熱工自動化專題

1、 隨著單機容量的增大，單元機組出現(xiàn)，緊密的機爐關系導致了采用集中控制方式。 而隨著機組熱力系統(tǒng)變得更加復雜，運行時需要監(jiān)視及操作的點也隨之增加。導致集控室內(nèi)的臺盤規(guī)模增大。這樣運行人員配置的數(shù)量以及人員間的協(xié)調(diào)出現(xiàn)困難。 恰好計算機分散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了上述的問題。 此后熱工自動化的重要性開始體現(xiàn)，形成了若沒有自動控制則機組就不能正常運行的態(tài)勢。 下面以熱工自動化的基本概念，熱控系統(tǒng)的發(fā)展歷程以及常規(guī)的熱工控制解決方案，進行簡單介紹，作為擴建工程的參考。工業(yè)生產(chǎn)過程工業(yè)生產(chǎn)過程 指原材料經(jīng)過若干加工步驟轉變成產(chǎn)品的歷程指原材料經(jīng)過若干加工步驟轉變成產(chǎn)品的歷程 工業(yè)生產(chǎn)過程可分為工業(yè)生產(chǎn)過程

2、可分為： 生產(chǎn)過程和生產(chǎn)過程和生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 熱工熱工： 含有熱的傳遞、轉化的工程技術含有熱的傳遞、轉化的工程技術 熱工自動化在熱工自動化在電廠涉及的電廠涉及的范圍范圍 從汽輪機向前到卸煤的自動控制從汽輪機向前到卸煤的自動控制H 0H 測量單元測量單元執(zhí)行單元執(zhí)行單元汽包鍋爐水位自動控制示意圖汽包鍋爐水位自動控制示意圖人工人工/自動自動DW給水給水蒸汽蒸汽H省煤器省煤器汽包汽包控制單元控制單元I0IH測量單元測量單元調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)單元執(zhí)行單元執(zhí)行單元WDHI0IH2被控量被控量（被調(diào)量）（被調(diào)量）3給定值給定值給定值擾動給定值擾動6控制控制 機構機構基本擾動基本擾動5控制量控制量（調(diào)節(jié)量）（調(diào)

3、節(jié)量）7擾動擾動(外擾外擾)7擾動擾動(內(nèi)擾內(nèi)擾)9控制過程控制過程 （調(diào)節(jié)過程）（調(diào)節(jié)過程）8自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)4.偏差偏差1 1被控對象被控對象（對象）（對象）將所有的量都轉換成將所有的量都轉換成“信號信號”系統(tǒng)中的環(huán)節(jié)畫成系統(tǒng)中的環(huán)節(jié)畫成“方框方框”，環(huán)節(jié)串聯(lián)相當于相乘。，環(huán)節(jié)串聯(lián)相當于相乘。信號的代數(shù)和運算用信號的代數(shù)和運算用“ ”規(guī)定信號的傳遞是單方向的，所以信號用有向線段表示規(guī)定信號的傳遞是單方向的，所以信號用有向線段表示自控原理框圖方便了對系統(tǒng)的描述與分析。自控原理框圖方便了對系統(tǒng)的描述與分析。自控裝置主要有：自控裝置主要有：1.測量測量2.控制控制3.執(zhí)行執(zhí)行4.人機接口

4、人機接口-r擾動通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機構y對象通道：輸入與輸出信號間的關系通道：輸入與輸出信號間的關系 （1 1）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng) （2 2）開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng)）開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng) （3 3）復合（前饋反饋）控制系統(tǒng)）復合（前饋反饋）控制系統(tǒng) （1 1）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)-r擾動通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機構y對象特點：按偏差進行控制，能克服各種擾動 的影響。 調(diào)節(jié)結束后使偏差不超過允許值。 調(diào)節(jié)不及時，總是在出現(xiàn)偏差后才控制。 （2 2）開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng)）開環(huán)（前饋）控制系統(tǒng)擾動通道調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)節(jié)器y對象0調(diào)節(jié)通道擾動

