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第1章分散控制系统（DCS）第2章单元机组协调控制系统（CCS）第3章顺序控制系统（SCS）第4章锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）第5章汽轮机数字电液控制系统（DEH）第6章锅炉给水泵汽轮机控制系统（MEH）第7章汽轮机监测系统（TSI)第8章紧急跳闸系统(ETS),大型机组自动控制系统,第1章分散控制系统（DCS）,1.1、DCS概述1.2、DCS的构成原理1.3、DCS的特点,1.1、DCS概述,DCS的概念,利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制系统。是高度发展的四“c”技术即计算机一Computer、通信Communication控制Control和CRT(阴极射线管Cothoderaytube)显示技术相结合的产物。这种新型系统采用单元组合组装方式(积木式)，为综合自动化创造成了有利条件。,DCS的发展,1.1、DCS概述,1.1、DCS概述,DCS产品简介,分散控制系统(如图)控制管理级过程控制级数据通信系统,1.2分散控制系统的构成,数据通信系统,过程控制级,控制管理级,过程控制级（PCU）过程控制级：是指直接与生产过程相连接，承担信号的输入，运算处理、控制量输出的设备。种类：闭环控制站构成直接数字控制系统数据采集站承担数据采集功能现场控制站的组成：其中至少要有一个以cpu为核心的控制器模件，通过内部总线与其它过程接口模件以及通信接口模件构成一个整体。,现场控制站基本结构,控制管理级控制管理级：用以实现系统的集中显示，操作与管理。构成控制管理级的主要设备：包括有操作控制站、工程师站和通信设备等，必要时还可以设置用于系统管理和计算的管理计算机(上位机)操作控制站：由一台功能较强的主机、CRT显示器、键盘、打印机、拷贝机等设备组成。（如图）工程师站：具有操作控制站的部分功能，主要用于对控制系统进行组态，参数调整和系统维护等任务。,数据通信系统数据通信系统：是把过程控制级与控制管理级连在一起的桥梁，同时也是分散控制系统的中枢神经。数据通信的传输介质：是一条采用双绞线或同轴电缆构成的高速通信线路，也称为数据高速公路(DHW)。常用的网络结构：有星形、环形和总线形三种，除此之外还有树形结构、网形结构以及三种基本结构为基础的复合形结构。,1、网络结构星形网络结构,结构功能：在网络中的各站有主、从之分。任何两个站之间的通信都必须通过主站。主站集中来自各从站的信息，按照一定的通信控制策略，把信息转发给相应的个站。特点：星型网络结构属于中型网络。主从站之间的链路是专用的，传输效率较高。从站设备比较简单，可靠性较低，如果主站出现故障，将影响整个网络的通信。应用：美国L&N公司的MAX-1000系统,总线形网络结构,结构功能：是以一条开环的无源通信电缆作为数据高速公路。所有的站都通过相应的硬件接口挂到总线上。各站的功能可以有主从之分，也可以不分主从站。特点：网络结构简单，易于扩展，可靠性高，某个站的故障不致影响其它站的工作（无主站方式）。易于通信线路冗余。安装费用较低。应用：西屋公司的WDPF系统、Honeywell公司的TDC-3000等。,环路网络结构,结构功能：各个站都通过各自的接口电路挂到一个首尾相连的环形总线上。各个站平等地行使通信控制权。信息在网上的传递总是从始发站出发，经过诸站，直至回到始发站。网上的每个站都要承担信息的接收、放大、再传送的任务，当出现故障，能自动旁路信息，而不影响信息的传递。特点：硬软件相对复杂便于实现高可靠性的通信，易于设置冗于的通信线路，但扩展性能不如总线方便。应用：Bailey公司的INFI-90系统,2、数据传输控制技术,查询式适用于具有主站的网络结构所有通信在主站统一指挥下进行，各结点之间没有冲突,广播式适用于总线型和环形网络结构自由竞争式：竞争发送、载体监听、冲突后退、再试重发（总线）通行标记式：即令牌式，（环形）时间分槽式：（WDPF）,存储转发式是一种允许网上所有站都能同时发送和接收信息的方式。适合于环形网络结构,1、硬件积木化2、系统分散化（功能）3、软件模块化4、系统功能综合化（可构成各种控制系统）5、高可靠性结构可靠、元器件可靠、部件级可靠、冗余技术。6、维护使用方便自检功能,1.3分散控制系统的特点,第二章：单元机组协调控制系统(ccs)COORDINATIONCONTROLSYSTEM,2.1概述一、CCS的概念二、CCS的基本结构三、CCS的特点2.2CCS的负荷主控系统2.3基础控制系统,基本概念：通过控制回路协调锅炉和汽机的工作状态，同时给锅炉和汽机调节系统发出指令，以达到快速响应负荷变化的需求，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力又稳定运行参数两方面的要求。