电厂控制系统基础知识介绍

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，最终将阀芯定位 在控制信号指定的位置上。
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控制管理级 数据通信系统 过程控制级
操作员站1
操作员站8
控制管理级
服务器A
服务器B 数据通讯系统
过 程 控 制 级
1#炉PCU
2#炉PCU
3#炉PCU
1#机PCU
2#机PCU
公用系统PCU
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
现 场 设 备
2.2
DEH系统网络结构
服务器A
服务器B
操作员站1
电厂控制系统基础知识
主要内容
一、分散控制系统概念及发展历程 二、我厂DCS、DEH及各子系统PLC构成 三、我厂DCS系统的功能介绍 四、 DEH系统介绍
一、分散控制系统概念及发展历程
1.1 DCS的概念
DCS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 和保护等功能，利用通信技术实现数据共 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 性高。
三冲量给水调节系统 D
节流 装置
过热器
ΔPD
ΔPH + + 调节器 PI
水 位 差 压
H
ΔPW
W
节流 装置
省 煤 器
给水阀
三冲量给水调节系统：该系统的调节器根据汽包水位H、 蒸汽流量D和给水流量W三个信号去调节给水流量。
三个信号的作用：
水位H：水位H是主信号，维持汽包水位为给定值。
蒸汽流量D：是水位调节的补偿信号，有效地克服“虚假水 位”的 响，减小了给水流量的波动幅度，使调节过程变得 比较平稳。 给水流量W：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。 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”现象，又利用给水量信号来消除给水流量的 自发 性变化因而能有效地控制水位的变化。
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
四、DEH系统介绍
以微处理器为核心的DEH控制系统，采 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 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 要求动作。 该系统主要由三大部分组成：电子硬件、 软件、液压伺服系统
1.2 控制系统的发展
常规仪表 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。
集中计算机 控制系统
危险集中；处理信息多， 负荷重，实时性差。
计算机分散 控制系统
危险分散；功能 齐全；使用灵活。
二、我厂DCS、DEH及各子系统 PLC构成
2.1 DCS的网络结构
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DDV阀的P油口，若DDV阀芯 位置在50%以上，则从A油口产生脉动油；若 DDV阀芯位置在50%以下，则油口A和T油口导通， 形成回油。B口封闭不用。 从A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 动油在滑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， 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A 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 腔回油，油动机滑杆向上运行，调门开启。
4.4.2 限制功能
负荷及阀位限制 限制值由人工给定，DEH可自动将负荷限制在高低 限内，以及将阀位限制在给定值以下。 主汽压力低限制 当主汽压力低于限制值时，DEH自动减小阀位开度 以限制负荷，使主汽压力回升。 OPC控制 机组甩负荷以及超速103%时，将OPC电磁阀打开， 快速关闭高、中压调节阀，防止汽轮发电机组超速。
电厂SCS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， 球磨机、送风机、引风机、电动给水泵、凝结水 泵、EH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。 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 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 机出口挡板等。 对于相对独立的子系统，如输煤、除灰、化水、 吹灰等，不包括在SCS 系统中。
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。
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。
3.1
数据采集系统 （DAS）
• DAS有下列功能：
• 显示：过程变量的实时数据和运行设备的状 态、趋势显示 、报警显示等。 • 记录：定期记录、操作员记录、事件顺序 (SOE)记录等。 • 历史数据存储和检索 。
3.2
模拟量控制系统（MCS）
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 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， 最终使被控制变量维持在设定值。
3.4.2 燃料跳闸管理
• 预点火 吹扫完成之后，复位MFT跳闸继电器，系统 将检查投油允许条件，油总阀允许条件：
• 燃料安全功能
FSSS系统连续监测锅炉运行中的某些设备 的运行状况，当某一MFT条件发生时，MFT动作， 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。
序号
1 2
3 4
4.4
DEH的主要功能
