電廠控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

電廠控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)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(jì)算機(jī)、通信和屏幕顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、控制和保護(hù)等功能，利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的多計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)很多很長(zhǎng)的監(jiān)控儀表盤、臺(tái)和多人監(jiān)控，難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)，難保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。危險(xiǎn)集中；處理信息多，負(fù)荷重，實(shí)時(shí)性差。危險(xiǎn)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(jí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)過程控制級(jí)操作員站1操作員站8服務(wù)器A1#爐PCU2#爐PCU3#爐PCU1#機(jī)PCU2#機(jī)PCU公用系統(tǒng)PCUI/OI/OI/OI/OI/OI/O現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)器B控制管理級(jí)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)過程控制級(jí)

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

操作員站1服務(wù)器A1#機(jī)DPU2#機(jī)DPUI/OI/O現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備三、我廠DCS系統(tǒng)的功能介紹計(jì)算機(jī)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(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)、趨勢(shì)顯示、報(bào)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(chǔ)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(jìn)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(jī)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(diǎn):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(gè)信號(hào)去調(diào)節(jié)給水流量。三個(gè)信號(hào)的作用：水位H：水位H是主信號(hào)，維持汽包水位為給定值。蒸汽流量D：是水位調(diào)節(jié)的補(bǔ)償信號(hào)，有效地克服“虛假水位”的響，減小了給水流量的波動(dòng)幅度，使調(diào)節(jié)過程變得比較平穩(wěn)。給水流量W：是一個(gè)局部反饋信號(hào)?？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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用蒸汽流量信號(hào)來克服“虛假水位”現(xiàn)象，又利用給水量信號(hào)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(yùn)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(hào)，如設(shè)備的運(yùn)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(dòng)，往往要檢測(cè)多個(gè)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(dòng)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(dòng)。所以這種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是一個(gè)按照預(yù)先規(guī)定的順序進(jìn)行檢查、判斷(邏輯運(yùn)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(jī)、電主設(shè)備運(yùn)行關(guān)系密切的所有輔機(jī)及閥門和擋板等。例如，球磨機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、電動(dòng)給水泵、凝結(jié)水泵、EH油泵、潤(rùn)滑油泵、送風(fēng)機(jī)出口擋板、引風(fēng)機(jī)出口擋板、抽汽逆止門等。順序控制系統(tǒng)將整個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)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(tái)重要輔機(jī)為中心，如引風(fēng)機(jī)功能組就包括了引風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)出口擋板等。對(duì)于相對(duì)獨(dú)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(duì)油燃燒器和煤燃燒器的安全點(diǎn)火、投運(yùn)和切除的連續(xù)監(jiān)視。

FSS的功能，由下列兩個(gè)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(dòng)時(shí)，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(shí)間≥5min。3.4.2燃料跳閘管理

預(yù)點(diǎn)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(cè)鍋爐運(yùn)行中的某些設(shè)備的運(yùn)行狀況，當(dāng)某一MFT條件發(fā)生時(shí)，MFT動(dòng)作，送入爐膛的全部燃料即被切斷，同時(shí)給出一個(gè)首出跳閘原因指示。

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

3失去送風(fēng)機(jī)兩臺(tái)

4失去所有燃料延時(shí)3S5失去所有火焰

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

3.5汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）序號(hào)項(xiàng)目保護(hù)值動(dòng)作結(jié)果1手動(dòng)停機(jī)

任一條件動(dòng)作,停機(jī)電磁閥動(dòng)作，主汽門關(guān)閉，聯(lián)動(dòng)抽汽逆止門關(guān)，關(guān)孔板前電動(dòng)門2汽輪機(jī)超速≥3300轉(zhuǎn)3潤(rùn)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(jī)主保護(hù)動(dòng)作