,基本结构：两级递阶控制结构=上位的协调控制级+下位的基本控制级,一、CCS的概念,2.1概述,二、CCS的基本结构（如图）,上位控制级,作用：CCS的上位控制级，也称为单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。用于产生指挥机、炉各局部控制子系统动作的锅炉主控制指令（NB）和汽轮机主控制指令（NT）。组成：负荷指令管理中心、机炉主控制器,负荷指令管理中心在不同的协调控制系统中，负荷指令管理中心的结构和具体处理方式有一定的差异。然而其基本出发点是考虑对机组输出功率要求和机组实际能力两方面的因素，而且两者之间取其小值。同时又要考虑到对负荷变化速率的限制。还可能存在一些原因不明确的因素影响到机组的输出功率，这些因素可以间接地通过燃烧率偏差等参数反映出来。最后还要限定其最小和最大负荷的范围，最终形成机组的实际负荷指令(实际输出功率给定值),机、炉主控制器机、炉主控制器接受负荷管理中心给出的实际负荷指令N。并根据机组的情况和运行要求，选用合理的负荷控制方式(如手动方式、炉跟机方式、机跟炉方式、以炉跟机为基础的协调控制方式、以机跟炉为基础的协调控制方式等)，产生对锅炉的负荷指令(NB)和对汽轮机的负荷指令(NT)，送至锅炉和汽机局部控制回路执行。,下位控制级,也称为局部控制子系统，是整个单元机组协调控制系统的基础，主要作用是执行主控制系统的指令，完成指令的局部控制任务。包括以下相关控制系统：锅炉负荷（燃烧）控制系统燃料控制磨煤机控制风量控制给水控制系统蒸汽温度控制系统：过热汽温控制、再热汽温控制,其它控制系统（辅助控制系统）空预器冷端温度控制系统被调量：空预器冷端的烟气温度和它进口冷风温度测量值的平均值；调节手段：调节送风机进口热风再循环挡板除氧器水位控制系统被调量：除氧器水位（给水流量、凝结水流量）调节手段：凝结水流量控制阀除氧器压力控制系统被调量：除氧器压力调节手段：辅助蒸汽流量控制阀,凝汽器水位控制系统辅助蒸汽控制系统汽机辅助控制系统润滑油温度控制系统、汽机（EHC）油温度控制等,三、单元机组协调控制系统的特点系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级。把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。机炉协调控制器是一个多变量控制器，控制器设汁主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单易于工程实现和参数整定，便于操作，维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。,系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设汁有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制功能的要求。,系统可靠性高通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施保证机组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。,2.2CCS主控系统,组成：负荷指令管理系统机炉主控制器作用：产生指挥机、炉各局部控制子系统动作的锅炉主控制指令（NB）和汽轮机主控制指令（NT）。,一、负荷指令管理系统,主要功能：根据电网调度中心的要求负荷指令或运行人员改变负荷指令、电网调频指令以及机组主辅机运行情况处理成适当的适合于机组运行状态的单元机组负荷指令ULD(unitloaddemand)或实际负荷指令ALD(actualloaddemand)。,如图所示,具体功能正常情况下，由ADS或运行人员变动负荷，并经速率限制、最大最小负荷限制回路运算后产生机组负荷指令ULD；变负荷速率限制的手动设定；正常情况下参与电网调频（f校正）；机组最大/最小负荷手动设定；负荷返回（RB），快速负荷切断（FCB)、迫升/迫降（RU/RD），以及主燃料跳闸（MFT）时，机组负荷指令跟踪锅炉实际负荷指令；机组负荷指令ULD的增/减闭锁（BI/BD）,构成：负荷指令运算回路和负荷指令限制回路负荷指令运算回路作用根据负荷控制的要求选择目标负荷指令的形成方式；考虑到汽机等主要设备的热应力变化的要求和机组负荷的跟踪能力，对目标负荷指令信号进行适当的变化率限制；对机组参加电网调频所需负荷指令信号的幅值及调频范围作出规定。,方案（如图）,通过切换器T1可以选择电网中心调度所的ADS指令或机组就地设定的负荷指令（由信号发生器A产生），所选中的目标负荷指令经变化率限制器送至加法器。