开关量控制系统1

1、1山东大学能动学院2 陈莲芳 电 话88399898(O) 邮 箱： 办公室：东配楼126/热力楼2043 张文薄，程序控制与热工保护，北京：水利电力出版张文薄，程序控制与热工保护，北京：水利电力出版社社 饶纪杭，热工开关量控制系统，北京：水利电力出版饶纪杭，热工开关量控制系统，北京：水利电力出版社社 赵燕平，热工联锁保护系统配置优化技术，北京：中赵燕平，热工联锁保护系统配置优化技术，北京：中国电力出版社，国电力出版社，2006 安全检测保护系统，杨晋萍、白建云编著，中国电力安全检测保护系统，杨晋萍、白建云编著，中国电力出版社，出版社，2005.9 火电厂开关量控制技

2、术及应用，李江、边立秀、何同火电厂开关量控制技术及应用，李江、边立秀、何同祥，中国电力出版社，祥，中国电力出版社，2000.7 火电厂热控保护标准化作业（上下册），樊静明、李火电厂热控保护标准化作业（上下册），樊静明、李宝兴编，中国电力出版社，宝兴编，中国电力出版社，2006.5 火电厂顺序控制与热工保护，白建云、杨晋萍，中国火电厂顺序控制与热工保护，白建云、杨晋萍，中国电力出版社，电力出版社， 2009.1 曾蓉、谢碧蓉、许红兵，热工保护与顺序控制曾蓉、谢碧蓉、许红兵，热工保护与顺序控制,中国电中国电力出版社，力出版社，2009.1456一、单元机组热工自动化一、单元机组热工自动化 火电厂热

3、力过程自动化火电厂热力过程自动化( (电厂热工自动化电厂热工自动化) )是是保证所有电厂热力系统主要设备以及辅助保证所有电厂热力系统主要设备以及辅助设备设备和系统的安全可靠、经济运行而设置的和系统的安全可靠、经济运行而设置的检测、检测、监视、控制、保护、连锁、报警功能监视、控制、保护、连锁、报警功能的总称。的总称。 电厂热工自动化的诸多功能是由不同的仪电厂热工自动化的诸多功能是由不同的仪表和控制装置完成的，它们通称为热工自动化表和控制装置完成的，它们通称为热工自动化系统或仪表控制（系统或仪表控制（I&C)I&C)系统。系统。 71.1.从工作流程划分，从工作流程划分，热工自动化

4、技术热工自动化技术，包括四个方面包括四个方面：监测监测( (Monitor)Monitor)、控制控制 ( (Control)Control)、报警报警 ( (Alarm)Alarm)和保护和保护( (Protection)Protection)，简称简称CAMP CAMP 。 2.2.从功能划分，从功能划分，大型火电机组热工自动化技术大型火电机组热工自动化技术，包括以包括以下子系统：下子系统：计算机监视系统计算机监视系统，简称简称CMS;CMS;过去习惯称为数据采集系统过去习惯称为数据采集系统, ,简称简称DASDAS。模拟量控制系统模拟量控制系统, ,简写简写MCSMCS；过去习惯称为机组

5、协调控制系统过去习惯称为机组协调控制系统。锅炉炉膛安全监控系统锅炉炉膛安全监控系统，简称简称FSSS,FSSS,亦称为燃烧器管理系统亦称为燃烧器管理系统, ,BMSBMS。汽轮机控制系统汽轮机控制系统，简称简称TCS, TCS, 汽轮机数字电液调节系统汽轮机数字电液调节系统, ,DEHDEH。汽轮机安全监视仪表汽轮机安全监视仪表系统系统, , 简称简称TSITSI。旁路控制系统旁路控制系统, , 简称简称BPC. BPC. 顺序控制系统顺序控制系统, ,简称简称SCSSCS或或SEQSEQ。报警系统报警系统，简称简称ANNANN。辅助控制系统。辅助控制系统。 8910 2020世纪世纪7070

6、年代以前，采用常规仪表年代以前，采用常规仪表( (模拟量模拟量显示仪表、模拟量调节仪表、继电器和控显示仪表、模拟量调节仪表、继电器和控 制开制开关等关等) )进行监控，控制效果及系统稳定性较差。进行监控，控制效果及系统稳定性较差。 20 20世纪世纪8080年代后期，随着过程控制技术、自年代后期，随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制技术先后出现了控制技术先后出现了PLC(PLC(可编程序控制器可编程序控制器) )、DCS(DCS(分散控制系统分散控制系统) )、FCS(FCS(现场总线控制系统现场总线控制系统) )三三大类

7、型的控制系统，使电厂自动化水平有了飞速大类型的控制系统，使电厂自动化水平有了飞速的发展。的发展。单元机组热工自动化单元机组热工自动化的实现的实现111.1.可编程序控制器可编程序控制器(PLC)(PLC)可编程序控制器可编程序控制器PLC(Programmable PLC(Programmable Logical Controller)Logical Controller)从开关量控制发展到从开关量控制发展到顺序控制、运算处理、逻辑控制、定时控顺序控制、运算处理、逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序制、计数控制、顺序( (步进步进) )控制、连续控制、连续PIDPID控制、数据控制控制、数据控制

8、(PLC(PLC具有数据处理能力具有数据处理能力) )、通信和联网等功能。通信和联网等功能。火电厂自动控制中，火电厂自动控制中，PLCPLC主要用于辅助系主要用于辅助系统的顺序控制，如火电厂的输煤、化学水统的顺序控制，如火电厂的输煤、化学水处理、除灰出渣、脱硫和脱硝等的顺序控处理、除灰出渣、脱硫和脱硝等的顺序控制。制。12 2.分散控制系统分散控制系统(DCS) 分散控制系统采用分散控制系统采用集中监视、操作、管集中监视、操作、管理理和和分散控制分散控制的模式，的模式，又被又被称为集散控称为集散控制系统。它既有计算机计算精度高、响制系统。它既有计算机计算精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系

