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开关量控制系统 绪论 一、控制系统的功能及内容 二、热工保护 三、顺序控制 四、自动报警系统 五、火电厂开关量控制技术发展概况 六、开关量控制系统的组成 本章教学大纲要求 教学要求： 了解控制水平、模式的发展要求；掌握热工自 动化技术的内容及热工控制系统功能，理解各 子系统的功能作用，牢固掌握热工开关量控制 所包含的内容和技术。重点是热工自动化技术 的内容和热工开关量控制的内容，难点是热工 控制中各子系统的作用。 教学内容： 热工自动化技术 控制水平和模式；控制系统的 功能；热工保护的作用；顺序控制的作用；自 动报警系统的作用。 本次讲授内容 一、热工自动化发展概述 二、火电生产特点及要求 三、自动化技术作用（实现意义） 四、热工自动化技术概述 五、控制的分类 六、自动控制装置简介 七、大型火电机组控制系统功能 八、单元机组热工控制系统的组成 九、典型热工控制系统功能 十、开关量控制系统主要内容 一、热工自动化发展概述 1、自动控制方式 就地控制炉机电集中控制综合自动化的发展 过（母管制） （单元制） （全厂SIS、MIS ） 2、热工自动控制装置设备 由模拟数字；常规仪表计算机控制 （ DASDDCDCS/FCS）的发展历程。 3、运行人员的操作方式 手动自动 常规仪表监控方式CRT监视操作方式 现在大型火电机组多以DCS操作站作为主要监 控方式。 二、火电生产特点及要求 电力工业的特点：其产品有生产、运输、销售 和使用的过程，集产运销为一体；一般不能大 量储存，其生产过程连续，发、输、变、配电 和用电同一瞬间完成，发、供、用之间必须保 持平衡。要有备用容量，必须接受调度严格控 制，及时避免事故产生和扩大。 大电网、大机组、大容量、高参数、高自动化 大机组：监视点多、参数变化快、操作对象多 、对象关联多，监操要求严，仅人工难以胜任 。 三、自动化技术作用（实现意义） 对提高机组安全经济运行水平行之有效。 （1）正常运行调节，提高经济效益； （2）工况异常报警，及时事故处理； （3）危及人身设备安全，紧急跳闸保护； （4）机组启停自动化，延长机组使用年限； （5）电网AGC自动发电控制的基础是单元机 组协调控制CCS和调度自动化ADS。 注意：单元机组的自动化系统在必要时需要人 工干预。 四、热工自动化技术概述 大型火电机组热工自动化技术主要包括 四个方面（简称MACP技术） ： 检测(Monitor) 、 报警(Alarm)、 控制(Control) 、 保护(Protection) 这四个方面既相互独立，又相互联系， 综合应用。 MACP技术功能作用 自动检测技术的作用是检测反映生产过程运行 情况的各种参数（温度、压力、流量、转速等 ）和设备的工作状况（启动、停止、跳闸等） ，用以监视生产运行工作状况； 自动报警技术的作用是当生产过程参数越限、 设备异常时，以声、光等形式提醒运行人员注 意并进行处理。 自动保护技术的作用是为了防止事故产生，避 免事故扩大，确保人身和设备安全。如锅炉保 护、汽轮机保护等。 自动控制技术的作用就是利用控制装置取代人 的操作，自动操纵机器设备或生产过程，使其 具有希望的状态或功能。 。 五、控制的分类 按照控制信号（控制指令）的类型和 控制运算的特点，可以分为顺序控制 和自动调节两大类自动控制技术。 模拟量控制信号指的是随时间连续变化的 控制信号，其计算判断一般采用连续函数 运算，如：算术运算、PID运算等。 开关量控制信号指的是随时间不是处于0N 状态就是处于OFF状态的二位控制信号（ 1/0、通/断等），其计算判断一般采用逻辑 关系运算，如：AND、OR、NOT、计时、 记忆、计数等。 顺序控制-开关量控制 顺序控制的控制信号（控制指令）是二位控制状态的 开关量控制信号（即打开或关闭、启动或停止、1/0、 通/断、0N/OFF等），它的控制运算特点是：按照工 艺要求事先确定好的顺序、条件、时间、逻辑，对相 关设备进行一系列的自动操作。 顺序控制可以起到减少监视操作面，减少误操作，提 高效率和效果等作用。顺序控制一般用于经常性的有 规律性的操作或操作过程较复杂的设备组的启动、停 止等控制项目或工艺系统上。如：锅炉的点火顺控、 制粉系统顺控，送、引风机顺控，吹灰顺控、汽轮机 自启停顺控等。 开关量控制信号通常用于自动报警、顺序控制和自动 保护之中。 自动调节-模拟量控制 自动调节的控制信号（控制指令）是随时间连 续变化的模拟量控制信号（即开大及关小，增 大及减小，工程信号范围一般为420mA，0 1，0100%等），它的控制运算特点是： 控制指令连续地在数量上或程度上对生产过程 参数进行调整、控制和操纵，不使过程参数任 意活动或超出规定的范围，使其达到生产工艺 要求。自动调节是连续正常运行条件下最经常 起作用的自动化职能，它对生产的经济性和安 全性有极大的影响。如：锅炉的水位调节、汽 温调节、燃烧调节、汽轮机的转速调节、功率 调节等。由此可见，自动调节就是一种模拟量 控制。 开关信号与模拟信号相互作用 在实际热工计算机综合控制系统中，一般是 既有开关量信号，又有模拟量信号，除了完 成各自的运算控制任务外，还要二种信号共 同完成具体的运算控制任务。 此时，一般用开关量信号主要是对模拟量信 号通路进行切换或选择，以实现工作方式的 切换或信号的切换，通过自动跟踪，以实现 无扰切换等。 而模拟量信号则是通过比较器开关，也可以 转换为开关量信号，以实现报警信息或逻辑 运算控制的条件生成等。 