变化率限制值可以手动设定，或由汽轮机热应力信号自动设定，也可由其它对目标负荷指令的变化有充分要求的因素设定，当目标负荷指令的变化率小于设定值时，变化率限制器不起作用，只有当变化率大于设定值时才对它实行限制，使之等于设定值。函数发生器f(x)用来规定调频范围和调频特性，其特性相当于失灵区和限幅环节特性的结合。函数发生器的斜率代表了电网对本机组调频的负荷分配比例，此比例应与汽机控制系统的静态特性对应，即等于汽机的转速变动率的倒数。当不需要调频时可由T2切除调频信号。,负荷限制回路,主要作用：对机组的主机、主要辅机和设备的运行状况进行监视，一旦发生故障而影响机组的负荷，或危及机组的安全运行时，就要对机组的负荷要求指令进行必要的处理与限制，以保证机组能够继续安全、稳定地运行。故障因素：1、跳闸或切除（直接确定）2、工作异常（间接确定）组成（功能）：1、最大/最小负荷限制回路2、负荷返回回路（RUNBACK）3、快速负荷切断回路（FASTCUTBACK）4、负荷闭锁增/减回路（BLOCKI/D）5、负荷迫升/迫降回路（RUNUP/DOWN）,最大/最小负荷限制回路,该回路的主要作用是保证机组的实际负荷指令不超越机组的最大最小允许负荷值。最大和最小允许负荷值可由手动设定，但是最大允许负荷设定值必须受机组最大可能出力值的限制。,如图，图中双向限制幅器的输入NS为要求负荷指令，输出N0为实际负荷指令两者的关系为当NsNmax时N0=Nmax当Ns实际参数)和最大的负偏差(指令实际参数)信号，然后由高限和低限监控器分别对偏差进行监视，由此组成偏差监视回路。,正常情况下跟踪保持器FH置跟踪状态，其输出跟踪输入变化。切换器T1、T2的ac端通，闭锁增/减回路不起作用。异常情况下，例如，正偏差达到高限制监控器定值时，高限监控器动作，使跟踪保持器（FH)置保持状态。此时，其输出保持在动作前瞬时的输入值，同时使切换器T1的bc端接通，将动作前瞬时的实际负荷指令No作为限幅器的高限，从而闭锁了负荷指令的增加，而负荷指令的减小仍是允许的，即只减不增。同样，当负荷偏差达到低限监控定值时，低限监控器动作，使跟踪保持器(FH)置保持状态，同时使切换器T2的bc端接通，从而闭锁了负荷指令的减小，使之只增不减。,负荷迫升迫降回路（RU/RD）对于第二类故障，除采取负荷闭锁增减措施外，通常还进一步采取迫升追降措施。本回路的主要作用是对有关参数的偏差大小和方向进行监视。如果他们超越限值，且相应的控制器输出已达到极限位置，不再有调节余地，则回路根据偏差的方向，对实际负荷指令实迫升或迫降，以使偏差回到允许限值范围内，从而达到缩小故障危害的目的。如果说负荷闭锁增减是“消极防守”性措施，那么负荷迫升迫降则是“积极进攻”性措施。从偏差允许限值范围看，一般，前者为第一道防线；后者为第二道防线。,通常情况下，下列情况之一发生，则产生对实际负荷指令的迫降：(1)送风机调节挡板已达最大极限位置，同时，送引风量小于送风量控制指令并达到了规定的偏差允许值；(2)给煤机转速已达最大极限转速，同时，实际燃料量小于燃料量控制指令并达到了规定的偏差允许值；(3)给水泵转速已达最大极限转速，同时，实际给水量小于给水量控制指令并达到了规定的偏差允许值。产生负荷指令迫升的条件与迫降的条件相反。,图所示为一种负荷迫升迫降功能可能实现的方案,对偏差信号的监视部分与前述负荷闭锁增减回路相似，只是把高、低限监控器的定值范围取得更大些。正常情况下，T3和T4的ac端通，自动手动(AM)器置工作状态，即输出等于输入。积分器置跟踪状态，其输出跟踪实际负荷指令N0，这时负荷迫升追降回路不起作用。异常情况下，即偏差超越了限值，例如正偏差超越高限监控器定值时，高限监控器动作，使积分器置工作状态，自动手动器置跟踪状态，其输出跟踪实际负荷指令N0。与此同时，切换器T3和T4的b-c端通，积分器接的偏置信号为负值，于是积分器输出以动作瞬时的N0值为起点而下降，通过T4的bc端，实际负荷指令N0下降，直至偏差回到限值范围内。监控器重新置积分器为跟踪状态，自动/手动器为工作状态，T3和T4的ac端通，由于自动/手动器输出原先跟踪N0，故恢复正常时不会造成切换扰动。,同样，当负偏差超越限值时，低限监控器动作，使积分器置工作状态，自动手动器置跟踪状态，T3的dc端通，T4的bc端通，积分器接受的偏差信号为正值，其输出以动作前瞬时的N0为起点上升。此时经T4的bc端，实际负荷指令上升，直至偏差回到允许限值范围内，才恢复原先正常值。负荷指令限制回路的输出N0就是机组的实际负荷指令，它作为机炉协调控制系统的功率给定值。,负荷指令的跟踪CCS的主控系统设计了多种负荷控制方式，在各种控制方式进行切换时就需要考虑有完善的自动跟踪功能，以实现无扰动切换。