.5汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）序號項目保護值動作結(jié)果1手動停機

任一條件動作,停機電磁閥動作，主汽門關(guān)閉，聯(lián)動抽汽逆止門關(guān)，關(guān)孔板前電動門2汽輪機超速≥3300轉(zhuǎn)3潤滑油壓低二值（三取二）≤0.04MPa4真空低二值（三取二）≤-0.065MPa5軸向位移大二值≤-0.7mm≥1.4mm6發(fā)電機主保護動作

我廠的ETS功能是在DCS中實現(xiàn)的，ETS系統(tǒng)共包括6項跳閘保護（1#機）：四、DEH系統(tǒng)介紹

以微處理器為核心的DEH控制系統(tǒng)，采集了機組的轉(zhuǎn)速、功率、汽壓等有關(guān)參數(shù)后，經(jīng)分析、鑒別和計算，輸出控制信號至電液伺服閥實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，最終通過油動機分別使高、中壓主汽閥及調(diào)節(jié)閥按要求動作。該系統(tǒng)主要由三大部分組成：電子硬件、軟件、液壓伺服系統(tǒng)4.1DEH控制系統(tǒng)的組成電子硬件(DEHI/O站，操作員站，工程師站等)軟件:MACS系統(tǒng)軟件液壓伺服系統(tǒng)：電液轉(zhuǎn)換器、OPC電磁閥、LVDT閥位反饋、測速裝置等4.2DEH重要硬件介紹FM146DEH伺服放大模塊與就地的液壓部套（伺服閥、油動機滑閥、油動機活塞、油動機行程反饋LVDT等）配合，組成給定電壓與油動機行程的伺服隨動系統(tǒng)，實現(xiàn)對油動機的控制。FM163DEH專用的測速模塊，安裝在控制柜中。接收現(xiàn)場的汽輪機測速探頭發(fā)來的電信號得到汽輪機的精確轉(zhuǎn)速，同時接收油開關(guān)跳閘信號和上位機指令，從而發(fā)出快速可靠的汽輪機超速信號。

轉(zhuǎn)速傳感器

DEH系統(tǒng)采集汽輪機轉(zhuǎn)速信號的傳感器。信號送給FM163模塊處理。作為轉(zhuǎn)速控制的前置反饋量，是最重要的信號之一。LVDT位移傳感器

LVDT為鐵心可移動的直線型線性差動變壓器。用于指示油動機活塞桿移動的位置，即油動機行程。DDV伺服閥

DDV閥將控制信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的閥芯位移，以控制油口的開度，改變油動機進油量。

如圖所示，DDV閥由功率放大器、控制線圈、閥芯LVDT位移傳感器、永磁鐵、高剛度彈簧、閥芯、殼體等組成。伺服控制信號與閥芯位移反饋信號的差，經(jīng)放大、調(diào)節(jié)器處理后，由功率放大器輸出激磁電流到控制線圈，產(chǎn)生電磁力。電磁力克服彈簧阻力，驅(qū)動閥芯移動，最終將閥芯定位在控制信號指定的位置上。4.3DEH調(diào)節(jié)過程

如上圖所示，電子機柜部分內(nèi)的伺服板卡件輸出閥位控制信號給電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器把電信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，通過錯油門滑閥放大液壓信號，壓力提升，推動油動機動作到達指定閥位。由LVDT位移傳感器送回油動機閥位信號給伺服板，伺服板進行偏差調(diào)節(jié)后糾正閥位偏差，形成一個閉環(huán)反饋的閥位控制系統(tǒng)。

如上圖所示，壓力油在經(jīng)過雙通濾油器后，進入到電液轉(zhuǎn)換器DDV閥的P油口，若DDV閥芯位置在50%以上，則從A油口產(chǎn)生脈動油；若DDV閥芯位置在50%以下，則油口A和T油口導(dǎo)通，形成回油。B口封閉不用。從A油口產(chǎn)生的脈動油進入到錯油門滑閥的下腔，與錯油門反饋油口生成的脈動油匯和，脈動油在滑閥的下部產(chǎn)生一個向上的力，滑閥上頂部分有壓力油作用，他們形成了一對平衡的力，使錯油門滑閥的閥芯浮動在錯油門內(nèi)腔。以上圖為例，若閥位指令信號加大，那么A口開大，脈動油進油量增加，滑閥閥芯打破平衡力，向上移動，此時油動機下腔進入壓力油，上腔回油，油動機滑桿向上運行，調(diào)門開啟。4.4DEH的主要功能

DEH具有汽機的自動調(diào)節(jié)、參數(shù)限制、保護、監(jiān)視及試驗等功能。升速設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，機組可自動沿當(dāng)前熱狀態(tài)對應(yīng)的經(jīng)驗曲線控制高、中壓調(diào)節(jié)，完成升速暖機過臨界直到額定定速。在升速過程中，也可通過修改目標(biāo)轉(zhuǎn)速，升速率、轉(zhuǎn)速保持時間等手段來控制機組的升速過程。自動同期汽機定速后，轉(zhuǎn)速在3000±15r/min范圍內(nèi)，DEH可接受自動同期裝置指令，自動將機組控制到同步轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)帶初負荷發(fā)電機并網(wǎng)后，DEH自動增加給定值，使發(fā)電機自動帶上初負荷避免出現(xiàn)逆功率。升負荷機組并網(wǎng)后，可根據(jù)需要采用閥控方式，功控方式或壓控方式控制機組，完成升負荷過程。4.4.1自動調(diào)節(jié)功能閥控方式并網(wǎng)帶初負荷后，DEH自動轉(zhuǎn)為閥控方式，操作員可通過設(shè)置目標(biāo)閥位和閥位變化率或點按“閥控”增、減按鈕改變總閥位給定值，來控制調(diào)門開度。

功控方式通過設(shè)置目標(biāo)功率來控制機組負荷，DEH以汽機實發(fā)功率作為反饋信號進行功率閉環(huán)控制，維持機組負荷不變。壓控方式通過設(shè)置目標(biāo)壓力來控制機前壓力，DEH控制調(diào)門開度來維持排汽壓力不變。4.4.2限制功能負荷及閥位限制限制值由人工給定，DEH可自動將負荷限制在高低限內(nèi)，以及將閥位限制在給定值以下。主汽壓力低限制當(dāng)主汽壓力低于限制值時，DEH自動減小閥位開度以限制負荷，使主汽壓力回升。OPC控制機組甩負荷以及超速103%時，將OPC電磁閥打開，快速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)閥，防止汽輪發(fā)電機組超速。4.4.3