5、通道）（前饋調(diào)節(jié)器y調(diào)節(jié)通道擾動通道前饋調(diào)節(jié)器 （3 3）復合（前饋反饋）控制系統(tǒng)）復合（前饋反饋）控制系統(tǒng)-r擾動通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機構y前饋調(diào)節(jié)器前饋減弱主要擾動的影響，反饋消除其余偏差。前饋減弱主要擾動的影響，反饋消除其余偏差。前饋控制為粗調(diào)，反饋控制為細調(diào)前饋控制為粗調(diào)，反饋控制為細調(diào) 。基地式儀表基地式儀表：將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里,從而形成一個整體,并且可就地安裝的一類儀表。單元組合式儀表單元組合式儀表：組裝式儀表組裝式儀表：組裝儀表特點：組件數(shù)量可按需要插裝，幾個控制系統(tǒng)可合裝在一個機柜內(nèi)，易于維修。 綜合自動化階段綜合自動化階段現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

6、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)分散分散控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(DCS)計算機集成計算機集成處理處理系統(tǒng)系統(tǒng)(CIPS)遠程工作遠程工作供應商供應商企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)國際互連網(wǎng)國際互連網(wǎng) 計算機引入控制領域，推動了控制理論的發(fā)展：現(xiàn)代控制理論的應用模糊控制專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡小波分析這些控制理論及控制方法，這些控制理論及控制方法，或由于應用條件嚴格，或不或由于應用條件嚴格，或不夠成熟，或缺少工程開發(fā)環(huán)夠成熟，或缺少工程開發(fā)環(huán)境，或科研應用脫節(jié)，所以境，或科研應用脫節(jié)，所以在電廠的控制中應用還不普在電廠的控制中應用還不普遍。遍?？刂破鲗ο髨?zhí)行器變送器evrCVC PID 11( )(1)PIDdisWsT s

7、E sTs微分方程傳遞函數(shù))()(1)(1)(0tdidtedTdtteTtetPIDe比例比例積分積分微分微分(PID)(PID)環(huán)節(jié)的特點環(huán)節(jié)的特點比例：動作及時，控制方向始終正確，是有差調(diào)節(jié)比例：動作及時，控制方向始終正確，是有差調(diào)節(jié)積分：動作滯后，有時方向錯誤，輸入為積分：動作滯后，有時方向錯誤，輸入為0時輸出不變化，能消除靜態(tài)誤差時輸出不變化，能消除靜態(tài)誤差微分：動作超前，方向正確，靜態(tài)時輸出為微分：動作超前，方向正確，靜態(tài)時輸出為0，不能消除靜態(tài)誤差。，不能消除靜態(tài)誤差。t協(xié)調(diào)控制級鍋爐控制子系統(tǒng)鍋爐控制子系統(tǒng)汽輪機控制子系統(tǒng)汽輪機控制子系統(tǒng)負荷指令處理部分外部負荷要求指令（就地、

8、外部負荷要求指令（就地、ADSADS、調(diào)頻）、調(diào)頻） 運行方式選擇實際負荷指令實際負荷指令N0輸出電功率輸出電功率NE汽壓給定值汽壓給定值p0主汽壓主汽壓pT基礎控制級單元機組汽壓給定汽壓給定協(xié)調(diào)運行的方式選擇協(xié)調(diào)運行的方式選擇 協(xié) 調(diào)（在機爐都投自動時） 爐跟機（鍋爐自動） 機跟爐（汽機自動） 全手動 鍋爐允許時，還可定壓/滑壓爐跟機B鍋爐調(diào)節(jié)器汽機調(diào)節(jié)器TPt負荷指令負荷指令Ne協(xié)調(diào)鍋爐調(diào)節(jié)器汽機調(diào)節(jié)器汽壓給定汽壓給定Pt負荷指令負荷指令NeBT鍋爐主指令鍋爐主指令汽機主指令汽機主指令鍋爐主指令鍋爐主指令汽機主指令汽機主指令噴水減溫器噴水減溫器1.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 300MW單元機組過

