第四章--DAS系统讲述

授课教师 毛忠国二零零九年八月 六盘山电厂300MW机组培训班 热控 授课提纲 第四章数据采集系统大型火力发电机组上的数据采集系统 简称 是热工自动化控制技术的基本功能 它能够连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状态信号 以便及时向操作人员提供有关的运行信息 实现机组安全经济运行 一旦机组发生任何异常工况 能及时报警 提高机组的可利用率 第一节计算机数据采集系统的基本结构一 小型计算机数据采集系统以小型计算机构成的典型数据采集系统如图所示 系统特点 1 系统与外部或外设交换的信息可以由I O处理机进行处理 加快了I O处理速度 提高了外设与主机之间工作的并行程度 2 小型计算机具有较高的运算速度和处理能力 可以进行大量的 复杂的运算和数据处理 因此 规模比较大和运算比较复杂的DAS可以采用小型机构成系统 3 小型计算机具有比较强的外部设备驱动能力 可以满足各种不同层次的数据处理要求 4 小型计算机一般配有比较完善的指令系统 而且能够支持多种高级语言 具有更加完善的操作系统和应用软件 二 微型计算机数据采集系统以微型计算机构成的数据采集系统如图所示 系统特点 1 结构简单 易于实现 能满足中 小规模DAS的要求 2 微机比小型机对环境的要求较低 能在较恶劣环境下工作 3 微机价格低廉 可降低DAS的投资 较小的系统也可采用 4 采用微机的DAS可作为分布式DAS的基础 进一步扩充 5 微机的应用基础好 各种I O模板及应用软件都比较齐全 便于使用 便于维修 系统由若干个 站 和通讯网络组成 系统特点 系统的适应能力强2 系统的可靠性高3 系统的实用响应性好4 对系统硬件的要求比较低 三 分布式数据采集系统分布式数据采集系统的结构如图所示 第二节计算机DAS的基本功能一 数据采集功能1 按规定的扫描周期 连续地采集全部模拟量 扫描周期视模拟量参数重要性及变化速度而定 2 在规定的时间 1秒种 内 对全部的开关量进行一遍采集更新 3 对重要开关量的变态 进行事件顺序记录 在采集过程中区分先后秩序 4 具有脉冲量采集功能 应用软件按一定周期读入计数值 二 输入信号预处理功能1 对所有模拟量输入信息 通过极值 变化率 相关比较等办法作正确性判断和误差检查 包括对变送器信号故障的检查和处理 对不正确的或误差超限的信号进行自动显示报警 2 对波动较大的模拟信号进行数字滤波 以消除噪声 如汽包水位等 3 对热电偶 差压流量等非线性模拟量输入信号进行线性化处理 4 具有热电偶冷端温度补偿和开路检查功能 5 实现信号的工程单位变换 包括 标度变换 标准校正 漂移测试 增益优化 偏移校正等 6 对开关量输出信号进行有效性检查 7 对脉冲量信号进行累积 并具有自清零和溢出指示 三 报警功能1 具有报警优先级CRT报警功能允许每个模拟量及触点报警条件中有一个特定的优先级 操作员可以方便地辨别所选定的优先级 工程师站可以识别各类的报警优先级 并能够改变优先级的测点指定 2 模拟量报警功能 1 固定极限值检查及越线报警 2 可变限值报警 3 极限值报警 4 报警返回 5 报警切除 四 开关量变态处理功能 开关量输入信号主要来自各种开关量变送器 例如温度 压力 液位 流量 差压开关以及反映辅机工作状态的继电器接点 开关量的处理主要是监测开关量的状态变化 五 事故顺序记录功能当反映机组故障 事故或重要保护开关动作等事件的中断型开关量输入动作时 起动事件顺序打印记录 一般分辨率为1 5ms 有的可做到小于1ms 一台300MW机组的事件顺序记录容量一般为128点左右 每个顺序事件均以小时 分 秒 毫秒打印出发生变化的时间 事件顺序记录可以自动贮存在存储器中 并能根据命令进行打印 六 CTR显示功能每个CRT均可将全部过程变量的实时数据和运行设备的状态 以适合于运行人员监视的方式显示出来 屏幕上显示的内容统称为画面 1 画面种类有 模拟图 2 棒形图 3 历史曲线图 4 起停曲线图 5 相关趋势图 6 成组显示图 7 一览表 8 自定义组显示 9 目录检索画面 2 画面的基本要求 1 每幅画面可显示过程变量的实时数据和设备运行状态 每秒更新一次 2 