热工过程自动化电子教案.ppt

Click to edit Master title style,杭州电力教育培训中心,Page,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,热工过程自动化的地位,控制装置,炉,机,电,运行集控室,热控区域,主设备区域,本课程内容,基础知识：,第一章的内容,单元机组负荷控制极其子系统：,主控（第二章、第三章、第四章）,子系统（第五章、第六章、第七章、第 八章）,控制系统的基本原理：,基础知识-,传统自动化的内容,自动检测,对反映热力生产过程运行状态的各种参数(量)，例如压力、温度、流量、液位、气体成分等，以及表征设备工作状况的参数进行自动的检查、测量和监视称为自动检测。,自动检测获取的热工参数通常用于以下两个方面。其一，用于监视显示，作为运行人员监督和操作机组正常运行的重要依据，常用的自动检测装置显示设备有模拟式仪表、数字式仪表以及,CRT,显示器等；其二，用于自动控制系统作为被调量、冲量、补偿修正值等，自动控制系统控制质量的高低，不仅仅取决于控制设备、控制装置和控制系统设计的质量，在很大程度上还要依赖于被测参数信号的准确性。质量再高的自动控制系统，如果没有一个好的检测系统与之相配合，就不会有高质量的过程控制。而且许多记录仪表的数值记录又是机组进行经济核算和事故分析的重要依据。,基础知识-,传统自动化的内容,I,类：,为保证机组安全、经济运行必须检测的参数，缺少其中任一参数的检测仪表，都不允许机组投人运行或只能短时运行。例如饱和蒸汽压力，过热蒸汽压力和温度，汽包水位等均属于,I,类参数。用来检测这些参数的仪表称为主要仪表。,II,类：,为进行经济分析和核收费用的参数，称为重要参数。缺少这些参数的检测仪表，机组运行的经济性将无法考核，电厂用户的费用无法核收。检测这些参数的仪表称为重要仪表。例如过热蒸汽流量、给水流量、给水温度、排烟温度等均属于,I,类参数。,III,类：,为分析以上两类参数中的问题需要检测的相关参数称为辅助参数，其检测仪表称为辅助仪表。炉水电导率、凝结水温度、减温水流量等均为辅助参数,IV,类：,只有在机组启动过程中才需要特别监视的参数，检测这些参数的仪表称为启动仪表。如汽包壁温度、法兰加热蒸汽压力、汽缸热膨胀指示值等均属于启动参数。,自动调节,基础知识-,传统自动化的内容,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,自动报警、热工保护及联锁,基础知识-,传统自动化的内容,在某些重要的被控热工参数偏离正常值时，为引起运行人员的注意，及时处理异常，在控制室内设有灯光、音响报警信号。各系统设备发生故障、异常或联锁保护动作时，均会有灯光音响报警，以便引起运行人员注意及时处理，防止事故的产生或扩大，以保证机组运行的安全。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,基础知识-,传统自动化的内容,机组在运行过程中，有时由于设备、系统本身的问题或运行人员操作不当，设备和被控参数异常，为了避免事故扩大、设备损坏和人身伤亡事故的发生，机组都设有各种保护装置，例如，锅炉炉膛的灭火保护、汽轮机的超速保护等。随着机组容量的增大，保护措施也越来越多而且越来越先进，例如锅炉炉膛安全监控系统（,FSSS,）、,菲利蒲和本特利的汽轮机监视保护系统已被广泛应用于大型单元机组上。,联锁也是热工保护的一部分。联锁主要针对辅机的保护,在目前采用,DCS,控制系统的机组，联锁与顺控并无严格的界限，大多数,DCS,系统在进行开关量控制软件组态时，把联锁作为顺序控制系统（,SCS,）,的一部分。,基础知识-,传统自动化的内容,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。,顺序控制与远方控制,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。,基础知识-,传统自动化的内容,基础知识-,现代自动化的内容,随着,DCS,系统在单元机组中的广泛应用，现代的热工自动化的内容已不再沿袭传统热工自动化内容的分类方法了，但他们有一种对应关系,DAS-,自动检测,MCS（CCS）-,自动调节,SCS-,顺序与远方控制,FSSS（BMS）-,自动报警、热工保护及联锁,DEH-,自动调节,MEH-,自动调节,BPCS-,自动调节,ETS-,自动报警、热工保护及联锁,ECS-,自动调节,BCS,FSS,基础知识-,自动化调节系统的组成,人工调节与自动调节,代替人眼,代替人脑,代替人手,以上调节过程可用方框图描述,基础知识-,自动化调节系统的组成,调节系统方框图,概念2：,方框图四要素-信号线、信号综合点、信号分支点和环节,。,概念1：,调节系统中各设备之间相互作用与信号传递关系的示意图称为调节系统的方框图,基础知识-,自动化调节系统的组成,信号线：,用箭头表示信号“,x,”,的传递方向的连接线，方框图中的信号线只是表示环节之间信号的传递关系，不代表实际的物质和能量的流动,相加点（又叫信号综合点或比较环）：,表示求两个或两个以上信号的代数和，在相加点相加的变量必须量纲相同,分支点：,表示把信号“,x,”,分两路或两路以上取出,环节：,即方框图中的一个方框，方框图中的每一个方框即代表一个环节。