当机组功率处于手控方式时，机组目标负荷跟踪实际发电功率，跟踪通过相应的切换开关来实现。,二、机炉主控制器,单元机组中输出电功率NE被视作机组外部参数，反映了机组对外能量的输出量。对它的基本要求是迅速适应负荷变化的需要。汽轮机进出口汽压PT(也是锅炉出口汽压)被视作机组的内部参数，反映了机、炉之间用汽和产汽的能量平衡与否，以及机组蓄能的大小，它是机炉运行是否协调的一个主要指示。对它的基本要求是在机组负荷不变时保持为给定值；在机组负荷变动时允许在给定值附近规定的范围内变化。,负荷控制的基本原则及方案,根据被控制对象动态特性的分析，从燃烧率(及相应的给水流量)改变到引起机组输出电功率变化的过程有较大的惯性和迟延。如果只是依靠锅炉侧的调节，必然不能获得迅速的负荷响应。汽轮机调门动作可使机组释放部分蓄能，输出电功率暂时有较迅速地增加。因此，为了提高负荷响应性能,可在保证机组安全运行(即汽压在允许范围内变化)的前提下,充分利用机组的蓄热能力,也就是在负荷变动时,通过汽轮机调门的适当动作,允许汽压有一定的波动而释放或吸收部分蓄能,加快机组初期负荷的响应速度。与此同时，加强对锅炉侧燃烧率(及相当的给水流量)的调节,及时恢复蓄能,使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致的基本原则，也就是机炉协调控制的原则。,大多数负荷控制的基本方案是一个以前馈反馈控制为主的多变量协调控制方案。其中，反馈控制是负荷控制的基础，通过它来确保机组内外两个能量供求平衡关系，以及实现各种负荷控制方式的选择切换。前馈控制主要是为了补偿机组的动态迟延，加快负荷响应，同时也为了保证有关运行参数和稳态值与指令一致，以及动态变化始终在其稳态值附近。一般，负荷控制系统中还包含非线性的控制元件,其作用大多为保证充分利用蓄热能力，并使汽压不超出允许范围。,负荷控制方式机炉负荷控制部分通常能够实现多种负荷控制方式，以适应不同运行条件及要求。单元机组负荷自动调节方式：有定压运行和滑压运行两种定压运行：是维持汽轮机前主蒸汽压力稳定，它有三种方式：炉跟机方式、机跟炉方式、机炉协调方式。滑压运行：将汽轮机进汽阀维持在一个较大的开度或全开上，使主汽压力随负荷而变化，而主蒸汽温度不变。适用于带基本负荷的机组。,定压运行炉跟机方式,汽机调节机组的输出功率，锅炉调节汽压。,这种方式能适应负荷，充分利用锅炉蓄热，但汽压变动很大。在单元机组中，当锅炉设备运行正常，机组的输出功率因汽机设备上的原因而受到限制时，可采用该方式。,机跟炉方式,汽压变化很小，但没有利用锅炉的蓄热，适应负荷能力较差。适用于承担基本负荷的单元机组，此外，当汽机侧设备运行正常，而机组的输出功率因锅炉设备上的原因而受到限制时，也采用该方式。,由锅炉调节负荷，而由汽机调节汽压。,机炉协调方式以锅炉为基础,由汽机控制输出功率，汽机配合锅炉控制汽压,降低电功率响应性能来提高汽压控制质量。,以汽机为基础,汽机控制汽压，汽机配合锅炉控制输出功率。,加大汽压波动来提高功率响应性能。,综合型,锅炉和汽机共同控制输出功率和汽压。,负荷响应性能好，汽压波动小，充分利用锅炉的蓄热。,控制方式的切换（如图及表）,负荷控制方式的实现,控制方式原则性方案,滑压运行,目前，采用滑压运行大型单元机组越来越多单元机组采用定压运行或滑压运行时的负荷协调控制方案是有所区别的,但协调控制的基本原则是相同的。单元机组滑压运行通常是在一定负荷范围内进行的，在较低负荷和较高负荷时作定压运行。汽轮机前汽压PT和汽轮机开度T与负荷之间的静态关系(滑压曲线)如图所示,当NN1作定压运行,汽压给定值P0为Pmin，通过汽轮机调门开度改变负荷；当N1NP1,(a),(b),为用汽量Dq不变（q相应地进行调整)汽压变化的阶跃反应曲线。由图中可看出，汽压变化一开始有迟延，最后直线上升。这说明燃烧率阶跃扰动后，炉膛多产生的热量全部用来提高汽压。由于用汽量不变，所以PPbPm保持不变，即P1=P2。此时，汽压调节对象没有自平衡能力。为用汽量Dq变化(q开度不变)时，汽压变化的阶跃响应曲线。由于汽压升高后，而汽轮机进汽阀开度不变，则蒸汽流量也相应地增加，自发地限制汽压的增加，因此锅炉汽压就成为一个有自平衡能力的调节对象，而汽包压力Pb与出口汽压Pm之差p也随着增加.,负荷扰动时汽压变化的动态特性,q(Dq),q,Dq,Dq(D),P,Pb,Pm,P1,Pm,P2=P1,Dq,Dq,P1,Pm,P2=P1+Pm,P,Pb,Pm,t,t,t,t,（a)q阶跃变化,(b)用汽量Dq阶跃变化,q阶跃变化当Pq突然开大q时，汽轮机的进汽量Dq立即成比例增加Dq。导致锅炉出口汽压Pm立即下降(Pm)。Pm的下降使PbPm增大，锅炉输出的蒸汽流量D相应增加，直至与Dq平衡，从而阻止了Pm的进一步下降。