DEH具有汽机的自动调节、参数限制、 保护、监视及试验等功能。
4.4.1 自动调节功能
升速 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 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。 自动同期 汽机定速后，转速在3000±15r/min范围内 ，DEH可 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 发电机并网后，DEH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。 升负荷 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。
我厂目前DCS系统的模拟量控制系统包 括下列内容：
• • • • • • 汽包水位调节 抽凝机组轴封压力调节 连续排污膨胀器水位调节 凝汽器水位调节 除氧器压力调节 低减压力调节
汽包水位调节系统： 给水调节的任务：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 内。 汽包水位的特点: 1)水位很不平稳。2)汽 水界面不明显。3)沿汽包横向及轴向各处 水位不一致。4)虚假水位。
4.1 DEH控制系统的组成
电子硬件(DEH I/O站，操作员站，工程师 站等) 软件:MACS系统软件 液压伺服系统：电液转换器、OPC电磁阀、 LVDT阀位反馈、测速装置等
4.2 DEH重要硬件介绍
FM146
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。
4.3 DEH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 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 动机动作到达指定阀位。由LVDT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， 形成一个闭环反馈的阀位控制系统。
3.4
Hale Waihona Puke Baidu
锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）
FSSS包括燃烧器控制系统（BCS）和燃料安全系统 （FSS）。 BCS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。 FSS的功能，由下列两个系统完成：炉膛吹扫； 燃料跳闸。 燃料跳闸包括主燃料跳闸（MFT）和 油燃料跳闸。
3.4.1 吹扫功能 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， 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≥ 30%额定量；时间≥ 5min。
3.5
汽机紧急跳闸系统（ETS）
我厂的ETS功能是在DCS中实现的，ETS系统 共包括6项跳闸保护（1#
序号
1 2
项目
手动停机 汽轮机超速
保护值
动作结果
≥3300转
3
4 5 6
润滑油压低二值（三取二）
真空低二值（三取二） 轴向位移大二值 发电机主保护动作
≤0.04MPa
≤-0.065MPa ≤-0.7mm ≥1.4mm
4.4.3 试验功能
假并网试验 DEH收到假并网试验隔离刀闸断开信号后，可自动 配合电气完成假并网试验。 超速试验 可通过CRT画面操作，提升转速使超速保护动作分 别检查#1、#2撞击子及电气超速保护的动作转速。在 做机械超速试验时，DEH电气超速保护的动作值自动 由3300r/min改为3390r/min，作为后备超速保护使用。 阀门活动试验 可通过画面操作，分别对各主汽门和中压调门进行 部分行程活动，以防止其卡涩。 阀门严密性试验 可通过画面操作，分别对调门、主汽门进行严密性 试验。
动作条件
手动MFT 失去引风机两台
失去送风机两台 失去所有燃料 延时3S
动作结果
延时3S
5 6
7 8 9 10 11
失去所有火焰 汽包水位高3
汽包水位低3 炉膛压力高3 炉膛压力低3 冷却风失去
延时3S
延时3S 延时3S 延时3S 延时300S
集汽集箱出口电动 门关闭
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
阀控方式 并网带初负荷后，DEH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“阀控”增、 减按钮改变总阀位给定值，来控制调门开度。 功控方式 通过设置目标功率来控制机组负荷，DEH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 负荷不变。 压控方式 通过设置目标压力来控制机前压力，DEH控制调 门开度来维持排汽压力不变。
1#机DPU
2#机DPU
I/O
I/O
现 场 设 备
2.3
化水、输煤、灰渣PLC系统网络结构图
操作员站
PCU
I/O
现 场 设 备
三、我厂DCS系统的功能介绍
• • • • • 计算机监视系统（DAS） 模拟量控制系统（MCS） 顺序控制系统（SCS） 炉膛安全监控系统（FSSS） 汽机紧急跳闸系统（ETS）
3.3
顺序控制系统（SCS）
在开关量控制系统中，检查、运算和控制信息 全部 是“存在”或“不存在”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 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A启动，往往要检测多个其他设备如B、C、D等的 状态，判断它们的状态是否满足A设备启动的要求，若不 满足，要由相应的命令控制B、C、D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A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 断(逻辑运算)、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。