9、熱汽溫控制系統(tǒng)實例過熱蒸汽流程示意圖過熱蒸汽流程示意圖一級噴水減溫控制 煙氣擋板控制再熱汽溫煙道布置示意圖煙氣擋板控制再熱汽溫煙道布置示意圖 煙氣再循環(huán)示意圖煙氣再循環(huán)示意圖 再熱汽溫控制再熱汽溫控制系統(tǒng)系統(tǒng)汽汽交換器燃燒器傾角噴水減溫再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)實例再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)實例 或中壓缸排汽溫度300MW機組給水熱力系統(tǒng)簡圖機組給水熱力系統(tǒng)簡圖 采用采用變速泵的給水控制系統(tǒng)變速泵的給水控制系統(tǒng) 變速泵的安全經(jīng)濟運行區(qū)與鍋爐的壓力變速泵的安全經(jīng)濟運行區(qū)與鍋爐的壓力負荷曲線負荷曲線 采用熱量信號的燃燒控制系統(tǒng)采用熱量信號的燃燒控制系統(tǒng) 送風控制系統(tǒng)送風控制系統(tǒng)輔助風和燃料風控制（二次風的分配

10、控制）輔助風和燃料風控制（二次風的分配控制）磨煤機風量風溫控制磨煤機風量風溫控制（直吹）（直吹）給煤機轉速100%一次風量給定值100%圖6-77給煤機轉速與一次風量的函數(shù)關系一次風道壓力控制系統(tǒng)一次風道壓力控制系統(tǒng)爐膛壓力控制系統(tǒng)爐膛壓力控制系統(tǒng)（引風）（引風）死區(qū) 帶有循環(huán)泵的直流鍋爐汽水系統(tǒng)循環(huán)流量給水調(diào)節(jié)最小流量給水泵至一、二級噴水減溫汽水分離器（4個）水平煙道和折焰角集箱儲水箱高壓加熱器LT循環(huán)泵省煤器水冷壁至爐膛頂棚入口集箱溢流管道至啟動擴容器過冷管循環(huán)泵暖管省煤器放氣( )( )( )汽水分離器直流鍋爐負荷調(diào)節(jié)的兩種原則方案直流鍋爐負荷調(diào)節(jié)的兩種原則方案（a）方案一（b）方案二W

11、負荷指令給水調(diào)節(jié)器燃水比調(diào)節(jié)器BBWB負荷指令燃燒調(diào)節(jié)器燃水比調(diào)節(jié)器WWBPePe 機組負荷和主汽壓的機組負荷和主汽壓的響應響應平緩，機平緩，機組主要參數(shù)的穩(wěn)定性大大提高，但因組主要參數(shù)的穩(wěn)定性大大提高，但因燃料量至燃料量至中間點中間點汽溫或焓值通道的遲汽溫或焓值通道的遲延和慣性遠遠大于給水量，延和慣性遠遠大于給水量，會對溫度會對溫度有較大影響，有較大影響，通常通常考慮考慮若若微過熱汽溫微過熱汽溫出現(xiàn)大偏差時出現(xiàn)大偏差時，應在給水控制回路引應在給水控制回路引進校正量，強制拉回汽溫偏差，保證進校正量，強制拉回汽溫偏差，保證汽溫和金屬溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽溫和金屬溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。 可以使可以使