具有开关量控制的基础知识就为学习热工自 动报警、自动保护和顺序控制奠定了基础。 六、自动控制装置简介 计算机控制装置：4C技术：computer、 control、communication、CRT PLC：可编程序逻辑控制器 IPC：工业控制计算机 DCS：分布式控制系统/分散控制系统 FCS：现场总线控制系统 上述内容均在计算机控制技术、PLC、 DCS等课中详细学习 七、大型火电机组控制系统功能 在机组启动、停止、正常运行、事故处理的全 过程中进行自动检测、自动报警、自动保护、 顺序控制、自动调节、管理和信息处理等。 大型单元机组的主机与辅机、主系统与辅助系 统之间相互渗透、相互牵连，使炉、机、电成 为一个有机的整体，而机组的高度自动化系统 的实现使运行人员可以在集控室进行单元机组 的启动、停机、正常运行及事故处理。为此， 对于典型的热工控制系统基本功能的学习很有 必要。 八、单元机组热工控制系统的组成 1、机组控制DCS：DAS、MCS、SCS、FSSS 2、随设备成套装置： 锅炉：火焰、烟气、飞灰、管泄漏监控，吹灰等 SCS 汽轮机：BPC、DEH、TSI、ETS、TDM、胶球清 洗 小汽轮机：MEH、MTSI、METS等 3、厂区辅网控制：输煤、除灰出渣、脱硫、脱硝 、水处理（补给水、废水、净水）等控制系统 4、闭路电视监控系统； 5、厂级信息系统：SIS，MIS。 九、典型热工控制系统功能 1、DAS系统功能作用 2、MCS系统功能作用 3、单元机组协调控制系统 CCS 4、TCS系统功能作用 5、BPC系统功能作用 6、其他控制系统 7、管理和信息处理系统 1、DAS系统功能作用 计算机监视系统，Computer Monitoring System，简称CMS 数据采集系统， Date Acquisition System简称DAS 具有模拟量、开关量等检测信号的屏幕 显示、越限报警、制表打印，操作指导 、经济性能分析、事故追忆、事件顺序 记录、历史数据记忆和事故分析等功能 。即开环监控形式。 2、MCS系统功能作用 模拟量控制系统 ，Modulation Control System)，简写MCS 锅炉、汽轮机有各自的模拟量控制系统 ，如：给水调节、汽温调节、燃烧调节 ，转速调节、负荷调节等模拟量控制系 统。它以模拟量闭环控制为主要形式。 3、单元机组协调控制系统 CCS 协调控制系统（Coordinate Control System)，简称CCS 对于火电单元机组，机是指汽轮机，炉 是指锅炉。机炉协调控制（Coordinated Control System, CCS）主要是指锅炉和 汽轮机协调动作，通过调节进入炉膛的 燃料量和主蒸汽调节阀开度，在兼顾主 蒸汽压力控制相对稳定的同时，迅速满 足机组的外界负荷需求。 闭环控制，模拟量信号为主。 4、TCS系统功能作用 汽轮机控制系统(TurbineControlSystem，简称TCS) 汽轮机数字电液调节系统，简称DEH（Digital Electro-Hydraulic C0ntrol System); 汽轮机控制系统的功能是对汽轮机在各种运行工况下 进行监视和控制。DEH作为汽轮机的控制手段，用来 对汽轮机组进行启动、并网、带负荷过程中的转速和 负荷控制，并具有阀门管理、监视保护等功能。它以 模拟量闭环控制为主。 汽轮机安全监视仪表(Turbine Supervisory lnstrument，简称TSI)。 汽轮机监视仪表TSI系统用于监视汽轮机的机械量参数 ，如：转速、轴向位移、振动、缸胀和差胀、偏心度 等，并可提供保护信号。它主要用于检测监视与保护 。 5、BPC系统功能作用 旁路控制系统(By Pass Control System，简称BPC) 其主要功能是改善机组冷、热、温 态的启动特性，能自动满足机组滑 参数启动的要求；当电网故障或汽 机跳闸时，能快速开启旁路阀，配 合机组快速甩负荷FCB事故处理， 防止汽压越限；保护再热器等。它 以模拟量闭环控制为主。 6、其他控制系统 还有其它一些热工辅助控制系统 如：除氧器控制，煤、灰、渣、 水处理等控制，以及脱硫、脱硝 等环保控制系统。 随着火电技术和计算机控制技术 的发展，电气控制系统ECS等也 归入到单元机组控制之中。 7、管理和信息处理系统 厂级监控信息系统SIS Supervisory Information System of Plan SIS面向生产管理人员 SIS主要收集和处理电厂生产过程的实时 数据，以优化电厂生产运行。 厂级管理信息系统MIS Management Information System MIS主要面向厂级全面管理人员 MIS主要收集和处理非实时的生产经营、 管理数据以优化电厂经营管理。 系统自动运行与人工干预 自动控制系统一般情况下可以 不需人工干预。 但是，实际运行中会必然出现 一些问题和故障，这就需要运 行人员人工干预。 十、开关量控制系统主要内容 热工开关量控制的主要内容： 自动报警、 自动保护、 顺序控制。 自动报警 报警系统(Annunciation System或 Alarm System)的基本作用是参数越限 ，设备异常，声光报警。 它本身是开环监视，其输出信号以开关 量信号为主。自动报警系统是生产过程 自动化的一个重要组成部分。它的“提醒 ”可以引起操作人员的注意，及时采取防 范措施，保证机组正常运行。 自动保护 自动保护作用：防止事故产生、避免事 故扩大、确保设备和人身安全。 注意保护指令的权限最高 紧急停炉MFT 紧急停机ETS