各显示参数与状态用不同颜色区别正常 越限 运转 停止 开 关等工况 3 不同参数的曲线 不同设备 不同系统连接均以不同的颜色区分 4 提供画面窗口显示 滚动画面显示和图象缩放显示等功能 七 打印制表与拷贝功能1 定时制表 包括值报表 日报表等2 随机打印 包括 1 报警打印 2 开关量变态打印 3 事件顺序记录 4 系统修改记录3 请求打印 包括 1 成组参数打印 2 事故追忆打印 3 交接班记录打印 4 历史数据打印 4 拷贝 CRT上显示的画面 包括模拟图 曲线以及各种表格 参数等 均可通过运行人员请求进行拷贝 八 操作请求与操作指导功能1 点参数的显示 打印 输出 以及时间的显示与设置 2 报警值的确认 3 主要辅机设备的运行状况信息 4 模拟量的预测趋势显示 5 机组启停操作指导 6 机组最佳运行操作指导 7 预防或处理事件操作指导九 事故追忆功能1 系统可保存若干个重要模拟量的最近发生数据 可以长期保存事件顺序记录参数 在必要时 通过运行人员进行请求事故追忆 2 事故追忆打印 可完成事故前5分钟和事故后5分钟内对指定参数变化值的打印 十 二次参数计算功能由过程通道直接检测到的参数称为一次参数 而把一次参数进行某种数学运算而获得的参数称为二次参数 1 二次参数的计算内容包括 1 累积计算 2 差值计算 3 变化率计算 4 补偿计算 5 其它合成计算2 计算要求 1 对于合成值的计算 输入点应在一个扫描周期内 且应采取尽量相靠近的采入点 2 若合成值的某一个源输入退出扫描 则此合成点要置成无值并发出报警 此时可使用一个代替值或人工输入值使处理继续进行 代用值在求最大 最小或平均值场合也可以用保留值 十一 性能计算和经济分析功能系统可以提供在线性能计算的能力 计算机组以及辅机的各种效率和性能值 如 热耗 汽耗 煤耗 厂用电 热效率等 给运行人员和管理人员提供操作和运行管理信息 十二 人机联系功能包括 运行员 工程师 程序员等操作功能1 运行员操作功能运行员可通过操作台上的键盘和CRT与DAS对话 选择所需要的画面 或者请求打印某些参数 还可设定系统的运行方式 关闭或开放某些测点 设定打印点和打印时间 等等 2 工程师操作功能工程师利用DAS系统所配置的终端和键盘 可完成 系统生成 参数设定和修改 表格设定和修改以及各种文件的查阅和修改等 还可设定各测点的报警值 标度变换系数 各种曲线的基值和比例尺 选择自动推出的画面 修改或建立各种画面等等 3 程序员操作功能程序员通过终端设备来管理DAS系统的软件 管理工作包括 软件的开发 调试 装入 启动 挂起 撤消等等 还可观察软件系统的运行情况 获取系统和用户程序的动态参数 第四节应用实例一 300MW机组数据输入输出的分类及其分类统计根据数据种类的不同 采集系统的输入大体上分模拟输入 开关量输入 脉冲量输入等 采集系统的输出大体上分模拟量输出和开关量输出 一 模拟量 生产过程中连续变化的参量 输入根据模拟量信号种类来分 大致上有热电阻信号 热电偶信号 传感器和变送器输出信号等几种类型 具体来说 包括以下参数 1 机组起停 运行及事故处理中需要监视和记录的参数 2 实时制表所需要的参数 3 二次参数计算 参数修正或补偿所需要的相关参数 4 主要性能计算和经济分析所需要的参数 5 重要的风门 档扳开度及油动机行程等参数 6 主要电气参数 除就地设备取来的信号外 DCS的其它子系统的参数 可通过网络或接口传入DAS 以便对全厂运行情况进行监视 模拟量输入参数的采样周期一般不得低于下表所示标准 二 开关量 反映状态变化的数字量 输入用来记录被监视和控制点的状态 即用 1 和 0 信号来表示 有 和 无 投 和 切 开 或 关 等相互对立的状态 开关量可分为以下几类 1 反映各种阀门 挡板 执行器开关状态的接点 2 反映主机和主要辅机运行状态的接点 3 主要保护动作输出及重要参数越限报警接点 4 反映各系统及设备电源监视的接点 5 反映操作状态的接点 6 反映连锁 保护及自动装置切换状态的接点 7 发电机 变速器组断路器和隔离开关状态接点 8 高 低压厂用变压器断路器状态接点 从重要性上来看 开关量输入有 一般型 反映的是一般的状态变化或报警状态变化 中断型 反映的是引起机组跳闸的主要保护状态 