火电厂热工自动化

热工自动化热工自动化内容简介火电厂热工自动化内容涵盖自动化设备和自动化系统，随着设备与系统的变化更新，热工自动化内容也发生变化：一、传统热工自动化内容二、现代热工自动化内容热工自动化内容简介一、传统热工自动化内容（1）自动检测（2）远方控制与顺序控制（3）自动保护（4）自动调节

自动地检查和测量反映生产过程进行情况的各项物理参数，化学量（如温度、压力、液位、化学成分等）及各项生产设备的工作状态参数，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。根据预先拟定的程序条件和时间要求，使单元机组的主、辅机系统涉及到的设备自动地依次进行启动、停止及其他一系列操作，这一控制过程称为顺序控制。机组在启停、事故处理过程中，以及机组改变运行方式或系统处于手操状态时，运行人员需要在控制室对辅机、阀门、挡板等进行远距离的操作和控制，这一工作过程称为远方控制。自动化程度再高的机组，远方控制手段也是必不可少的。自动保护是利用自动化装置对机组（或系统、设备）状态、参数和自动控制系统进行监视，当发生异常或事故时，自动采取保护措施，送出报警信号及切除某些系统和设备，以防止事故进一步扩大并保证生产设备和人身的安全。传统的自动报警系统采用报警灯、电铃、电笛、光子牌等设备来实现

目前单元机组广泛使用DCS控制系统，其报警系统采用在CRT上用画面的方法实现，有的机组辅以多媒体来产生多种声音效果联锁也是热工保护的一部分。联锁主要针对辅机的保护采用DCS控制系统的机组，联锁与顺控并无严格的界限自动地维持一个或几个能够表征热力设备正常工作状况的物理量为规定值。由于生产过程经常受到各种因素的干扰和影响，运行工况发生偏离，必须通过自动调节达到正常运行的要求。因此，自动调节是经常起作用的一种自动控制手段。

自动调节必须依赖自动调节设备或装置来完成

热工自动化内容简介二、现代热工自动化内容DAS系统（数据采集系统）CCS系统（或称MCS系统，即模拟量控制系统）FSSS系统（锅炉炉膛安全监视系统）DEH系统（汽轮机数字电液调节系统）SCS系统（顺序控制系统）ETS系统（汽轮机保护系统）ECS系统（电气控制系统）TSI系统（汽轮机仪表监视系统）MEH系统（小汽轮机数字电液调节系统）BPCS系统（旁路控制系统）这些内容可用不同的控制设备完成，其中以DCS最为典型热工自动化内容简介三、传统内容与现在内容比较DAS-----------------自动检测MCS（CCS）----------自动调节SCS--------------顺序与远方控制FSSS（BMS）---自动保护及联锁

DEH----------自动调节、自动保护MEH----------自动调节BPCS----------自动调节ETS---自动保护及联锁

ECS----------自动调节BCSFSS课程内容课程内容围绕自动化设备和自动化系统构成的热工自动化内容展开一、过程仪表及设备一次仪表：温度、压力、水位等检测二次仪表：执行机构、调节机构控制设备：DCS系统、PLC、FCS、工业控制网络二、过程控制系统（DCS应用系统）MCS\FSSS\DEH过程仪表与设备---温度测量一、温标的工程单位摄氏温标（用t表示，单位℃）华氏温标（用F表示，单位F）热力学温标（用T表示，单位为K—开尔文，常用于天文）摄氏温度和开氏温度之间的换算关系是：K=℃+273.15≈℃+273

华氏温度和摄氏温度之间的换算关系是：℃=5/9(F－32)过程仪表与设备---温度测量二、温度测量方法过程仪表与设备---温度测量三、热电偶测温过程仪表与设备---温度测量四、热电偶测温的说明热电势是由温差电势和接触电势组成。热电势大小表示为EAB(t,t0)，方向由高温端接触电势的方向确定（即在高温端由负极指向正极）热电偶就是依据热电势与温度的对应关系进行测温的。对于材料已确定的热电偶，其热电势只与温度有关，当冷端温度t0保持不变时，则热电势与热端温度t保持单值函数关系，因此测量热电势的大小，即可测知被测温度t的大小。利用热电偶测温时冷端温度必须固定热电偶的热电势只与构成热电偶的材料及两接点的温度有关，而与材料的几何尺寸无关。因此热电偶的两热电极应分别是匀质材料，否则就有多个热电偶。