9、统安应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。全可靠、维护方便的优点。DEH、MEH、TSI、BPS、ASS。133.3.现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS)(FCS)由由现场总线与现场设备现场总线与现场设备组成。组成。特点是：用全数字化、智能、多功能仪表取特点是：用全数字化、智能、多功能仪表取代模拟式单功能仪表，用两根线连接分散的现代模拟式单功能仪表，用两根线连接分散的现场仪表、控制装置；场仪表、控制装置；“现场控制现场控制”取代取代“分散分散控制控制”；数据的传输采用；数据的传输采用“总线总线”方式；从控方式；从控制室到现场设备的双向数字通信总线是互联的、制室到现场设

10、备的双向数字通信总线是互联的、双向的、串行多节点，开放的数字通信系统双向的、串行多节点，开放的数字通信系统; ;采采用分散的虚拟控制站取代集中的控制站；将微用分散的虚拟控制站取代集中的控制站；将微处理器转到现场自控设备，使设备具有数字计处理器转到现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传输，可上局域网，还可与输，可上局域网，还可与InternetInternet相连，既是相连，既是通信网络，又是控制网络。通信网络，又是控制网络。14 现场设备指连接在现场总线上的各种仪现场设备指连接在现场总线上的各种仪表设备。分为：变送器、执行

11、器、转换表设备。分为：变送器、执行器、转换设备、接口设备、电源设备以及各种附设备、接口设备、电源设备以及各种附件。件。 采用现场总线技术，可以提高系统控制采用现场总线技术，可以提高系统控制精度，改善控制品质，简化控制系统机精度，改善控制品质，简化控制系统机柜，大量减少电缆，便于调试和维修。柜，大量减少电缆，便于调试和维修。 15热工自动化包括：热工自动化包括：模拟量控制模拟量控制& &开关量控制开关量控制 在模拟量控制在模拟量控制( (自动调节自动调节) )系统中，检系统中，检测、运算和指挥执行机构用的信息主要是测、运算和指挥执行机构用的信息主要是模拟量信号。而在开关量控制模拟

12、量信号。而在开关量控制( (顺序控制等顺序控制等) )系统中，所用到的信息都是系统中，所用到的信息都是 有有 、 无无 两两种状态的信号等。种状态的信号等。 16热工保护与顺序控制的基本概念热工保护与顺序控制的基本概念 热工保护热工保护是为了不出现人身伤亡或设备损坏是为了不出现人身伤亡或设备损坏事故，而执行的最后手段事故，而执行的最后手段保护动作的自动保护动作的自动化装置或系统。是通过对机组的工作状态和化装置或系统。是通过对机组的工作状态和运行参数进行监视和控制而起保护作用的。运行参数进行监视和控制而起保护作用的。当设备或机组发生异常时，保护装置及时发当设备或机组发生异常时，保护装置及时发出报

13、警信号，必要时自动启动或切除某些设出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组仍然维持原负荷运行或者备或系统，使机组仍然维持原负荷运行或者减负荷运行，当发生重大故障而危及机组设减负荷运行，当发生重大故障而危及机组设备安全时，停止机组备安全时，停止机组(或某一部分或某一部分)运行，避运行，避免事故进一步扩大。免事故进一步扩大。17 有时是通过连锁实现的，即热力系统或设备有时是通过连锁实现的，即热力系统或设备依照条件而实现联动、联开、联停。依照条件而实现联动、联开、联停。 热工保护中常用的控制技术是定值控制和连热工保护中常用的控制技术是定值控制和连锁控制。锁控制。 (一一)定值控制定值控

14、制 定值控制是热工保护系统对热力系统中的介定值控制是热工保护系统对热力系统中的介质参数进行监测，当介质参数达到和超越限质参数进行监测，当介质参数达到和超越限值时，热工开关量变送器输出一个触点信号，值时，热工开关量变送器输出一个触点信号，驱动控制电路执行保护功能。定值保护控制驱动控制电路执行保护功能。定值保护控制分如下两种情况。分如下两种情况。 1.定值启、停控制定值启、停控制 2.定值跳闸保护定值跳闸保护 (二二)连锁控制连锁控制18 火电机组的热工保护包括火电机组的热工保护包括锅炉机组的热锅炉机组的热工保护、汽轮机组的热工保护和炉机电工保护、汽轮机组的热工保护和炉机电大联锁保护大联锁保护三大

15、方面。三大方面。 顺序控制顺序控制就是使就是使生产过程生产过程控制动作按预控制动作按预先设定好的顺先设定好的顺 序进行。为此我们这样来序进行。为此我们这样来定义顺序控制定义顺序控制：按预先设定好的顺序或按预先设定好的顺序或按一定逻辑设定的顺序使按一定逻辑设定的顺序使 控制动作逐次控制动作逐次进行的控制。进行的控制。 电厂中，顺序控制特别适用于控制对象电厂中，顺序控制特别适用于控制对象数量较多而又需要经常操作数量较多而又需要经常操作( (启动和停止启动和停止) )的系统。的系统。19 这类系统包括以下几方面。这类系统包括以下几方面。 （一）汽包锅炉的定期排污系统（一）汽包锅炉的定期排污系统 （二

16、二）锅炉吹灰系统锅炉吹灰系统 （三）汽轮机凝汽器的胶球清洗系统（三）汽轮机凝汽器的胶球清洗系统 （四四）化学水除盐系统化学水除盐系统 （五）输煤系统（五）输煤系统 （六）汽轮机启动（六）汽轮机启动 常见的常见的还有还有储仓式制粉系统储仓式制粉系统、脱硫脱硝、脱硫脱硝系统系统等的顺序控制，这些系统都具有操等的顺序控制，这些系统都具有操作频繁、控制对象多的特点作频繁、控制对象多的特点。20 热工信号可以分为热工信号可以分为模拟量信号和开关量信号模拟量信号和开关量信号，相应的相应的控制系统可以分为模拟量控制系统和开关控制系统可以分为模拟量控制系统和开关量控制系统等。量控制系统等。 热工保护与顺序控制