中断型开关量的变化应引起某些画面的自动推出并参与事故顺序记录 事故顺序记录的分辨率要求很高 因此 中断型开关量的处理要重要和复杂得多 三 脉冲量输入DAS有适当数量的脉冲量输入接口 用于输入 电量及汽机转速 电泵转速等脉冲量变送器信号 四 模拟量输出和开关量输出 模拟量输出接口 主要用于模拟趋势记录仪 开关量输出接口 主要供数据采集系统故障报警用 五 300MW机组输入输出点数300MW机组DAS的输入 输出规模可参见下表 二 主要测点及其分布300MW机组DAS系统测点多 分布广 几乎包容了机组及各工艺系统的全部主要参数和主要设备状态 一般 下列主要工艺系统的参数应纳入DAS系统 一 空气系统主要模拟量输入有 送风机出口风压力 空气预热器后风压力 二次风总风压力 一次风机出口压力 一次风总风压力 送风机入口风温度 暖风器出口风温度 空气预热器出口风温度 送风总风量 一次风总风量 主要开关量输入有 送风机润滑油压力 轴流式送风机喘振差压 送风机及相关档板状态 一次风量及相关挡板状态 二 烟气系统 主要模拟量输入有 炉膛压力或负压 空气预热器后烟气压力 除尘器后烟气压力 空气预热后烟气温度 烟道各段烟气温度 烟气含氧量 炉膛温度 主要开关量输入有 炉膛压力或负压 引风机润滑油压 或流量 炉膛火焰监视 火焰检测器冷却空气压力 引风机及相关档板状态 空气预热器及相关挡板状态 三 燃油 制粉系统主要模拟量输入有 磨煤机入口风压力 中速磨出口风压力 粗粉分离器后风压力 排粉机入口风压力 磨煤机进出口风压差 锅炉供回油压力 磨煤机入口风温度 磨煤机出口风粉混合物温度 排粉机进口风粉温度 煤粉仓煤粉温度 锅炉燃油温度 燃油流量 进回油 给煤量 主要开关量输入有 磨煤机及相关档板状态 排粉机及相关档板状态 燃油雾化蒸汽压力 中速磨密封风差压 中速磨氮气压力 磨煤机润滑油压力 煤粉仓粉位 四 凝结水系统主要模拟量输入有 凝结水泵出口水压力 凝结水升压泵出口水压力 凝汽器出口凝结水温度 各低压加热器出口水温度 除氧器水箱水温度 凝汽器热水井水位 除氧器水箱水位 凝结水流量 凝结水补给水流量 除氧器给水含氧量 凝结水导电度 主要开关量输入有 凝结水处理装置前后差压 高压加热器水位 低压加热器水位 主要工艺阀门状态和凝结水泵 凝结水升压泵状态 五 蒸汽 主蒸汽 抽汽 辅助蒸汽 系统主要模拟量输入有 汽包饱和蒸汽压力 过热器出口蒸汽压力 汽轮机第一级压力 汽轮机主汽门后蒸汽压力 各段抽汽压力 汽轮机高压缸排汽压力 冷再热汽 再热器出口蒸汽压力 汽轮机中压缸进汽压力 汽轮机排汽真空 高低压轴封汽压力 给水泵汽轮机高压进汽压力 给水泵汽轮机低压进汽压力 给水泵汽轮机汽封汽压力 除氧器汽源压力 除氧器压力 汽轮机高低压旁路减压器后蒸汽压力 给水母管水压力 给水泵汽轮机润滑油母管油压力 给水泵汽轮机调速油压力 过热 器减温器入口汽温度 过热器减温器出口汽温度 过热器出口汽温度 汽轮机主汽门前汽温度 汽轮机高压缸排汽温度 再热器减温器前温度 再热器减温器后温度 再热器至中压缸进汽温度 汽轮机调节级温度 各段抽汽温度 各段抽汽管上下汽温度 高压缸排汽管上下汽温度 汽轮机排汽温度 汽轮机轴封蒸汽温度 给水泵汽轮机进汽温度 给水泵汽轮机排汽温度 汽轮机高低压旁路减温器后蒸汽温度 给水泵汽轮机转速 给水泵汽轮机油冷却器进出口油温度 给水泵汽轮机轴向位移 主要开关量输入有 蒸汽系统各主要管路的阀门状态 六 给水系统主要模拟量输入有 给水泵出口水压力 至锅炉给水压力 再热减温器减温水压力 过热减温器减温水压力 电动给水泵润滑油压力 各高压加热器出口水温度 直流炉中间点温度 电动给水泵润滑油温度 给水泵入口流量 再热减温器减温水流量 过热减温器减温水流量 给水流量 汽包水位 直流炉汽水分离器水位 电动变速给水泵转速 主要开关量输入有 给水前置泵入口滤网压差 给水泵入口滤网压差 给水泵滤油器压差 给水管路主要工艺阀门状态和给水泵 给水前置泵状态 七 循环冷却水系统主要模拟量输入有 凝汽器入口或出口循环水压力 循环水泵出口水压力 循环水母管水压力 凝汽器入口循环水温度 凝汽器出口循环水温度 八 汽轮机本体系统主要模拟量输入有 汽轮机润滑油压力 汽轮机调速油压力 