当材料相同，接点温度不同时，热电势为0；当接点温度相同，而材料不同时，热电势也为0。过程仪表与设备---温度测量五、热电偶的基本定律均质导体定律中间导体定律中间温度定律AAtt0EAA(t,t0)=eAA(t)-eAA(t0)-eA(t,t0)+eA(t,t0)=0-0+0=0ABCt1tt1ABtt1=ABt1t3ABt1t2ABt2t3=+过程仪表与设备---温度测量六、热电偶冷端温度的补偿与处理用热电偶测温时，必须注意1、冷端温度恒定，热电势才与热端温度成单值关系2、热电偶及显示仪表是在参考端为0℃时进行分度和刻度的因此，若参考端不为0℃，必须进行补偿与处理：传统常用的补偿与处理方法：计算方法、冷端恒温法、显示仪表机械零点法、补偿电桥法DCS的应用后的方法：计算机自动补偿与处理（相当与自动计算法）过程仪表与设备---温度测量1、三大热电偶基本定律有何应用和推论，证明中间导体和温度定律2、应用热电偶定律，试求如图所示的三种热电极组成回路的总热电动势值，并指出其电流方向？

思考题镍铬镍硅康铜300℃100℃80℃一、压力的工程单位及其换算PSI=磅/平方英寸过程仪表与设备---压力及其关联参数测量单位PaKPaMPabarmbarkgf/cm2cmH2OmmH2OmmHgp.s.iPa110-310-610-510-210.2×

10-61.02×10-3101.97×

10-37.5×

10-30.15×10-3KPa103110-310-21010.2×

10-310.2101.977.50.15MPa0610311010410.21.02×103101.97×1037.5×1030.15×103bar10510210-111031.021.02×10310.2×103750.0614.5mbar10210-110-4101

1.02×

10-31.0210.20.7514.5×10-3kgf/cm2

98066.598.0798.07×

10-3

0.98980.6711000

10.000735.5614.22cmH2O

98.0698.07×

10-398.07×

10-60.98×

10-3

0.9810-31

100.7414.22×103mmH2O

9.8069.807×

10-39.807×

10-698.07×

10-698.07×

10-310-40.11

73.56×

10-31.42×10-3mmHg

133.32133.32×

10-3133.32×

10-61.33×

10-3

1.331.36×

10-31.3613.61

19.34×10-3p.s.i

6894.766.896.89×

10-368.95×

10-3

68.9570.31×

10-370.31703.0751.711一、压力的工程单位及其换算过程仪表与设备---压力及其关联参数测量一、压力的工程单位及其换算过程仪表与设备---压力及其关联参数测量二、压力测量方式就地液柱式弹簧管压力计远传压力变送器（罗斯蒙特—西屋公司1151、3051、川仪横河EJA

、ABB、霍尼韦尔等），以4～20mA传输智能压力变送器，以数字信号＋4～20mA传输现场总线压力变送器，以数字信号传输力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、扩散硅压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等

过程仪表与设备---压力及其关联参数测量三、变送器的零点调整与零点迁移在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常常需要将测量的起点迁移到某一数值(正值或负值)，这就是所谓零点迁移。在未加迁移时，测量起始点为零；：当测量的起始点由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，当测量的起始点由零变为某一负值时，称为负迁移。零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。在xmin=o时，为零点调整；在xmin≠0时，为零点迁移调整。过程仪表与设备---压力及其关联参数测量四、压力变送器的四线制与二线制变送器有两线制和四线制之分，两线制变送器尤多过程仪表与设备---压力及其关联参数测量四、压力变送器的四线制与二线制1）四线制过程仪表与设备---压力及其关联参数测量变送器电源装置接受仪表现场控制室电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗没有严格要求。供电电源可以是交流（220V）电源或直流电源（24V），输出信号可以是死零点（0~10mA）或活零点（4~20mA)四、压力变送器的四线制与二线制2）二线制过程仪表与设备---压力及其关联参数测量二线制变送器相当于一个可变电阻，其阻值由被测参数控制。信号电流必须采用活零点电流。必须采用直流单电源供电。要求采用低功耗集成运算放大器和设置性能良好的稳压、稳流环节。优点：节省电缆，减少费用和缩短工期，有利于防爆。变送器电源装置接收仪表五、压力关联参数测量在诸类变送器中，压力类变送器的应用最广泛、最普遍，压力类变送器大体分为压力变送器和差压变送器。变送器常用来测量压力、差压、真空、液位、流量和密度等。过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位过程仪表与设备---压力及其关联参数测量六、差压变送器测量水位过程仪表与设备---压力及其关联参数测量思考：1、此图错误指出