此后，由于锅炉的燃烧率未变而蒸汽流量却增大了，汽包压力Pb开始缓慢下降，使蒸汽流量D相应减少，并导致Pm缓慢下降。随着Pm的下降。在进汽调节阀q开度不变的情况下，进汽量Dq也相应地逐渐减小。最后Dq与Pm都回到原值，汽压也重新稳定在较低的数值上，而Pb与Pm的压差恢复到扰动前的大小，即P1P2汽压反应曲线自发趋向稳定表明对象有自乎镕能力。,Dq阶跃变化：当用汽量阶跃增加Dq时，(为了使用汽量在阶跃扰动后保持不变，必须连续不断地开大调节阀)，由于燃烧率未变，锅炉的供热量始终满足不了用汽量增大的需要。在扰动一开始，压力Pm立即下降Pm然后以一定速度下降。汽包压力Pb也随着Pm的下降等速下降，以保证Dq不变，所以Pb与Pm之差始终保持P1十Pm的数值，这时对象无自平衡能力。,燃料量控制系统(汽压调节系统)该系统的主要任务是当外界负荷变化引起汽压变化时。自动改变进入炉膛的燃料量，使锅炉的蒸汽流量改变，以维持汽压恒定。因此，在该控制系统内，汽压P为被调量，燃料量B为调节量。空汽流量控制系统(送风调节系统)该系统的主要任务是在锅炉燃料量发生变化时，相应地调节送风量，使进入炉膛的空气量与燃料量恰当配合，以维持一定的过剩空气系数，确保燃烧的经济性。炉膛压力控制系统(引风调节系统)锅炉护膛压力的高低关系着锅炉的安全经济运行，压力过低有引起炉膛内爆的危险，压力过高会造成风机耗电量增加，排烟热损失增加。该系统的主要任务是使得引风量与送风量相互配合，以维持炉膛压力为一定值。,炉膛燃烧调节系统,第3章顺序控制系统（SCS）sequencecontrolsystem,3.1、概述3.2、顺序控制在电厂中的应用3.3、应用举例3.4、可编程控制器,3.1、概述,在生产过程中有两大类控制:调节控制(modulatingcontro1)顺序控制(sequencecontrol),顺序控制的基本概念,调节控制也称闭环控制，它利用反馈方法将被控制量与给定值进行比较，然后根据比较的结果，改变控制量，使得被控制量维持在要求值。在这类控制系统中，控制器的输入输出量均为模拟量，所以亦称模拟量控制系统。,顺序控制是另外一类控制，它仅与设备的启、停、开、关有关。它根据生产过程的工况和被控设备的状态等条件，按照预先规定的顺序去启、停、开、关被控设备。在这类控制系统中，检测、运算和控制用的信息全部是“有”和“无”两种信息，这种具有两种状态的信息称为开关量信息，因此这类控制也称为开关量控制。顺序控制系统是一个比较新颖的控制系统，随着科学技术的发展，顺序控制广泛地应用于各种场合的生产工艺过程，以提高生产的自动化水平，实现生产的现代化。,功能,大型火电单元机组顺序控制系统(sequencecontrolsystem)一般简称SCS。它的功能是对大型火电单元机组热力系统和辅机，包括电动机、阀门、挡板的启、停和开、关进行自动控制。,必要性,随着机组容量的增大和参数的提高，辅机数量和热力系统的复杂程度大大增加，一台600MW机组约有辅机、电动气动门、电动气动执行器300余台套。例如华能上海石洞口二厂600MW机组，顺序控制系统按工艺系统特点分成约40个功能组，共控制机、炉辅机约93台、阀门约139只、主要挡板约20台(未包括BMS系统中的顺序控制部分)。顺序控制系统涉及面很广，有大量的输入输出信号和逻辑判断功能。一台600MW机组的顺序控制系统有20003000多个输入信号、1000多个输出信号、800多个操作项目。对如此众多而且相互间具有复杂联系的热力系统和辅机设备，靠运行人员进行手工操作是难以胜任的，必须采用安全可靠的自动控制装置，对热力系统和辅机实现顺序控制。,顺序控制采用的装置,可编程控制器(PLC)和微机分散控制系统(DCS)可编程控制器具有可靠性高、逻辑组态和修改方便、维护工作量小等优点，广泛地用于顺序控制系统。采用微机分散控制系统，SCS作为整个分散控制系统的一个组成部分。微机分散控制系统不仅具有可编程控制器的所有优点，而且可与数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)有机地结合起来，实现数据共享，从而节省大量的检测元件和信号转换装置。目前国内大部分采用微机分散控制系统的机组，SCS系统都直接采用分散控制系统来实现。,采用顺序控制后，对于一个热力系统和辅机的启、停，操作员只须按一个按钮，则该热力系统的辅机和相关设备按安全启、停规定的顺序和时间间隔自动动作，运行人员只需监视各程序步执行的情况，从而减少了大量繁琐的操作。又由于在顺序控制系统设计中，各个设备的动作都设置了严密的安全连锁条件，无论自动顺序操作，还是单台设备手动，只要设备动作条件不满足，设备将被闭锁，从而避免了操作人员的误操作，保证了设备的安全。,顺序控制的作用,3.2、顺序控制在电厂中的应用,顺序控制系统的控制范围包括与机、炉、电主设备运行关系密切的所有辅机，以及阀门、挡板等。