17、是电厂热工自动化重要热工保护与顺序控制是电厂热工自动化重要组成部分，重点研究保护、连锁及顺序控制组成部分，重点研究保护、连锁及顺序控制属于开关量控制系统，开关量系统的基础部件为属于开关量控制系统，开关量系统的基础部件为开关量变送器。开关量变送器。21开关量信号及开关量变送器开关量信号及开关量变送器 在模拟量控制在模拟量控制( (自动调节自动调节) )系统中，检测、运系统中，检测、运算和指挥执行机构用的信息主要是模拟量信号。算和指挥执行机构用的信息主要是模拟量信号。而在开关量控制而在开关量控制( (顺序控制等顺序控制等) )系统中，所用到的系统中，所用到的信息都是信息都是“有有”、“无无”两种状

18、态的信号，例如开关两种状态的信号，例如开关的通断、参数是否达到限值等。这种的通断、参数是否达到限值等。这种仅具有两种仅具有两种对立状态的量称为开关量对立状态的量称为开关量。仅具有开关量信号的仅具有开关量信号的控制，称为开关量控制。控制，称为开关量控制。 模拟量控制中的模拟量信号常常通过模拟量模拟量控制中的模拟量信号常常通过模拟量变送器获得，而开关量控制中也常常通过变送器获得，而开关量控制中也常常通过开关量开关量变送器获得开关量信号。变送器获得开关量信号。22开关量变送器具有三个特点开关量变送器具有三个特点：1.1.输出开关量信号输出开关量信号 开关量变送器的主要用途是用来测量被测参开关量变送器

19、的主要用途是用来测量被测参数，输出相应的开关量信号。数，输出相应的开关量信号。 变送器的工作过程：当被测物理量在某一范变送器的工作过程：当被测物理量在某一范围内变化时，变送器输出一种状态的信息；当被围内变化时，变送器输出一种状态的信息；当被测物理量达到某一值并继续变化时，变送器输出测物理量达到某一值并继续变化时，变送器输出另一种状态的信息。另一种状态的信息。2.2.动作值具有死区动作值具有死区 开关量变送器输出状态转换时被测物理量的开关量变送器输出状态转换时被测物理量的值就是开关量变送器的动作值。当被测物理量返值就是开关量变送器的动作值。当被测物理量返回到某一值触点复位，此时的值称为复位值。动

20、回到某一值触点复位，此时的值称为复位值。动作值与复位值之间的差值，称为死区或差值。作值与复位值之间的差值，称为死区或差值。233.3.具有较高的稳定性和可靠性具有较高的稳定性和可靠性 对于开关量变送器来说，因为它具有对于开关量变送器来说，因为它具有继电特性而且动作值和复位值均可任意整继电特性而且动作值和复位值均可任意整定，所以测量精度并不是什么主要问题，定，所以测量精度并不是什么主要问题，但是要求它的动作值和复位值具有较高的但是要求它的动作值和复位值具有较高的稳定性，也就是说要求变送器的动作值和稳定性，也就是说要求变送器的动作值和复位值在长期工作中均能保持在原来的整复位值在长期工作中均能保持在

21、原来的整定值上。定值上。24开关量信息的获取方法开关量信息的获取方法1.1.通过各种形式的开关量变送器获得通过各种形式的开关量变送器获得 各种参数的开关量信号一般可通过开各种参数的开关量信号一般可通过开关量变送器获得，如压力、差压、流量、关量变送器获得，如压力、差压、流量、液位、温度、火焰、位置等开关量变送器。液位、温度、火焰、位置等开关量变送器。2.2.通过模拟量转换至开关量通过模拟量转换至开关量 用常规模拟测量变送器用常规模拟测量变送器的信号的信号，再将，再将信号经逻辑判断生成开关量信息。信号经逻辑判断生成开关量信息。 在数字仪表控制系统中，开关量信号在数字仪表控制系统中，开关量信号也常常

22、可由数字仪表的专门触点产生。也常常可由数字仪表的专门触点产生。253.3.通过各种设备的辅助触点及控制电路通过各种设备的辅助触点及控制电路获得获得 设备的状态、控制信息等常通过设备设备的状态、控制信息等常通过设备的辅助触点及控制电路获得，例如，油断的辅助触点及控制电路获得，例如，油断路器的辅助触点、阀门的控制电路等。路器的辅助触点、阀门的控制电路等。26 开关量控制系统中开关量控制系统中，全部信息都是以开关量进行运全部信息都是以开关量进行运算和传输算和传输，开关量变送器就是将被测参数转化为标准开开关量变送器就是将被测参数转化为标准开关量信息输出的测量设备关量信息输出的测量设备，它为开关量控制系

23、统提供操它为开关量控制系统提供操作条件和回报信号。通常作条件和回报信号。通常，它将被测参数的限定值转换它将被测参数的限定值转换为触点信号为触点信号，并按照开关量控制系统的要求给出规定的并按照开关量控制系统的要求给出规定的电平信号。电平信号。 热工保护与顺序控制均为开关量控制。热工保护与顺序控制均为开关量控制。 开关量控制系统的基础部件开关量控制系统的基础部件为为提供开关量信提供开关量信息的位式控制器息的位式控制器和和执行开关量信息的执行机构。执行开关量信息的执行机构。27设定值设定值: :在开关量控制在开关量控制系统中系统中，用来设定被用来设定被控量的预期值的参比控量的预期值的参比信号。如上下

