热控自动化技术发展及应用

2.电动单元组合仪表（60～70年代）
缺点：构成复杂控制系统困难，故障率高，无法进行数字通信 （单独温度点、压力点、流量、物位、信号的单一性）
生产设备技术部
3.组装式电子综合控制仪表 （70年代末）
缺点：与电动单元组合仪表没有本质上的改变，只是卡件。
生产设备技术部
4.计算机直接数字控制（集中控制） （60年代）
数学工具——矩阵理论（状态空间表达） 研究范围——多输入多输出系统 计算工具——计算机
3、智能控制理论
80年代初，微型计算机的出现导致了智能控 制理论的迅猛发展 主要的智能控制方法
模糊控制 神经网络控制 专家控制 进化控制
4、火电厂自动控制系统的基本组成
n r
给定值 干扰
e
偏差
控制器
执行机构
缺点：可靠性差，故障率高，没有在实际中得以应用 （局部的应用）
生产设备技术部
5.数据采集系统DAS(Data Acquisition System） （70/80年代）
缺点：功能单一，只能实现监测，没有构成闭环控制 （温度巡测、电容式压力变送器、集中报警器）
生产设备技术部
6.单回路调节器（80年代）
MCS模拟量控制系统指通过控制变量自 动完成被控制变量调节的回路。 CCS协调控制系统指将锅炉-汽轮发电 机组作为一个整体进行控制，通过控制回 路协调锅炉汽轮机在自动状态下运行给锅 炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以 适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机 组的调频、调峰的能力，它直接作用的执 行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系 统。
e( k )
专家控制
直接型专家控制器 知识库
输入
-
信息获取与 处理
推理机构
控制规则库
被控对象
输出
检测装置
神经网络控制
突触 细胞质 细胞核 轴突 树突 神经末梢 细胞膜
x1 x2
w1 w2
wn 1

f
y
xn 1
xn
wn
模糊控制
模糊控制器（计算机） 计算 控制 变量 模糊 量化 处理 模糊 控制 规则 模糊 决策 非模 糊化 处理
RB辅机故障减负荷是针对机组主要辅机 故障采取的控制措施，即当主要辅机（如 给水泵、送风机、引风机）发生故障机组 不能带满负荷时，快速降低机组负荷的一 种措施。 UPS不间断电源 ﹒机炉协调控制方式（CC） ﹒锅炉跟踪控制方式（BF） ﹒汽机跟踪控制方式（TF） ﹒手动控制方式（BM）
DCS系统也称分布式控制系统，其实质是 计算机技术对生产过程进行集中监视、操 作、管理和分散控制的新型控制技术。其 功能特点是：通用性强、系统组态灵活、 控制功能完善、数据处理方便、显示操作 集中、人机界面友好、安装简单规范化、 调试方便、运行安全可靠等。
保护联锁试验: 锅炉保护联锁试验 风机联锁试验 磨组联锁试验 锅炉所有阀门的调试 机、炉、电大联锁 大修中变更的保护联锁试验 运行中出现异常的保护联锁试验
ETS汽轮机的紧急跳闸系统 跳闸条件: 1、润滑油压低III值 2、抗燃油压低III值 3、真空低III值 4、振动大II值 5、轴向位移大II值 6、转速112% 7、MFT 8、发电机故障、发电机油开关跳闸 9、DEH控制系统失电 10、手动按扭
生产设备技术部
10、管理信息系统
销 售 市场
生产
后勤
人事
内 务 会计
信 息 处理
高 层 管理
战略计划
管理控制
运行控制
业务处理
功能/层次矩阵
11、厂级监控信息系统
全 公 司 系 统 进 行 数 据 的 在 线 通 讯
特 点 ： 系 统 结 构 庞 大 ， 价 格 昂 贵
SIS的功能及应用 生产过程信息监测和统计 实时性能计算、分析和操作指导 设备状态监测与故障诊断 设备寿命监测和管理 控制系统优化 厂级优化负荷分配
导前区
y2
WD1(s)
惰性区
+ +
y
串级控制系统
r1
+
-
WT1(s) u1 K11(s) K21(s) K12(s)
+
1
W11(s) W21(s)
Y11 Y12
Y1
W12(s)
+
r2
+
-
WT2(s) u K22(s) 2
解耦控制器K(s)
2
W22(s)
Y21 Y22
耦合对象W(s)
Y2
解耦控制系统——协调控制
二、控制理论的发展及其在火电厂中 的应用
生产设备技术部
1、经典控制理论
20世纪初稳定理论 PID控制律概念 反馈放大器
控制系统分析、设计与综合的方法
数学工具——传递函数和频率特性 研究范围——单输入单输出系统 计算工具——手工计算（依靠图表和曲线）
2、现代控制理论
60年代后航天技术的发展导致了现代控制论 的出现 现代控制论的基础
分散控制系统的构成 作为一种纵向分层和横向分散的大型综合 控制系统，它以多层计算机网络为依托， 将分布在全厂范围内的各种控制设备的数 据处理设备连接在一起，实现各部分信息 的共享的协调工作，共同完成控制、管理 及决策功能。
1) 其硬件设备由管理操作应用工作站、现 场控制站和通信网络组成。管理操作应用 工作站包括工程师站、操作员站、历史数 据站等各种功能服务站。 A. 工程师站提供技术人员生成控制系统的 人机接口，主要用于系统组态和维护，技 术人员也可以通过工程师站对应用系统进 行监视。 B. 操作员能提供技术人员与系统数据库的 人机交互界面，用于监视可以完成数据的 状态值显示和操作员对数据点的操作。
受控对象
c
被控量