顺序控制系统按热力系统将辅机划分为若干功能组(functiongroup)，功能组就是将属于同一系统的相关连的设备组合在一起，一般是以某一台重要辅机为中心。如引风机功能组，就包括引风机及其轴承冷却风机、风机和马达的润滑油泵、引风机进出口烟道挡板、除尘器进口烟道挡板等。另外还有一些相对独立的程控系统，如输煤、除灰、化学补给水处理、凝结水处理、锅炉吹灰、锅炉定期排污等系统，一般为独立的顺控系统，用可编程序控制器(PLC)来实现。,目前单元火电机组的顺序控制系统，一般分为三级，即机组级、功能组级和设备级。机组级是最高一级的顺序控制，也称机组自启停系统。它能在少量人工干预下自动地完成整台机组的启停。SCS机组级程序在接受机组启动指令后，将机组从起始状态逐步启动到带负荷，直至100负荷，中间只有少量断点，由操作员人工确认按下按钮，程序就继续进行下去。功能组级是操作人员发出功能组启动指令后，同一功能组的相关设备将按预先规定的操作顺序和时间间隔自动启动。设备级是SCS的基础级，操作人员通过CRT键盘对各台设备分别进行操作，实现单台设备的启停。,3.3、应用举例（送风机A功能组）,1）至少有一台吸风机在运行；2)送风机B入口动叶开，或送风机B在运行且送风机B入口动叶在自动；3)送风机B出口挡板开；4)送风机A入口动叶关；5)送风机A出口挡板关；6)至少有一台吸风机入口动叶控制在自动；,送风机A功能组启动许可条件,7)空气预热器A二次风挡板开，或空气预热器B二次风挡板开且送风机连通挡板开；8)两台吸风机均运行，或至少有一台吸风机运行且没有送风机在运行；9)送风机A马达润滑油压正常；10)没有功能组停止指令；11)没有吹扫后风机脱扣信号；12)没有安全保护脱扣信号。,1)有功能组停止指令；2)送风机A马达润滑油压低超过3s；3)吹扫后风机脱扣信号；4)送风机A振动大于5MILS；5)两台吸风机跳闸；6)手动按停送风机A按钮。,当下列任一信号出现时，发出停止指令去停送风机A,3.4、可编程控制器（ProgrammableLogicController),国际电工委员会(IEC)1987年2月将可编程序控制器定义为一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。,PLC的结构虽然由于生产厂家不同而有些差异，但其基本组成大致相同如图所示，主要包括四个部分。,PLC的基本结构,中央处理机是PLC的大脑，包括中央处理器（CPU)、系统程序存槠器和用户程序存储器。-中央处理器完成PLC所进行的逻辑运算；数值计算、信号变换等任务，并发出管理、协调PLC各部分工作的控制信号。其主要用途是处理和运行用户程序，监控中央处理机和输人输出部件的全部信号状态并作逻辑判断，按控制要求根据各种输入状态变化输出信号给有关部分，指示PLC的现行工作状态或做必要的应急处理。,-系统程序存储器主要存储系统管理和监控程序，对用户程序做编译处理。系统程序要永久保存在PLC中，不能因关机、停电或其他部分出现故障等原因而改变其内容。这部分程序根据各种PLC的功能不同，制造厂家在出厂前已固化，作为机器的一部分提供给用户，用户不能修改。-用户程序存储器用来存放由编程器或磁带输入的用户控制程序，用户控制程序是根据生产过程和工艺要求由用户编制的程序，可通过编程器修改。,电源部分电源部分把交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作。,输入部分输入部分由输入端子和输入状态寄存器(输入继电器)组成。限位开关、操作按钮、传感器等发出的输入信号，送进输入部分后被转换成中央处理机能够接收和处理的数字信号存储起来并适时地传送给中央处理机处理。,输出部分输出部分由输出端子和输出状态寄存器(输出继电器组成。中央处理机把PLC执行用户程序过程中产生的输出信号转换成现场被控设备能接受的控制信号存储起来并适时送给外部执行设备。例如电磁阀、接触器线圈、信号灯等。,PLC的工作原理,PLC可被看作一个执行逻辑功能的工业控制装置。其中完成逻辑运算功能的是中央处理器(CPU)，存储器用来保持逻辑功能，因此可把PLC基本结构框图改画成如图所示的类似于继电器控制的等效电路图PLC的等效电路示意图可分为输入部分、中央处理机部分和输出部分。,输入部分PLC通过其输入部件收集被控设备的信息或操作指令。输入端子是外部开关(行程开关、转换开关、按钮开关等)及传感器(由一些敏感元件组成的器件)等向PLC输入信号的端口。图中X0、xl、x2等是PLC内部与输入端子相连的输入继电器，它们由接到输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源组件提供(如直流24V)，也有用独立的交流电源(如交流220V)供给的。等效电路中的一个输入继电器，实际对应于PLC输入端的一个输入点及其对应的输入电路。