24、限幅值信号。如上下限幅值，不同的报警值等。它不同的报警值等。它可以是上切换值可以是上切换值，也也可以是下切换值可以是下切换值，由由使用者根据实际需要使用者根据实际需要确定。确定。切换值切换值：使输出变量改变的任一输使输出变量改变的任一输入入变量值。变量值。28切换差切换差：所谓切换所谓切换差差，是指被测介质的是指被测介质的压力、差压、液位、压力、差压、液位、流量或温度等物理量流量或温度等物理量上升时开关动作值与上升时开关动作值与下降时的开关动作值下降时的开关动作值之差。但切换差并不之差。但切换差并不是越小越好是越小越好，而应根而应根据使用要求来确定。据使用要求来确定。上切换值：上切换值：输入变

25、量增大时输入变量增大时,使输出变量使输出变量(开关量开关量)改变的输入变量值。改变的输入变量值。下切换值：下切换值：输入变量减小时输入变量减小时,使输出变量使输出变量(开关量开关量)改变的输入变量值。改变的输入变量值。29切换差：切换差：上、下切换值之差上、下切换值之差, , 俗称俗称“死区死区”, ,它是开关量它是开关量变送器的一项重要的参数指标。变送器的一项重要的参数指标。重复性误差：重复性误差：在同一条件下在同一条件下, ,输入变量按同一方向变化时输入变量按同一方向变化时连续多次测得的切换值的最大变化值连续多次测得的切换值的最大变化值, ,这是开关量变送器这是开关量变送器的一项重要的考核

26、指标。的一项重要的考核指标。设定值调节范围：设定值调节范围：被测值的范围被测值的范围, ,在此范围内可以任意调在此范围内可以任意调节所需的设定值。节所需的设定值。30设定值调节范围设定值调节范围 切换差分为可调与不可调两种切换差分为可调与不可调两种，前者切换差可以从某前者切换差可以从某一值连续调到另一值一值连续调到另一值；后者切换差是固定的后者切换差是固定的，用户不能随用户不能随意变动。意变动。 图图1-1-6 6为设定值调节范围示意图。不论是切换差可调还为设定值调节范围示意图。不论是切换差可调还是不可调是不可调，设定值在规定的调节范围内均是连续可调的。设定值在规定的调节范围内均是连续可调的。

27、 P1 P1为设定值调节范围下限为设定值调节范围下限 ( (或称低端或称低端) )；P2P2为设定值为设定值调节范围上限调节范围上限( (或称高端或称高端) )；P1P1为设定值节调范围下限时为设定值节调范围下限时的切换差；的切换差；P2P2为设定值调苛范围上限时的切换差。为设定值调苛范围上限时的切换差。31切换差不可调切换差不可调( (或称固定切换差或称固定切换差):):切换差在全部设定值切换差在全部设定值调节范围中的各点上是不可调的。调节范围中的各点上是不可调的。切换差可调切换差可调( (或称可调切换差或称可调切换差):):切换差在全部设定值调切换差在全部设定值调节范围内的各点上都可连续地

28、从最小值调到最大值。节范围内的各点上都可连续地从最小值调到最大值。动作偏差信号动作偏差信号: :输入变量与参比信号的差值输入变量与参比信号的差值, ,这是开关量这是开关量变送器的一项重要的考核指标。变送器的一项重要的考核指标。设定点偏差设定点偏差: :系指在规定条件下输出变量的系指在规定条件下输出变量的“动作偏差动作偏差信号信号”。32开关量变送器开关量变送器: :具有通断作用的控制仪表称为通断控制具有通断作用的控制仪表称为通断控制器器, ,又称开关控制器。此类控制器可用于正常操作控制又称开关控制器。此类控制器可用于正常操作控制, ,但但更多的是用于报警、指示灯、选择、联锁或安全监视更多的是用

29、于报警、指示灯、选择、联锁或安全监视, ,因因此此, ,常称此类控制器为开关常称此类控制器为开关, , 传感器、变送器、开关量变送器的关系传感器、变送器、开关量变送器的关系传感器传感器的定义是接受物理或化学变量的定义是接受物理或化学变量( (输入变量输入变量) )形成的形成的信息信息, ,并按一定规律将其转换成同种或别种性质的输出变并按一定规律将其转换成同种或别种性质的输出变量的仪表。量的仪表。而输出为标准信号的传感器即为而输出为标准信号的传感器即为变送器变送器。输出开关量标准信号的变送器输出开关量标准信号的变送器, , 称称开关量变送器开关量变送器。如开。如开关量压力变送器关量压力变送器,

30、,开关量温度变送器开关量温度变送器, ,开关量液位变送器等。开关量液位变送器等。这样的称呼区别于一般的模拟量变送器。这样的称呼区别于一般的模拟量变送器。33对开关量变送器的技术要求：对开关量变送器的技术要求： 在火电厂中在火电厂中, ,开关量变送器的任务是将被测物理量或开关量变送器的任务是将被测物理量或机械量机械量( (如温度、压力、差压、流量、料位、液位、位移、如温度、压力、差压、流量、料位、液位、位移、转速等转速等) )转换为开关量电信号输出。开关量信号是仅有两转换为开关量电信号输出。开关量信号是仅有两种对立状态的逻辑变量种对立状态的逻辑变量, ,即：即：有信号状态与无信号状态，有信号状态

31、与无信号状态，通常用触点的闭合来表示有信号状态通常用触点的闭合来表示有信号状态, ,用触点的断开来表用触点的断开来表示无信号状态：用高电平表示有信号状态，用低电平表示示无信号状态：用高电平表示有信号状态，用低电平表示无信号状态。无信号状态。技术要求主要有下列几点技术要求主要有下列几点 : :(1)(1)动作稳定性动作稳定性 开关量变送器不同于一般的指示仪表和记录仪表开关量变送器不同于一般的指示仪表和记录仪表, ,它它的切换值和设定值都是可以人为调整的的切换值和设定值都是可以人为调整的, , 测量精确度虽是测量精确度虽是它的一个质量指标它的一个质量指标, ,但并不重要但并不重要, ,而对其动作的