我廠的ETS功能是在DCS中實(shí)現(xiàn)的，ETS系統(tǒng)共包括6項(xiàng)跳閘保護(hù)（1#機(jī)）：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(jī)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(jì)算，輸出控制信號(hào)至電液伺服閥實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最終通過油動(dòng)機(jī)分別使高、中壓主汽閥及調(diào)節(jié)閥按要求動(dòng)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(cè)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(dòng)機(jī)滑閥、油動(dòng)機(jī)活塞、油動(dòng)機(jī)行程反饋LVDT等）配合，組成給定電壓與油動(dòng)機(jī)行程的伺服隨動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)的控制。FM163DEH專用的測(cè)速模塊，安裝在控制柜中。接收現(xiàn)場(chǎng)的汽輪機(jī)測(cè)速探頭發(fā)來的電信號(hào)得到汽輪機(jī)的精確轉(zhuǎn)速，同時(shí)接收油開關(guān)跳閘信號(hào)和上位機(jī)指令，從而發(fā)出快速可靠的汽輪機(jī)超速信號(hào)。

轉(zhuǎn)速傳感器

DEH系統(tǒng)采集汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的傳感器。信號(hào)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(hào)之一。LVDT位移傳感器

LVDT為鐵心可移動(dòng)的直線型線性差動(dòng)變壓器。用于指示油動(dòng)機(jī)活塞桿移動(dòng)的位置，即油動(dòng)機(jī)行程。DDV伺服閥

DDV閥將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的閥芯位移，以控制油口的開度，改變油動(dòng)機(jī)進(jìn)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(hào)與閥芯位移反饋信號(hào)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(dòng)閥芯移動(dòng)，最終將閥芯定位在控制信號(hào)指定的位置上。4.3DEH調(diào)節(jié)過程

如上圖所示，電子機(jī)柜部分內(nèi)的伺服板卡件輸出閥位控制信號(hào)給電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)，通過錯(cuò)油門滑閥放大液壓信號(hào)，壓力提升，推動(dòng)油動(dòng)機(jī)動(dòng)作到達(dá)指定閥位。由LVDT位移傳感器送回油動(dòng)機(jī)閥位信號(hào)給伺服板，伺服板進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)后糾正閥位偏差，形成一個(gè)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(jìn)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(dòng)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(dòng)油進(jìn)入到錯(cuò)油門滑閥的下腔，與錯(cuò)油門反饋油口生成的脈動(dòng)油匯和，脈動(dòng)油在滑閥的下部產(chǎn)生一個(gè)向上的力，滑閥上頂部分有壓力油作用，他們形成了一對(duì)平衡的力，使錯(cuò)油門滑閥的閥芯浮動(dòng)在錯(cuò)油門內(nèi)腔。以上圖為例，若閥位指令信號(hào)加大，那么A口開大，脈動(dòng)油進(jìn)油量增加，滑閥閥芯打破平衡力，向上移動(dòng)，此時(shí)油動(dòng)機(jī)下腔進(jìn)入壓力油，上腔回油，油動(dòng)機(jī)滑桿向上運(yùn)行，調(diào)門開啟。4.4DEH的主要功能

DEH具有汽機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、參數(shù)限制、保護(hù)、監(jiān)視及試驗(yàn)等功能。升速設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，機(jī)組可自動(dòng)沿當(dāng)前熱狀態(tài)對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)曲線控制高、中壓調(diào)節(jié)，完成升速暖機(jī)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(shí)間等手段來控制機(jī)組的升速過程。自動(dòng)同期汽機(jī)定速后，轉(zhuǎn)速在3000±15r/min范圍內(nèi)，DEH可接受自動(dòng)同期裝置指令，自動(dòng)將機(jī)組控制到同步轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)帶初負(fù)荷發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，DEH自動(dòng)增加給定值，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)帶上初負(fù)荷避免出現(xiàn)逆功率。升負(fù)荷機(jī)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(jī)組，完成升負(fù)荷過程。4.4.1自動(dòng)調(diào)節(jié)功能閥控方式并網(wǎng)帶初負(fù)荷后，DEH自動(dòng)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(diǎn)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(jī)組負(fù)荷，DEH以汽機(jī)實(shí)發(fā)功率作為反饋信號(hào)進(jìn)行功率閉環(huán)控制，維持機(jī)組負(fù)荷不變。壓控方式通過設(shè)置目標(biāo)壓力來控制機(jī)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(fù)荷及閥位限制限制值由人工給定，DEH可自動(dòng)將負(fù)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(shí)，DEH自動(dòng)減小閥位開度以限制負(fù)荷，使主汽壓力回升。OPC控制機(jī)組甩負(fù)荷以及超速103%時(shí)，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(jī)組超速。4.4.3