汽轮机支撑轴承温度 汽轮机推力轴承温度 汽轮机转速 汽轮机差胀 汽轮机汽缸膨胀 汽轮机转子轴向位移 汽轮发电机组轴承振动 汽轮机润滑油温度 主要开关量输入有 润滑油滤网压差 主油箱油位 九 发电机氢油水系统主要模拟量输入有 发电机氢气压力 空气侧密封油压力 氢气侧密封油压力 水冷发电机冷却水压力 氢气侧密封油回油温度 空气侧密封油回油温度 密封油进油温度 发电机进出口氢气或空气温度 定转子冷却水流量 主要开关量输入有 水冷发电机断水 以上列出了应该进入DAS的主要测点 除此之外 以下测点若未考虑进入巡回检测装置 亦可考虑进入DAS 1 主厂房内汽水分析站的主要测点 2 各主要辅机 如送 引风机 一次风机 磨煤机等 的轴承温度 3 过热器 再热器管壁温度 汽包壁温度等 4 发电机定子线圈和铁芯温度等 已进入DEH系统的测点 可通过串行通讯方式进入DAS系统 这些测点主要包括 1 汽轮机有关温度测点 2 油系统有关参数 3 发电机系统有关参数 4 报警用开关量信号 四 输入数据的前置处理采入的数据只有在完成前置处理功能 如标度变换 有效性检验 线性化和数字滤波等 后 方可进入存贮器或数据库中 下面就前置处理的实用方法进行简要介绍 1 标度变换数据采集时 进入模数转换器 A D 的模拟信号都为统一电平的信号 例如 某一测点为蒸汽压力 设20MPa时压力变送器输出为20mA 进入A D前为5V 另一测点为蒸汽温度 设600 时温度变送器输出为20mA 进入A D前为5V 则两者经 A D变换后得到同一的数字量 但两者所代表的原有量值截然不同 经A D变换所得的数字量 再由计算机进行计算 即乘以给定的相应系数把它们恢复到原有的量值 这就是标度变换 2 采入数据有效性检验是为判断采入的数据是否有明显的差错 一般有下述几种判断方法 对于变化较慢的参数 可用同一参数前一周期和后一周期的变化量来判断 如果前后周期内的变化量超过一定范围 则该数据是不可信的 2 利用相关参数的变化率互相校核 有些不同的参数之间存在着程度不同的相关性 因此 可利用相关性较强的参数来互相校核 3 对于一些较重要的参数 可以用两个测点或在同一测点处安装两台同样的变送器 用它们之间的差值进行校核 当差值超过一定数值时 采入的数据是不可信 4 限值判断 各种输入数据 当超过其可能最大的变化范围时 该数据是不可信的 3 线性化处理大多数变送器的输出电信号与被测参数之间呈非线性关系 为了提高测量的精度 需要采取线性化措施 例如 热电偶输出电压与被测温度之间的关系总是非线性的 为了提高精度 通常将非线性函数进行分段线性化的拟合处理 以EU型热电偶 0 1100 为例 用n段直线来逼近 则其线性化近似计算式可表示为 若用7段直线来拟合其特性曲线 经计算其精度可达到要求的数值 误差不超过0 5 下表列出了各段温度范围及线性化系数值 注 分段数应由分段误差能满足测量或性能计算对精度的要求来决定 4 数字滤波 生产过程中 有些随机干扰的噪声频率是很低的 用阻容元件的滤波器即使时间常数为秒级也不能把它们消除 若加大滤波时间常数 不但增加滞后时间 同时也增加滤波器的体积和重量 有效的方法是采用数字滤波器 即利用计算机由一定的计算方法用程序来实现 以减少噪声在信号中的比重 常用的简单滤波方法有下面几种 1 算术平均法 对被测对象进行多次测量 然后取其平均值作为测量值 其算式为 式中 被测量的算术平均值 第i次测量值 N 测量总次数 测量次数太少时 滤波效果不显蓍 但测量次数多时 所需的时间就长 且不能保证在一个采样周期中生产过程一直保持不变 加权平均法 对本次测量值和前 次测量值进行加权平均 得到的值作为本次测量的有效值 即 式中 第n次的加权平均值 第n i次的测量值 权因子 其值应满足 3 系数滤波法 由上一次测量的滤波值与本次测量值进行加权平均 得到本次测量的滤波值 即 式中 Yn Yn 1 分别为第n次和第n 1次的测量滤波值 Xn 第n次测量值 滤波系数 小于1而大于0 4 中位值法 对一个量连续进行三次测量 取其中位值作为该量本次的测量值 若 则本次测量值为 Y X2 式中 X1 X2 X3 分别为三次测量值 五 二次参数的计算 为了满足运行的要求 弥补常规测量的不足