32、稳定性却有而对其动作的稳定性却有很高的要求很高的要求, ,即前述的重复性偏差值要小。对重复性偏差即前述的重复性偏差值要小。对重复性偏差值值, ,各厂产品都有相应的标准各厂产品都有相应的标准, ,在选择开关量变送器时应选在选择开关量变送器时应选择该值小的产品。择该值小的产品。34(2)(2)动作的可靠性动作的可靠性 火电厂控制系统中所使用的开关量变送器火电厂控制系统中所使用的开关量变送器, ,其工作其工作特点是特点是: :工作的间歇时间较长工作的间歇时间较长, ,且随着被控对象的不同且随着被控对象的不同, ,有很大差别。间歇时间短的有很大差别。间歇时间短的, ,几小时动作一次几小时动作一次, ,

33、长的长的, ,几几个月动作一次。由于存在这样的工作特点个月动作一次。由于存在这样的工作特点, ,衡量开关量衡量开关量变送器的可靠性指标时就存在特殊性变送器的可靠性指标时就存在特殊性, ,即用常规仪表可即用常规仪表可靠性指标衡量是不适宜的。例如靠性指标衡量是不适宜的。例如, ,一般仪表有平均无故一般仪表有平均无故障工作时间、失效前平均工作时间、动作寿命障工作时间、失效前平均工作时间、动作寿命( (次数次数) )、平均修复时间等指标平均修复时间等指标, ,但这些指标都不能反映开关量变但这些指标都不能反映开关量变送器的特殊性。开关量变送器的可靠性要求是送器的特殊性。开关量变送器的可靠性要求是: :长

34、期处长期处于待机状态于待机状态, ,一旦动作就要绝对可靠一旦动作就要绝对可靠, ,动作成功率应为动作成功率应为百分之百百分之百, ,特别是对用于保护系统和顺控系统中的开关特别是对用于保护系统和顺控系统中的开关量变送器更要求如此。开关量变送器的可靠性要求较量变送器更要求如此。开关量变送器的可靠性要求较一般常规仪表更高。一般常规仪表更高。35(3)(3)结构要求结构要求为保证开关量变送器的可靠性为保证开关量变送器的可靠性, ,要求其结构简单要求其结构简单, ,中中间环节少间环节少, ,所以所以, ,一般开关量变送器仅由测量元件、杠一般开关量变送器仅由测量元件、杠杆机构和微动开关组成杆机构和微动开关

35、组成, ,而且开关动作位移量小而且开关动作位移量小, ,机械机械磨损小。磨损小。具有附加装置的显示仪表也可以构成开关量变送器具有附加装置的显示仪表也可以构成开关量变送器, ,但是这类开关量变送器的中间转换环节较多但是这类开关量变送器的中间转换环节较多, ,任何一个任何一个中间环节发生故障中间环节发生故障, ,都会影响信号传递的可靠性或者产都会影响信号传递的可靠性或者产生错误的信号生错误的信号, ,这对于较重要的控制系统是非常危险的这对于较重要的控制系统是非常危险的。因此。因此, ,在控制系统中最好由专用的开关量变送器提供在控制系统中最好由专用的开关量变送器提供开关量信号。在不得已必须使用显示仪

36、表中的附加装开关量信号。在不得已必须使用显示仪表中的附加装置发信号时置发信号时, ,应增加必要的联锁条件应增加必要的联锁条件, ,以提高动作的可以提高动作的可靠性。靠性。36(4)(4)对切换差的要求对切换差的要求切换差即动作死区切换差即动作死区, ,是开关量变送器的一项重要指标。从是开关量变送器的一项重要指标。从表面上看，有切换差似乎是不好的表面上看，有切换差似乎是不好的, ,但是但是, ,在大部分控制在大部分控制系统中系统中, ,不但不要求切换差值为零不但不要求切换差值为零, ,相反还要求它有足够相反还要求它有足够大的数值大的数值, ,并且还有调节的范围。因为热工参数一般是在并且还有调节的

37、范围。因为热工参数一般是在一定范围内不断波动的一定范围内不断波动的, ,如果切换差为零如果切换差为零, ,则当热工参数则当热工参数接近切换值时接近切换值时, ,会多次反复地超越和低于切换值会多次反复地超越和低于切换值, ,造成报造成报警装置频繁动作警装置频繁动作, ,光字牌不断闪光光字牌不断闪光, ,音响连续出现音响连续出现, ,这对于这对于运行人员的监视工作极为不利运行人员的监视工作极为不利, ,所以必须采用有切换差的所以必须采用有切换差的开关量变送器。开关量变送器。从以上分析可以看出从以上分析可以看出, ,在很多使用场合下在很多使用场合下, ,开关量变送器开关量变送器不仅要有切换差不仅要有

38、切换差, ,而且切换差还要足够大而且切换差还要足够大, ,并能根据系统并能根据系统中参数的工作范围予以适当整定。中参数的工作范围予以适当整定。37 热工开关量变送器热工开关量变送器的任务是将被测物理量转换成开的任务是将被测物理量转换成开关形式的电信号关形式的电信号。开关量控制具体应完成以下功能开关量控制具体应完成以下功能 ： (1) (1)实现主实现主/ /辅机、阀门、挡板的顺序控制、单个操辅机、阀门、挡板的顺序控制、单个操作及试验操作。作及试验操作。 (2) (2)大型辅机与相关冷却系统、润滑系统、密封系大型辅机与相关冷却系统、润滑系统、密封系统的连锁控制。统的连锁控制。 (3) (3)在发