2、标出信号一、概述电动执行器气动执行器液动执行器过程仪表与设备---执行机构二、电动执行机构过程仪表与设备---执行机构二、电动执行机构过程仪表与设备---执行机构三、气动薄膜执行机构过程仪表与设备---执行机构四、电信号气动气动长行程执行机构过程仪表与设备---执行机构四、电信号气动气动长行程执行机构过程仪表与设备---执行机构五、液动执行机构主要用于DEH系统分控制性和开关型过程仪表与设备---执行机构一、调节阀种类1、单座调节阀2、双座调节阀3、套筒式调节阀4、自力式调节阀过程仪表与设备---调节阀直通式调节阀二、调节阀流量系数流量系数决定调节阀的流通通径，根据Kv选择调节阀的公称通径Kv=Q过程仪表与设备---调节阀三、调节阀流量特性直线型等百分比抛物线快开过程仪表与设备---调节阀四、调节阀的选择依据：根据Q、差压、介质类型1、计算Kv值，选择调节阀公称通径2、选择调节阀的结构形式3、选择调节阀法兰面的口径4、选择材质5、选择流量特性：根据调节对象放大系数×调节阀放大系数过程仪表与设备---调节阀又称为集中分散型控制系统、分布式控制系统以“分散控制、集中管理”为指导思想分散控制：以分散的微型计算机来分担不同的控制任务。分散危险集中管理：通过计算机数字通讯网络实现计算机之间的信息共享。实现协调控制，实现集中监视、集中操作、集中管理。过程仪表与设备---DCS操作员站工程师站过程控制单元（过程控制站、现场控制站）网间接口系统网络过程仪表与设备---DCS过程仪表与设备---DCSOSOSEWSPCUPCUPCU集控室马达控制中心电子设备间现场现场一次仪表（变送器、执行器、开关、电磁阀等）SNETPLC的结构：

编写用户程序调试用户程序监控用户程序

系统自诊断

执行用户程序数据通讯

将PLC内部的指令以一定的形式反馈到现场

采集现场的输入信号，进行信号转换过程仪表与设备---PLC过程仪表与设备---PLC首先…使用向导及单条MSG指令就非常简单地实现信息交换省时CIPCIP加工包装EtherNet/IPControlNetSERCOSDeviceNetFieldbusH1ControlNet优势:NetLinx通讯允许数据在一个系统内无缝地路由