12、給水流量只對給水流量只對中間點中間點汽溫或焓汽溫或焓值值響應，響應，最終使機組負荷、主汽壓穩(wěn)定性最終使機組負荷、主汽壓穩(wěn)定性大大增加，大大增加，中間點中間點汽溫或焓值調(diào)節(jié)質(zhì)量明汽溫或焓值調(diào)節(jié)質(zhì)量明顯提高。顯提高。當燃料量發(fā)生擾動時，燃料和給當燃料量發(fā)生擾動時，燃料和給水調(diào)節(jié)器都將動作，從而使由燃料量內(nèi)擾水調(diào)節(jié)器都將動作，從而使由燃料量內(nèi)擾而引起的溫度偏差也有給水流量變化來補而引起的溫度偏差也有給水流量變化來補償。這種方案適用于燃用劣質(zhì)煤和給粉機償。這種方案適用于燃用劣質(zhì)煤和給粉機運行不穩(wěn)定的鍋爐，因為有給水控制系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的鍋爐，因為有給水控制系統(tǒng)的配合動作，能夠保證過熱汽溫的穩(wěn)定。的配合動

13、作，能夠保證過熱汽溫的穩(wěn)定。負荷負荷給煤機給煤機煤水比煤水比噴噴 水水再熱汽溫再熱汽溫過熱汽溫過熱汽溫給水量給水量汽溫汽溫汽壓汽壓煙氣煙氣調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)燃燒燃燒配風配風引風機引風機送風機送風機磨煤機磨煤機一次風一次風 旁路系統(tǒng)的結構和容量旁路系統(tǒng)的結構和容量（1）改善機組啟動性能。）改善機組啟動性能。（2）適應機組定壓和滑壓運行的要求。）適應機組定壓和滑壓運行的要求。（3）保護再熱器。）保護再熱器。（4）代替安全門。代替安全門。（5）實現(xiàn)機組快速切負荷功能。）實現(xiàn)機組快速切負荷功能。 注：SCO是引入了旁路蒸汽流量修正的特殊PI調(diào)節(jié)器蘇爾壽（瑞士）高壓旁路控制蘇爾壽（瑞士）高壓旁路控制噴水閥開度是旁

14、路閥開度、再熱汽壓力、溫度的函數(shù)，由C計算產(chǎn)生。開環(huán)控制Steam turbine Digital electro-hydraulic control system ( DEH ) 特有問題：解決方法：（1）功率滯后 調(diào)節(jié)門動態(tài)過調(diào)協(xié)調(diào)控制（2）甩負荷時超速設置中壓主汽門和中壓調(diào)節(jié)門（3）低負荷時再熱器的安全問題設置旁路汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展MANVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCSDPEMUDPUDPU#1#2電電源源分分配配箱箱VPCVPCSDP5V5V#2#124V 24V#2#1BCVPCVPCSDPBCBCVPCVPCBCBCVPCVPCVPCVPCAISDP

15、AIAIBCAIDIDOAIAIAIDIAIAIDODODPUDPU#1#2電電源源分分配配箱箱5V5V#2#124V 24V#2#1DIDIBCBCBCBCAIAIAIAIAIAIDODODO操作員站工程師站基本控制ATC控制數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能冷啟動、熱啟動、（中壓缸啟動）1.操作員自動、遠方/協(xié)調(diào)、ATC（閥門切換、閥門管理）2.一級手動、二級手動、三級手動3.單級或串級4.定壓、滑壓（定壓時可閥門管理）5.調(diào)頻方式、基本負荷方式6.主汽壓控制、甩負荷1.超速保護OPC（103、110）、中壓門快關/快開2.危急遮斷ETS3.機械超速保護、手動停機對機組和DEH裝置進行監(jiān)督、顯示給定

16、OPATCCCSASBRMWISPIPI4IPIPI5GC1TS+1GCPI2PI31YN+REF1YN+MW調(diào)節(jié)器REF2+NYNNYNYFEDMIMP調(diào)節(jié)器TV調(diào)節(jié)器GV調(diào)節(jié)器NYTRCOMNYTV全開rpm+手動OPCAST手動OPC+TV伺服回路LTVTV閥門特性TV主汽壓蒸汽流量閥門管理GV伺服回路GV閥門特性高缸壓力蒸汽流量LGVGVGV全開調(diào)節(jié)級壓力n 03000rpmICBRBPONBRPI6BPONIV全開手動OPCAST+IV伺服回路LIVIV閥門特性IV再熱汽壓蒸汽流量功率轉速OP 操作員自動ATC 自動汽輪機控制CCS 協(xié)調(diào)控制AS 自動同步控制BR 油開關合閘SPI