39、生局部设备故障跳闸时，连锁启动备用设在发生局部设备故障跳闸时，连锁启动备用设备。备。 (4) (4)实现状态报警、联动及单台辅机的保护。实现状态报警、联动及单台辅机的保护。38 开关量信号的传感部件主要有热工开关量开关量信号的传感部件主要有热工开关量变送器、行程开关、操作按钮等。执行开关量变送器、行程开关、操作按钮等。执行开关量指令的常用电器主要有各种继电器、交流接触指令的常用电器主要有各种继电器、交流接触器、气动执行机构、液动执行机构、电动执行器、气动执行机构、液动执行机构、电动执行机构等机构等 一、开关量变送器一、开关量变送器 开关量变送器也称逻辑开关，过程开关或开关量变送器也称逻辑开关，

40、过程开关或二位式控制器，它的任务是将被测物理量转换二位式控制器，它的任务是将被测物理量转换成开关形式的电信号。成开关形式的电信号。 当被测物理量在某一范围内变化时当被测物理量在某一范围内变化时, ,输出开输出开关量变送器输出一种状态的信息关量变送器输出一种状态的信息, ,而当被测物理而当被测物理量达到某一值并继续变化时量达到某一值并继续变化时, ,开关量变送器输出开关量变送器输出另一种状态的信息。另一种状态的信息。即即开关开关特性特性 39 开关量变送器主要用于检测介质的压力、开关量变送器主要用于检测介质的压力、压差、流量、液位和温差等物理量压差、流量、液位和温差等物理量，输出是开输出是开关量

41、触点信号或电平。关量触点信号或电平。 由于开关量变送器触点的闭合或断开是在由于开关量变送器触点的闭合或断开是在瞬间完成的瞬间完成的 , , 具有继电器特性具有继电器特性，因此也可称因此也可称为继电器。如有压力继电器、温度继电器等。为继电器。如有压力继电器、温度继电器等。开关量变送器的主要品种有开关量变送器的主要品种有：压力开关、差压压力开关、差压开关、流量开关、液位开关、温度开关和位置开关、流量开关、液位开关、温度开关和位置开关等。开关等。40压力开关压力开关 压力开关用来将被测压力转换成为开关信号压力开关用来将被测压力转换成为开关信号。 压力开关量变送器俗称压力开关压力开关量变送器俗称压力开

42、关 , , 是目前火电厂控制是目前火电厂控制系统中使用最多的一种开关量变送器。开关量压力变送器系统中使用最多的一种开关量变送器。开关量压力变送器的被测变量是介质的压力的被测变量是介质的压力, ,当介质压力达到当介质压力达到( (高于或低于高于或低于) )切切换值时换值时, ,开关量变送器输出状态改变开关量变送器输出状态改变, ,发出接点信号。发出接点信号。 （1 1）分类分类 压力开关量变送器按被测变量压力开关量变送器按被测变量介质的压力等级介质的压力等级, ,即即高压、中压、低压和负压分为四种。如果将差压也计入高压、中压、低压和负压分为四种。如果将差压也计入, ,就就是五种。是五种。 如果以

43、开关量压力变送器的传感器如果以开关量压力变送器的传感器( (测量元件测量元件) )类型分类型分, , 则有下列几种则有下列几种, ,即弹簧管型、活塞型、膜片型和波纹管型。即弹簧管型、活塞型、膜片型和波纹管型。前两种多用于高压和中压前两种多用于高压和中压, ,后两种多用于中压后两种多用于中压、低压和负压。低压和负压。下面就下面就几几种典型的结构类型分别介绍其结构特点、工作原种典型的结构类型分别介绍其结构特点、工作原理及调整使用方法理及调整使用方法。41弹簧管型开关量压力变送器弹簧管型开关量压力变送器 弹簧管弹簧管1 1为测量元件为测量元件, ,也是传感器也是传感器, ,它将介质压力信号转换为位移

44、它将介质压力信号转换为位移信号。信号。 簧片簧片3 3焊接在弹簧管的自由端。弹簧管的自由端封闭焊接在弹簧管的自由端。弹簧管的自由端封闭, ,固定端与输入固定端与输入介质的管道相连。当介质压力降低时介质的管道相连。当介质压力降低时, ,自由端顺时针运动自由端顺时针运动, , 通过簧片通过簧片压顶杆压顶杆4, 4, 使微动开关使微动开关2 2的弹簧片向左运动的弹簧片向左运动, ,接通接通A-BA-B触点触点；当介质压力当介质压力升高时升高时, ,弹簧管的自由端逆时针运动弹簧管的自由端逆时针运动, ,簧片压迫顶杆的力降低簧片压迫顶杆的力降低, ,当此力当此力低于微动开关弹簧片的复位力时低于微动开关弹

45、簧片的复位力时, ,微动开关复位微动开关复位, ,A-CA-C触点接通触点接通, ,从而达从而达到开关控制的作用到开关控制的作用。 改变微动开关在壳体上的位置改变微动开关在壳体上的位置, , 就等于改变了弹簧管自由端在介质压就等于改变了弹簧管自由端在介质压力作用下使微动开关动作的位移量力作用下使微动开关动作的位移量, , 即相当于改变了开关量变送器的设定即相当于改变了开关量变送器的设定值。值。 切换差取决于微动开关死区的大切换差取决于微动开关死区的大小。在微动开关选定后小。在微动开关选定后, ,切换差是固定切换差是固定值值, ,在运行中无法调整。在运行中无法调整。 42（3 3）膜片型开关量膜

46、片型开关量压力变送器压力变送器 变送器使用了变送器使用了杠杆作用原理。杠杆作用原理。 该结构型式是该结构型式是目前较典型的一种目前较典型的一种, ,引进机组中的开关引进机组中的开关量压力变送器以该量压力变送器以该结构型式居多结构型式居多, ,我国我国引进国外技术生产引进国外技术生产的开关量压力变送的开关量压力变送器器, , 也以该结构型也以该结构型式为主。它的工作式为主。它的工作原理如下原理如下: :43 膜膜盒盒 (膜片或波纹管膜片或波纹管) 3是测量元件是测量元件,将介质压将介质压力信号转换为作用在杠力信号转换为作用在杠杆上的杆上的F1。 F2为复位弹簧的拉力、为复位弹簧的拉力、F3为差值