…节省时间与金钱其次…在多种网络之间实现无缝地信息交换省时CIP再次…从任意一点就可以访问整个控制系统时间就是金钱CIPCIP仓库过程仪表与设备---FCS将来的发展方向现场总线仪表挂接在现场总线上，通过现场总线与控制室（上位机）相联系。智能变送器智能执行器变送控制器模拟仪表接口现场总线现场过程仪表与设备---工业以太网1、在通用的以太网基础上发展起来的2、特点采用TCP/IP协议把以太网的7层协议简化为四层，并定义应用层增加实时性与快速性标准的ISO/OSI模型（应用、表示、会话、传输、网络、数据链路、物理）过程仪表与设备---发展趋势工业控制网络技术是在工业生产的现代化要求情况下提出与发展起来的，与计算机技术、控制技术和网络技术的发展密切相关。他使过程控制设备发展为三大控制系统并存，未来趋势为FCS集散控制（DCS）可编程控制（PLC）现场总线控制（FCS）工业以太网（在DCS\PLC\FCS基础上形成），DCS\PLC在底层沿袭传统的模拟信号传输制，我们称之为传统控制系统，而FCS真正把数字化信号传输带给现场底层思考题1、简述DCS的结构，并分别说明各结构的功能2、一般为什么把过程控制站布置在专门的电子室中3、FCS系统与DCS在信号传递的最大区别4、PLC的结构组成如何，它的组态方法有那些5、简述工业以太网与通用以太网的主要区别现场工艺过程一般按照功能划分为若干个子功能区域，每个功能区域有许多参数需要控制，这些参数控制由DCS中的过程控制单元完成，由于DCS是计算机控制装置，所以过程控制单元是通过软件来组成各工艺参数的控制系统，从而形成DCS应用系统。DCS应用系统---MCS电网调度中心EMS（）RTUDCS系统MCS系统微波通道DIDIAIDODOAOAGC请求AGC解除调度负荷指令（ADS）AGC投入协调控制方式机组实际功率电厂端EDC（经济调度控制）+ACE（区域控制偏差）=ADS指令AGC示意单元机组DCS应用系统---MCSMCS系统的架构锅炉子控制系统汽机子控制系统负荷控制回路负荷指令限制回路负荷指令运算回路AGC来的ADS指令A△fMBMTp0pTNEN0NS主控系统负荷指令处理（LMCC）协调控制级基础控制级最大最小负荷限制负荷返回（RB）负荷指令闭锁增减（BI/BD）负荷迫升迫降（RU/RD）负荷快速切断（FCB）DCS应用系统---MCSDCS应用系统---MCSMCS系统的组成MCS系统主控系统子控制系统负荷指令处理（LMCC）负荷控制回路负荷指令运算负荷指令限制锅炉子控制系统汽机子控制系统给水控制燃烧控制汽温控制除氧器水位、压力高、低加水位DEH控制DCS应用系统----MCS主控系统2-1、目标负荷指令Ns的形成原理DCS应用系统----MCS主控系统负荷指令限制作用对主辅机和设备的运行状况进行监视，一旦发生故障就要对目标负荷指令NS进行必要的限制，以形成单元机组的实际目标负荷指令N0主辅设备不同，故障类型不同，采用的限制方法不同单元机组主辅机故障类型I类故障：跳闸或切除（来源明确，根据切投状况直接确定）II类故障：设备工作异常（无法直接确定，根据运行参数的偏差间接确定）单元机组负荷指令限制最大最小负荷限制（是最基本的负荷限制，与主辅机的故障无关）负荷返回（RB）（适用于一类故障，辅机故障处理）负荷指令闭锁增减（BI/BD）（适用于二类故障处理）负荷迫升迫降（RU/RD）（适用于二类故障处理）负荷快速切断（FCB）（适用于一类故障，主设备故障处理）MCS控制系统----主控系统其它负荷限制都通过最大/最小负荷限制回路来实现＞＜AANSN

0NmaxNmin＜N0方法二方法一Ns1、最大最小负荷限制MCS控制系统----主控系统确定辅机的类型数量，机组类型与容量不同，辅机也不同。为了保证RB的负荷返回速度，除了设置速率外，还可考虑把RB回路放在负荷控制回路中实现，避免参与PID运算而影响负荷返回，具体把“1”信号引入负荷控制回路的输出中，并经小选。T52、负荷返回（RB）MCS控制系统----主控系统4、负荷指令闭锁增减（BI/BD）机组在实际运行过程中，一些不明原因可能造成执行机构工作到极限状态，如燃烧器喷嘴堵塞、风机挡板卡涩、给水调节机构故障等，这类故障属设备工作异常情况，即II类故障。具体处理时，由于造成这类故障的因素不能直接识别，但一般这类故障会造成参数的偏差增大（主要为燃料量、送风量、给水流量），通过对参数的偏差进行监视（参数偏差以定值减实际值计算）来对实际目标负荷指令实施增或减方向的闭锁（当定值减实际值偏差变大越限时，为防止实际值进一步变小，使偏差进一步变大越限，实施增闭锁（即限制目标负荷指令的进一步增大）。反之则实施减闭锁。因为机组负荷减小，运行参数增加。），以防止故障危害的进一步扩大，直至偏差回到规定值时解除闭锁闭锁逻辑由参数偏差来产生BI/BD限制回路实现结合在最大/最小限制回路中完成MCS控制系统----主控系统4、负荷指令闭锁增减（BI/BD）