例如一个PLC有16点输入，那么它相当于有16个输入继电器在PLC内部与输入端子相连，并提供PLC编程时使用的许多动合(常开)触点和动断(常闭)触点。,PLC中央处理机部分PLC中央处理机部分的核心是中央处理器CPU，它负责把输入信号存入PLC并按照用户的指令执行后把执行程序的结果送到输出端而且还兼顾响应PLC各外围设备(例如编程器、打印机等)的请求。在中央处理机中的存储器有两类：一类是随机存储器R枷和电可擦可编程只读存储器EEPROM，主要用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序；另一类是只读存储器ROM，主要用来存放系统管理程序和监控程序等固定不变的内容。,输出部分PLC是通过等效电路的输出部分将内部控制电路确定的输出信息向外部负载输出。一个PLC如果输出点为12点，那么，PLC输出部分就有12个输出继电器。图中输出部分的Y0、Y1、Y2等均为输出继电器的触点与输出端子相连。输出继电器除提供一个供实际使用的动合触点外，还提供用于PLC内部使用的许多对动合和动断触点(通过软件实现，并非通常继电器的实际触头)。PLC的输出根据用户的负载要求，可选用不同类型的负载电源。在输出类型上有用于直流的晶体管输出和用于交流的可控硅输出。,以三相鼠笼式异步电动机启动与停止的控制电路为例，说明用PLC构成控制系统的基本过程。,如图（a)所示是电动机的继电器控制电路图，它的工作过程如下：当按下启动按钮SBl时，交流接触器KM的线圈接通，它的几个动合触点闭合，其中三个主触点KA、KB、KC闭合(如图所(b)所示)，电动机接通三相交流电启动运行，同时KM的另一个辅助触头KD也闭合，使接触器线圈通路自锁保持(SBl按钮放松断开，电动机仍保持转动)，当按下停转按钮SB2时，KM线圈断开，电动机即停止运行。,综述4.1炉膛安全监控系统概述4.2600MW机组现场设备简介4.3600MW机组FSSS的组成4.4火焰检测系统4.5FSSS的运行程序,第4章锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）FurnaceSafeguardSupervisorySystem,一、在电厂中的作用在锅炉正常运行和启停等各种方式下，连续监视燃烧系统的大量参数以及设备的装态，当出现异常情况时发出报警或通过联锁完成必要的操作，甚至紧急停炉。禁止运运行人员在手动操作时的误动作。能执行运行人员来不及操作的快动作。在执行燃烧设备操作时，严格按照既定的安全操作规程进行。,综述,二、与CCS的关系FSSS是大型锅炉自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分，它与CCS一般起被称为现代大型火电厂控制系统的两大支柱。CCS实现对锅炉运行参数的自动调节，使参数保持在给定值范围内，从而保证在自动调节方式下经济、安全运行。FSSS不直接参与自动调节，其主要是保证锅炉炉膛安全，避免炉膛爆燃事故的发生。CCS向FSSS提供逻辑判断所必需的各种参数和设备状态信息。,FSSS根据CCS提供的信息进行逻辑判断、安全联锁和顺序控制以确保锅炉的按全运行。由于FSSS具有最高级别的安全联锁功能，所以它能行使超越运行人员操作和过程公安部门系统的功能。在锅炉启停、自动调节或运行人员手操都受FSSS的监视，如条件不符、参数越限或有违反安全规程的操作FSSS将发出报警、主燃料跳闸实现紧急停炉。,三、目前我国火力发电厂中FSSS的概况国产：东方锅炉厂、东北电院、哈尔滨泛微电子工程公司等。进口：日本三菱、美国贝蕾、美国福尼、美国CE公司等。,一、形成炉膛爆燃的原因及防止措施锅炉炉膛爆燃将造成人员伤亡和设备破坏，严重危及电厂安全运行，因此，避免炉膛发生爆燃是锅炉保护的一个重要项目。FSSS是一个根据锅炉安全运行规程设计而成的逻辑控制系统，其核心就是防止炉膛爆燃的发生。,4.1炉膛安全监控系统概述,外爆：积存在锅炉炉膛、烟道和通风管道中的可燃混合物突然被点燃，使烟气侧压力升高，造成炉墙结构破坏的现象，称为外爆。内爆：由于烟气侧压力过低，造成炉墙结构破坏的现象，称为内爆。内爆是由于参数控制不当而造成的,所以由CCS解决，FSSS主要解决外爆问题。,爆燃的定义,燃烧的条件燃料与空气混合物所含燃料浓度达到可燃烧的范围。温度两者有内在的联系，温度越高，可燃浓度范围越大，反之则反。由此可见，燃烧应有合适的浓度比和相应的点火能源。,爆燃形成的原因,锅炉运行工况分析在正常情况下燃烧条件满足，送入炉膛的燃料立即被点燃，燃烧后生成的烟气也随时排出，炉膛中不会有可燃混合物积聚，烟气侧压力也不会升高。炉膛温度低，点火能源不足或可燃混合物浓度比不当，都不能被点燃，混合物进入炉膛后将积聚起来。