47、弹簧的拉力。为差值弹簧的拉力。 F1作用于支点的右侧作用于支点的右侧,在该力作用下主杠杆作在该力作用下主杠杆作逆时针方向偏转逆时针方向偏转，F2、F3作用于支点的左侧作用于支点的左侧, 在该在该两力的作用下两力的作用下,主主杠杆向顺时针方向偏转。杠杆向顺时针方向偏转。44图示位置为初始位置，主杠杆处于水平位置，图示位置为初始位置，主杠杆处于水平位置，在此位置上在此位置上F20F20，F3=0F3=0，缓冲弹簧片缓冲弹簧片6 6没有压没有压迫微动开关迫微动开关7, 7, 微动开关处于复位位置。如果微动开关处于复位位置。如果F1=0, F1=0, 则主杠杆在则主杠杆在F2F2作用下靠在限位器作用下

48、靠在限位器8 8上。上。当介质通入膜盒时当介质通入膜盒时, ,随着介质压力的升高随着介质压力的升高, ,F1F1增增大大, ,即即 F1L1F1L1增大。增大。1221/ LLFF 45F1L1F2L2F1L1F2L2时时, ,主杠主杠杆开始离开初始位杆开始离开初始位置向逆时针方向偏置向逆时针方向偏转转, ,但此时微动开但此时微动开关并未能动作关并未能动作, ,这这是因为主杠杆离开是因为主杠杆离开初始位置后初始位置后, ,F3F3开开始加在主杠始加在主杠杆杆上上, ,要使主杠杆顺时针偏转要使主杠杆顺时针偏转, ,F1F1除克服除克服F2F2力外力外, ,还得还得克服克服F3F3力力, ,所以只

49、有当所以只有当 F1L1F2L2+F3L3F1L1F2L2+F3L3时时, ,主主杠杠杆杆才继续偏转并带动缓冲簧片压迫微动开关才继续偏转并带动缓冲簧片压迫微动开关, ,使微动开关使微动开关7 7动作动作, ,发出信号。发出信号。46F F1 1下降下降, ,主杠杆开始向主杠杆开始向顺时针方向偏转。顺时针方向偏转。当当F1L1=F2L2+F3L3F1L1=F2L2+F3L3时时, ,由于挡块由于挡块1111的作用的作用, ,F3F3对对主杠杆已不起作用主杠杆已不起作用, ,对主杠杆而言对主杠杆而言, , F3=0F3=0。压压力继续下降力继续下降, , 当当F1L1=F2L2F1L1=F2L2时

50、时, ,主杠杆恢复到初主杠杆恢复到初始位置始位置, ,微动开关微动开关7 7复位复位, ,发出信号。压力再继发出信号。压力再继续下降续下降, , F1L1F2L2F1L1l00mm)使用的主要阀门使用的主要阀门，用来截断用来截断或开启管道中的汽水通道。或开启管道中的汽水通道。 119120 截止阀的启闭件是塞形的阀瓣截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，阀瓣沿流阀瓣沿流体流线方向体流线方向(上下方向上下方向)做直线运动、去截断或做直线运动、去截断或开启流体流动的通道。它是火电厂中使用得开启流体流动的通道。它是火电厂中使用得最多的一种阀门最多的一种阀门，Dg l00mm以下的管道上几以下的管道上几乎全部使

51、用截止阀乎全部使用截止阀，而电厂中而电厂中Dgl00mm以下以下的阀门数量又是很大的的阀门数量又是很大的，几乎占阀门总数的几乎占阀门总数的50%。121122蝶阀的启闭件是一个圆盘形的蝶板蝶阀的启闭件是一个圆盘形的蝶板，它通过围绕阀座内的它通过围绕阀座内的轴旋转来开启与关闭阀门轴旋转来开启与关闭阀门，蝶板从全开到全关的旋转角度蝶板从全开到全关的旋转角度通常为小于通常为小于9090。蝶阀不适用于高温高压介质。蝶阀不适用于高温高压介质。123124 球阀是一种较新型的阀门球阀是一种较新型的阀门，它和旋塞阀是属于同一类型的阀门。球阀的它和旋塞阀是属于同一类型的阀门。球阀的启闭件是一个有孔的球体启闭件

52、是一个有孔的球体，球体以阀体中心线为轴作旋转运动。来截断或开球体以阀体中心线为轴作旋转运动。来截断或开启流体流动的通道。阀门从全开到全关启流体流动的通道。阀门从全开到全关，阀杆的旋转角度为阀杆的旋转角度为90，球阀可适球阀可适用于高压用于高压，但工作温度有一定限制。但工作温度有一定限制。 各类阀门开启或关闭位置的定位方式各类阀门开启或关闭位置的定位方式(即开启到位或关闭到位即开启到位或关闭到位)对于阀门对于阀门电动装置的选择以及控制电路的功能设计有很大影响。通常开启位置的定位电动装置的选择以及控制电路的功能设计有很大影响。通常开启位置的定位全部采用行程整定全部采用行程整定，对于关闭位置的定位对

53、于关闭位置的定位，采用转矩整定的阀门有强制密封采用转矩整定的阀门有强制密封闸阀、截止阀和非密封蝶阀闸阀、截止阀和非密封蝶阀，采用行程整定的阀门有自动密封闸阀、球阀和采用行程整定的阀门有自动密封闸阀、球阀和非密封式蝶阀。非密封式蝶阀。二、电动阀门的主要组成部分及功能二、电动阀门的主要组成部分及功能 电动阀门是由阀门电动装置和阀门共同构成的统一体。它既是管道部件电动阀门是由阀门电动装置和阀门共同构成的统一体。它既是管道部件一阀门，又是自动化部件一电动装置。所以它除了必须满足生产过程对于阀一阀门，又是自动化部件一电动装置。所以它除了必须满足生产过程对于阀门的要求外，还必须满足生产过程对于电动装置的要