17、一次調(diào)頻投入REF1 功率指令MWI 功率回路投入REF2 調(diào)節(jié)級壓力指令IPI 調(diào)節(jié)級壓力回路投入GC 高壓調(diào)節(jié)門控制FEDM 流量請求指令OPC 超速保護控制AST 機組跳閘L 油動機行程GV 高壓調(diào)節(jié)門 TV 高壓主汽門TRCOM TV與GV切換完成IC 中壓調(diào)節(jié)門控制BPON 旁路投入VP 閥位指令REFCOM 給定值VP轉速DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖HPBV-高壓旁路閥；HPATV-高壓旁路減溫閥；HPATSV-高壓旁路減溫截止閥； CRCV-再熱冷段逆止閥（高排逆止閥）； VV-通風閥；M1-電動旁路閥（倒暖閥）； MSV-高壓主汽閥；CV-調(diào)節(jié)閥； LPBV-低壓旁路閥；

18、 LPATV-低壓旁路減溫閥；CRV-中壓聯(lián)合閥（包括RSV-中壓主汽閥,ICV中壓截止調(diào)節(jié)閥）； IBV-截流預啟閥；CSV-凝汽器噴水閥；RPRV-再熱器壓力排放閥支持中壓缸啟動的熱力系統(tǒng)支持中壓缸啟動的熱力系統(tǒng)汽輪機監(jiān)視儀表（德國菲利浦）RMS700系列（300MW）供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)液壓執(zhí)行部分 1、順序控制系統(tǒng) SCS 1、鍋爐爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng) FSSS 2、汽輪機緊急跳閘保護系統(tǒng) ETS 3、報警系統(tǒng) ANN開關量 控制保護系統(tǒng) 順控系統(tǒng) 順序控制順序控制 1、功能： 按一定的條件和先后順序對大型火電單元機組熱力系統(tǒng)和輔機，包括電動機、閥門、擋板的啟、停和開、關進行自動控制。也叫程序

19、控制系統(tǒng)。 2、意義： 隨著機組容量的增大和參數(shù)的提高，輔機數(shù)量和熱力系統(tǒng)的復雜程度大大增加，順序控制系統(tǒng)涉及面很廣，有大量的輸入輸出信號和邏輯判斷功能。 3、作用： 1）減少了大量繁瑣的操作，降低操作人員的勞動強度。 2）防止誤操作，保證設備安全 4、順序控制在電廠中的應用鍋爐側：給水泵、空預器、送風機、引風機、一次風機、制粉系統(tǒng)、脫硫等的啟停汽機側：凝結水泵、循環(huán)水泵、油泵等設備及系統(tǒng)的啟停相對獨立的程控系統(tǒng)：輸煤、除灰、化學補給水處理、凝結水處理、鍋爐吹灰、鍋爐定期排污等系統(tǒng)。（一般用可編程序控制器PLC來實現(xiàn)） 水處理引風機啟停的順序控制1、啟動控制2、停止控制引風機啟停的順序控制1、啟動控制送風機啟停的順序控制2、停止控制送風機啟停的順序控制熱工保護熱工保護系統(tǒng)系統(tǒng)特點特點1.系統(tǒng)的可靠性極高，常采用獨立的開關量傳感器2.保護命令具有確定的優(yōu)先級3.保護系統(tǒng)的投切可以獨立控制4.保護系統(tǒng)具有在線試驗功能5.保護動作是單方向的，動作后由運行人員復位6.保護動作是分級的，盡量保證安全、減少損失7.具有完善的人機接口，事故追憶功能 鍋爐主汽壓