积存在炉膛中的混合物经扩散后，浓度会进入可燃烧范围，则有可能被点燃。,炉膛中积存了可燃混合物，如有其他点火能源出现，并且能源足够大，则能将可燃混合物点燃，由于火焰传播速度很快，可视为积存的可燃混合物同时被点燃，生成的烟气容量急剧增加，一时来不及排出炉膛，则会造成烟气侧压力骤增，发生爆燃。,发生爆燃的条件炉膛或烟道内有可燃混合物的积存；积存的可燃混合物浓度进入可燃范围；具有足够的点火能源；以上三个条件应同时存在将产生爆燃。,从产生爆燃的原因和影响爆燃危害程度的因素可推出防止爆燃的原则性措施如下：在主燃料与空气混合物进口处有足够的点火能源，点火器的火焰要稳定，具有定的能量而且位置恰当，能把主燃料点燃。当有末点燃的燃料进入炉膛时，这段时间应尽可能缩短，使积存的可燃混物容积只占炉膛密积的极小部分。对于已进入炉膛的可燃混合物尽快地冲淡，使之超出可燃范围，并不断地把它吹扫出去。当送入的燃料只有部分燃烧时，应继续冲淡，使之成为不可燃的混合物。,防止爆燃的原则性措施,不同运行工况下的防止爆燃的具体措施不尽相同，例如：暖炉点火此时炉膛温度低、无预热空气、操作多。点火前防止燃料进入炉膛（检漏）用空气吹扫炉膛和烟道。点火时燃烧器数量尽可能少，但要均匀；燃料10%额定量；空气量25%额定量；时间要短。危险情况：点火器能量过小，不能点燃燃烧器，但有火焰；虽然能点燃燃烧器，但时间过长。,典型运行工况下的具体措施,火焰中断任一燃烧器火焰中断，立即切断该燃烧器燃料源；全部火焰熄灭，应立即切断全部燃料源，同时进行炉膛吹扫（时间5min）。（燃料阀门与燃烧器之间有一段管道，燃料切断后管道中积存的燃料仍继续进入炉膛；燃料阀门关闭后仍有泄露。）,暖炉油点火在吹扫完成后，检查点火条件，如满足则自动顺序启动暖炉油层。包括点火许可条件扫描；暖炉油系统检查；油层及油角控制；状态监视。,二、FSSS的主要功能,炉膛点火前的吹扫在锅炉点火前将炉膛及烟道内即存的可燃混合物吹扫掉，防止点火时发生爆燃。要求风量30%额定量；时间5min。,连续运行的监视在正常运行过程中监视各种参数和设备状态，如发现某些参数越限或设备异常将发出报警，完成某些辅机或系统的自启停，甚至发出MFT指令。,主燃料引入在暖炉油点火完成后，检查煤层投入许可条件，满足时自动启动燃煤层。包括煤层启动许可条件扫描；磨煤机、给煤机和热风门的控制；各设备状态信号监视。,紧急停炉在危险工况下实行紧急减负荷或紧急跳闸。,负荷返回（RunBack）锅炉及汽轮机的部分辅机故障引起的减负荷。最终将负荷减至相应的目标负荷（满负荷的20%、50%、70%）。快速减负荷（FastCutback）发电机或汽轮机出现瞬时故障引起的减负荷。最终将负荷减至满负荷的10%或只带厂用电。,主燃料跳闸（MasterFullTrip）对锅炉运行过程中的一些重要参数和设备的状态进行连续监视，只要其中之一越出安全范围，系统将发出MFT指令，切断进入锅炉的全部燃料源实行紧急停炉。,跳闸后的吹扫MFT信号发出后，使辅助风挡板自动切换到吹扫位置，保持30%的风量，当炉膛吹扫条件满足时，自动进入吹扫计时，吹扫时间不小于5分钟。,锅炉为亚临界中间再热式强制循环汽包炉。燃烧系统采用角式切向燃烧及中速磨直吹式制粉系统，共配置六台RP-983晚型中速磨煤机，每台磨煤机分别供一层四个角的燃烧器。主燃烧设备采用四角布置切向燃烧摆动式煤粉燃烧器，按高度方向分六层（A、B、C、D、E、F）布置，每层四个角的燃烧器通过四根一次风管与一台磨煤机相接。,4.2600MW机组现场设备简介,每台磨煤机配置一台Stock电子称重式皮带给煤机，它接受CCS的控制，精确地向磨煤机提供锅炉燃烧所需的煤量。二次风口与燃烧器相间布置，喷口的角度，除顶部燃尽空气喷口手动外，其余空气喷口与相应的燃烧器一起由设置在四角的液压驱动器带动来实现。二次风挡板包括六层燃料风挡板、六层辅助风挡板和两层燃尽空气挡板。挡板开度根据FSSS系统关于挡板开、关和位置指令及CCS系统的控制信号加以控制。,每角燃烧器箱内设有三层（AB、CD、EF）共十二支C-E“WRTE”型重油蒸汽雾化油枪，油枪也随二次风口上下摆动，用毕后可由遥控装置使其退入中心导管内。十二支高能电弧点火器分别与十二支油枪装在同一风口中，使用时伸入，点火完毕随即退入导管。为了检测有无火焰，设置了五层火焰检测层（AB、BC、CD、DE、EF），每层四支C-ESAFESCAN型火焰检测器分别安装在四角的二次风箱内。其中BC、DE层只检测火球火焰，而AB、CD、EF层不仅检测火球火焰而且还检查单根油枪火焰。,燃烧器控制系统BurnerControlSystem（BCS）功能对锅炉及燃烧系统的设备进行连续监视和启停的顺序控制。向CCS和PPS（PlantProtectionSystem)提供信息。实现手段由计算机软件组态。,4.3600MW机组FSSS的组成,一、从功能