思考：当逻辑回路不产生BI/BD或RU/RD逻辑时则T1和T2切换器输出是什么，在图中如何实现（注意：在没有增减闭锁逻辑时，需对原最大最小回路的工作不产生影响。有两种方法。）思考题1、MCS系统的结构组成2、负荷限制的类型与适应的故障范围3、BI/BD与RU/RD的关系，主要根据那些参数来判断此类故障的限制，如何判断？4、DEH与MCS的关系5、单元机组的故障类型6、单元机组目标负荷的产生原理7、最大/最小负荷限制的实现原理MCS控制系统----主控系统负荷控制回路一、负荷控制回路的组成负荷控制回路主要由锅炉主控制器与汽机主控制器及控制方式切换器和机炉主站组成。如下图所示MCS控制系统----主控系统负荷控制回路锅炉主站一般包含在锅炉的燃烧控制子系统中（燃料和送风），有些直接设置该主站。汽机主站在负荷控制回路中单独设置MCS控制系统----主控系统负荷控制方案单元机组负荷控制的基本方案有以下几种：手动方式（BASE）锅炉跟随方式（BF）汽机跟随方式（TF）机炉协调方式（COORD）负荷控制方式是指由基本的控制方案所形成的。控制方案不同，相应的负荷控制方式不同。负荷控制方式一般以BASE、BF、TF、COORD（COORD又区分以BF或TF为基础的COORD方案，对于一确定的单元机组在协调系统设计时只能选择其中的一种方案作为COORD负荷控制方式供切换选择）方案来区分。MCS控制系统----主控系统一、负荷控制方案的原理1、锅炉跟随方式（BF）（汽机基本负荷控制方式）控制特征：机侧调整功率，炉侧调整压力，特点：利用锅炉的蓄热量，易引起炉的压力波动，响应负荷的速度快。包括汽机主站手动（即不带功率自动控制）和汽机主站自动（带功率控制），实际应用中BF方式一般不采用带功率自动（即汽机主站自动）方式，而采用不带功率自动（即汽机主站手动）方式（称为不带功率自动的BF方式或手动BF方式），这利于减少压力波动（因为功率的加减可缓慢进行）。由于机炉分别独立控制，所以它不属于机炉协调的负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，很少设计该控制方案供切换选择，特别是强调协调控制的大机组中，更是如此。适应范围：适应于承担变动负荷的机组（即调频机组），且锅炉蓄热能力较大；对于直流炉无法采用BF方式。控制图：MCS控制系统----主控系统一、负荷控制方案的原理2、汽机跟随方式（TF）（锅炉基本负荷控制方式）控制特征：炉侧调整功率，机侧调整压力，特点：锅炉惯性大，负荷响应能力差，响应负荷的速度慢，无法利用炉蓄热，但压力稳定，有利于安全运行。包括锅炉主站手动（即不带功率自动控制）和锅炉主站自动（带功率控制），实际应用中TF方式一般不采用带功率自动（即锅炉主站自动）的方式，而采用不带功率自动（即锅炉主站手动）的方式（称为不带功率的TF方式或手动TF方式）。由于机炉分别独立控制，所以它不属于机炉协调的负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，很少设计该控制方案供切换选择，特别是强调协调控制的大机组中，更是如此。适应范围：适应于承担基本负荷的机组，且锅炉蓄热能力较小。控制图：MCS控制系统----主控系统一、负荷控制方案的原理4、机炉协调方式（COORD）（机炉联合控制方式）控制特征：机侧和炉侧同时进行压力和功率的调整，机炉主站在自动。特点：利用锅炉的蓄热量，又利于压力的稳定，COORD方式一般都是在TF或BF负荷控制方案的基础上形成的，所以实际应用中COORD方式是指以TF或BF为基础协调中的一种。由于该控制方案机炉控制相互联系和配合，所以它属于机炉协调的负荷控制方案，一般在负荷控制回路中，需设计该控制方案的各种协调方式（如TF或BF为基础的协调控制方式）供切换选择，特别是强调协调控制的大机组中，更是如此。单元机组TF或