54、求。门的要求外，还必须满足生产过程对于电动装置的要求。125为使电动装置和阀门之间配合完全协调。以组成一个完善的电动阀门，电动装为使电动装置和阀门之间配合完全协调。以组成一个完善的电动阀门，电动装置必须保证能够完全与阀门的操作特性相配合。主要的几点是：最大输出转矩置必须保证能够完全与阀门的操作特性相配合。主要的几点是：最大输出转矩；阀门操作行程；合适的操作速度，一般情况下，小面径阀；阀门操作行程；合适的操作速度，一般情况下，小面径阀(Dg=150mm)的的全程时间为全程时间为3040s，大口径阀门大口径阀门(Dg=800mm)的全程时间为的全程时间为140200s；应配有应配有手动操动机构；电

55、动装置和阀门可分别安装；手动操动机构；电动装置和阀门可分别安装； 有完善的防护措施。有完善的防护措施。现将电动阀门主现将电动阀门主要组成部分及其要组成部分及其功能分述如下：功能分述如下：(1)电动机：采用电动机：采用专门设计的三相专门设计的三相异步电动机，按异步电动机，按1015min短时工短时工作制设计，电动作制设计，电动装置配用电动机装置配用电动机的功率一般从的功率一般从40W到到10KW。126127(2)(2)主传动机构：电动机通过主传动机构减速后带动阀门的启闭件，最常见的主传动机构：电动机通过主传动机构减速后带动阀门的启闭件，最常见的结构形式为正齿轮传动和蜗杆蜗轮传动的结合方式。结构

56、形式为正齿轮传动和蜗杆蜗轮传动的结合方式。(3)(3)转矩转矩推力转换：对于启闭件作直线运动的阀门推力转换：对于启闭件作直线运动的阀门( (闸阀或截止阀闸阀或截止阀) )，主传动，主传动机构输出的转矩通过阀杆螺母转换为推力，带动启闭件动作，通常阀杆螺母都作机构输出的转矩通过阀杆螺母转换为推力，带动启闭件动作，通常阀杆螺母都作为阀门的一个部件。为阀门的一个部件。(4)(4)二次减速器对于启闭件作旋转运动的阀门二次减速器对于启闭件作旋转运动的阀门( (蝶阀和球阀蝶阀和球阀) )、转动角度仅为、转动角度仅为9090。所以，主传动机构的输出轴后，还要通过加装的二次减速器。所以，主传动机构的输出轴后，还

57、要通过加装的二次减速器( (也利用机构传动也利用机构传动方式方式) )才能去带动阀门启闭件动作。才能去带动阀门启闭件动作。(5)(5)行程控制机构：用来整定阀门的启闭位置。当阀门开度达到行程控制机构行程控制机构：用来整定阀门的启闭位置。当阀门开度达到行程控制机构的整定值时，它将推动行程开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。行的整定值时，它将推动行程开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。行程开关还可以发出信号供给其他自动装置，例如程序控制装置使用。程开关还可以发出信号供给其他自动装置，例如程序控制装置使用。(6)(6)转矩限制机构：用来限制电机装置的输出转矩，当转矩达到转矩限制机构转

58、矩限制机构：用来限制电机装置的输出转矩，当转矩达到转矩限制机构的整定值时，此机构推动转矩开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。的整定值时，此机构推动转矩开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。(7)(7)阀位测量机构：阀位测量机构以模拟量的形式提供阀门的位置信号，在电阀位测量机构：阀位测量机构以模拟量的形式提供阀门的位置信号，在电动装置本体上有机械式指示信号，也可利用电位器远传电气信号。动装置本体上有机械式指示信号，也可利用电位器远传电气信号。(8)(8)手一电动切换机构：常用的结构是人工把切换机构手一电动切换机构：常用的结构是人工把切换机构( (机械离合器机械离合器) )切到于动切

59、到于动侧，就可以使用于轮操作电动阀门。电动时，电动机一旋转，切换机构自动切回侧，就可以使用于轮操作电动阀门。电动时，电动机一旋转，切换机构自动切回电动侧，这种方式称为半自动切换机构。电动侧，这种方式称为半自动切换机构。128(9)(9)操作手轮：电动操作故障时，用来进行操作手轮：电动操作故障时，用来进行手手动操作，这时必须先将手动操作，这时必须先将手- -电动切电动切换机构由人工切到手动侧。换机构由人工切到手动侧。(10)(10)控制电路：阀门电动装置的电气控制箱内装有电气控制电路，用以接受运控制电路：阀门电动装置的电气控制箱内装有电气控制电路，用以接受运行人员从操作盘发来的控制指令或由程控装

60、置发来的控制指令，自动操作阀门行人员从操作盘发来的控制指令或由程控装置发来的控制指令，自动操作阀门的启闭。也可利用电气控制箱上的按钮，就地操作阀门的启闭。的启闭。也可利用电气控制箱上的按钮，就地操作阀门的启闭。当阀门启闭到位时，它还能接受转矩限制机构和行程控制机构送来的信号，切当阀门启闭到位时，它还能接受转矩限制机构和行程控制机构送来的信号，切断电动机的电源。断电动机的电源。控制电路具有保护功能，当电动机发生过载，短路或缺相等故障时，能自动切控制电路具有保护功能，当电动机发生过载，短路或缺相等故障时，能自动切断电源，保护电动机。断电源，保护电动机。(11)(11)附加行程开关机构：有的电动装置带有附加行程开关机构，它可以发