测量信号 测量变送器
单回路控制系统
扰动 d(t) 补偿信号 补偿环节
参考输入
+ + - 偏差
控制器 控制量 执行环节 被控对象
y（t）
被控量
反馈信号
反馈元件
前馈-反馈复合控制系统
Z1(内扰)
Z2(干扰)
+
1
-
g1
WT1(s) +
g2 2
-
WT2(s)
u
+
+
WD2(s)
8.分散控制系统DCS（Distributed Control System）（70年代）
Biblioteka Baidu
生产设备技术部
典型的现场控制站机柜图
图形组态界面
系统数据库组态界面
SAMA图组态界面
多窗口显示
分散控制系统DCS
特点：
• • • • 适应性和扩展性强 控制能力强 人机联系方便 可靠性高
发展方向：
分散控制系统的试验 1) 模拟量控制系统扰动试验 投入运行的模拟量控制系统应定期进行扰 动试验，其分为内扰和外扰试验。 控制其它功能试验 机组RB试验
协调控制系统 除氧器水位控制系统 炉膛负压控制系统 送风控制系统 主燃料控制系统 给水控制系统中的汽泵三冲量控制系统 进热汽温控制系统 再热汽温控制系统
分散控制系统的运行维护的主要内容 包括系统在投运前应做好必要项目的检查， 检查合格且一切准备就绪后系统上电，按 照相关步骤启动系统，并验收系统各部分 正常后，投入在线运行。系统正常运行后， 做好日常维护工作，发现问题及时查明原 因解决处理，并根据热控系统的运行工况 决定热控设备的投入与退出。
分散控制系统常见故障 1) 通信网络类故障，主要有节点总线故障、 就地总线故障、地址标识的错误。2) 硬件 故障，主要有人机接口故障、过程通道故 障。3) 人为故障，在系统维护或故障处理 时的误操作现象。4) 电源故障。5) SOE 工作不正常。6) 干扰造成的故障。主要有 系统的接地情况、电源质量、过程控制处 理机主/备处理机之间的切换、大功率无线 通信设备等。
自动化仪表系统的发展及其在火电厂中的应用 控制理论的发展及其在火电厂中的应用 热控专业主要名词术语及重要设备系统
生产设备技术部
一、自动化仪表系统的发展及其在火电 厂中的应用
1.基地式仪表（50年代）
缺点：仪表系统封闭，无法与外界沟通(温度、压力、水位、 火检、手动门、一机多控、)
生产设备技术部
危急遮断电气柜 危急遮断电气柜主要部件如下：电源组件、逻 辑控制模块、继电器板、超速组件。 1、电源组件由两个交流１１０Ｖ和两个直流２ ４Ｖ电源组成。 2、逻辑控制模块由西门子S7系列PLC可编程 控制器组成。 3、继电器板包括电源监视继电器，跳闸输出继 电器。 4、超速组件包括三个转速表及磁阻探头。
AGC自动发电控制，根据电网对各电 厂负荷要求对机组发电功率由电网调度进 行自动控制的系统。 MFT总燃料跳闸指保护信号指令动作 或由人工操作后，快速切断进入炉膛的所 有燃料而采取的措施。 DEH汽轮机数字式电液控制系统，是 按电气原理设计的敏感元件、数字电路以 及按液压原理设计的放大元件和液压伺服 机构构成的汽轮机控制系统。
C. 历史站保存整个系统的历史数据，供组态软 件实现历史趋势显示、报表打印和事故追忆等 功能。现场控制站用于现场信号的采集处理， 控制策略的实现，并具有可靠的冗余保证、网 络通信功能。通信网络连接分散控制系统的各 个分布部分，完成数据、指令及其它信息的传 递。为保证DCS可靠性，电源、通信网络、过 程控制站都采用冗余配置。 2) 分散控制系统的软件是由实时多任务操作系 统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软 件和各种应用软件组成。
A/D －
D/A
传感器
被控对象
执行机构
三、热控专业主要名词术语及重 要设备系统
DCS分散控制系统指控制功能分散、风险分 散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网 络控制系统。 DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系 统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检 测，对检测结果进行处理、记录、显示和报警， 对机组的运行情况进行运算分析，并提出运行 指导的监视系统。
ETS汽轮机的紧急跳闸系统是在汽轮 机的运行过程中，机组重要参数越线等异 常工况下，实现紧急停止汽轮机运行的控 制系统。 TSI汽轮机监测仪表是监视汽轮机本体运 行参数的重要设备,包括:转速、轴振、位移、 键相、偏心、差胀、缸胀等重要参数。
BPC旁路控制系统是汽轮机旁路系统的自 动投入和旁路系统蒸汽压力、温度等自动 控制系统的总称。 MEH给水泵电液调节系统，是采用微型计 算机控制和液压执行机构实现控制逻辑， 驱动给水泵汽轮机的控制系统。 ATC或ATSC汽轮机自启动，根据汽轮机 的运行参数和热应力计算，使汽轮机从盘 车开始直到带初负荷按程序实现自启动。
组成:危急遮断油路 危急遮断油路与阀门伺服执行机构一起，构成 ETS的执行机构。它分为AST油路和OPC油路， 两者之间用一逆止阀相连，AST油路与高、中 压主汽门油路相连，OPC油路与高、中压调节 阀相连，另外，机械超速遮断系统经隔膜阀与 AST油路发生联系。动作时隔膜阀动作排油， 使AST泄压 ，关闭所有主汽门和调节阀门。遮 断停机。
SCS顺序控制系统指对火电机组的辅 机及辅助系统，按照运行规律规定的顺序 （输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺 序）实现启动或停止过程的自动控制系统。 FSSS炉膛安全监控系统指对锅炉点火 和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛 由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸 （内爆或外爆）而采取的监视和控制措施 的自动系统。其包括燃烧器控制系统BCS 和炉膛安全系统FSS。
5、自动控制系统的典型控制策略
PID算法 变型PID 自整定PID
自适应控制
参考模型
ym
e
自适应机构

r

控制器
u
被控对象
y
预测控制
C
参考轨迹
yr ( k )

控制算法
u (k )
对象模型
y (k )
y p (k )
预测模型
ym ( k )

e( k )
ym ( k )
预测输出
• 分散控制系统的网络结构 • 同现场总线相结合使控制 进一步分散化 • 标准化、通用化技术
生产设备技术部
9.现场总线控制系统FCS（Field bus Control System）（90年代）
生产设备技术部
现场总线控制系统FCS
生产设备技术部
现场总线控制系统FCS
特点：
控制功能进一步分散 实现了现场设备数字化 使系统得到了更多数字信息
缺 与 点 之 ： 前 的不价结 设容格构 备易昂复 系构贵杂 统成 ， 没复 使 有杂 用 大控 不 的制 便 改系 变统
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7.可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）（60年代末）
（ 缺 运 点 用 ： 范构 结 围成 构 窄复 复 、杂 杂 小控 ， 系制 价 统系 格 、统 昂 并困 贵 未难 淘 汰 ） 生产设备技术部
危急遮断控制块 危急遮断控制单元的主要作用是在危急遮断电 气柜和ＡＳＴ油路与ＯＰＣ油路之间提供接口， 为了安全和试验目的，ＡＳＴ电磁阀被设计成 双通道，即两套并联工作。通道１包括２０－ １／ＡＳＴ和２０－３／ＡＳＴ，通道２包括 ２０－２／ＡＳＴ和２０－４／ＡＳＴ电磁阀。 当任一停机条件具备时，打开所有的ＡＳＴ电 磁阀以实现遮断停机。