环节表示系统中一个元件或一个设备，或者几个设备的组合体。箭头指向方框的信号,x,为环节的输入信号，箭头离开方框的信号,y,为环节的输出信号,调节系统方框图,四要素概念：,基础知识-,自动化调节系统的组成,调节系统方框图,四要素图示：,基础知识-,自动化调节系统的组成,调节系统方框图,基础知识-,自动化调节系统的组成,调节系统方框图,基础知识-,自动化调节系统的组成,自动调节系统组成,自动调,节系统,自动调,节装置,自动调,节对象,测量变送单元,调节控制单元（现代为,DCS）,执行单元,有自平衡能力,单容对象（一阶）,多容对象（高阶）,无自平衡能力,有自平衡能力,无自平衡能力,被调对象：,指被调节的生产设备或生产过程,被调量：,生产过程中需要维持为恒定值或在一定范围内变化的物理量,给定值：,根据生产工艺要求，被调量应达到的数值,调节量（或叫调节手段）：,由调节机构来改变，以控制被调量的变化，使被调量恢复为给定值的物理量,调节机构：,根据调节信号去改变调节量大小的设备,扰动：,引起被调量偏离其给定值的各种原因,，分内扰和外扰,基础知识-,自动调节术语,测量变送单元（测量变送器）：,调节控制单元（调节器）：,执行单元（执行器）：,发生在调节侧的扰动称为内扰,发生在负荷侧的扰动，称为外扰,基础知识-,自动调节系统的分类,随着对象的不同，相应的对调节系统的设计要求不同，为了便于区分和分析调节系统，有必要对调节系统进行分类,不同的分类方式，调节系统的类型名称不同。,按给定值的变化规律分类,定值调节系统（恒值调节系统）,程序调节系统,随动调节系统,基础知识-,自动调节系统的分类,按调节系统的结构（或控制方式）分类,开环控制系统（前馈控制系统）,概念：,结构框图：,基础知识-,自动调节系统的分类,闭环控制系统（反馈控制系统）,概念：,结构框图：,热工过程的调节系统都必须含有闭环控制系统,基础知识-,自动调节系统的分类,复合控制系统（前馈-反馈控制系统）,概念：,结构框图：,基础知识-,自动调节系统的分类,按调节系统的闭合回路数目分类,单回路控制系统,概念：,结构框图：,基础知识-,自动调节系统的分类,多回路控制系统,概念：,结构框图：,基础知识-,自动调节系统的分类,按调节器的个数和连接方式分类,单级控制系统,概念：,结构框图：,只含有一个调节器的控制系统,基础知识-,自动调节系统的分类,串级控制系统,概念：,结构框图：,含有多个调节器（一般为两个）并且前一个调节器的输出是下一个调节器的输入的控制系统，,基础知识-,自动调节系统的品质指标,扰动信号：,斜波、脉冲、阶跃，其中阶跃扰动输入信号最剧烈和典型，热工控制系统把对阶跃扰动干扰的反应作为判别系统抗干扰能力好坏的标准,。,一、概念：,调节系统的性能优劣，通过品质指标反映，性能好的调节系统，其抗干扰能力强。分析品质指标必须先清楚有关概念,静态（稳态）：,动态：,过渡过程（调节过程）：,一个稳定的调节系统，当受到干扰信号的作用，其平衡状态被打破，经过调节系统的调节作用，系统又重新回到稳定状态的过程。一个调节系统的优劣在稳态下难以判别，只有在过渡过程中才能得以鉴别，过渡过程都以阶跃输入信号作为扰动信号,。,基础知识-,自动调节系统的品质指标,二、四种过渡过程：,基础知识-,自动调节系统的品质指标,四种过渡过程分析：,（,a）=1，,非振荡过程（非周期），稳定的过程，不理想。,b）01，,衰减振荡过程，稳定的过程，最理想。,（,c）=0，,等幅振荡过程，临界过程，一般不采用。,（,d）,的分析：,限制值根据汽轮机的热应力自动设定，对于要求不高的场合也可手动设定,MCS,控制系统-,主控系统,2-3、,目标负荷指令,Ns,的形成实例,实例,P37,组成：,函数回路：,f,1,（x）f,2,（x）,与小选构成的回路相当于,f（x）,UM,的跟踪：,加法器1保证,LMCC,回路产生的实际目标负荷指令,N0,跟踪机组实际功率,N,T,，,相当于消除频差校正信号对跟踪的影响。,T4,的切换操作：,速率限制器,V,的分析：,MCS,控制系统-,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,N,S,进行必要的限制，以形成单元机组的实际目标负荷指令,N,0,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-,子系统（燃烧控制系统）,其它负荷限制都通过最大/最小负荷限制回路来实现,A,A,N,S,N,0,N,max,N,min,N,0,方法二,方法一,N,s,1、,最大最小负荷限制,MCS,控制系统-,子系统（燃烧控制系统）,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,的负荷返回速率，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,运算具体把“1”信号引入负荷控制回路的输出中。,T,5,2、,负荷返回（,RB）,MCS,控制系统-,子系统（燃烧控制系统）,负荷指令处理回路（,LMCC）,回路的逻辑运算,MCS,控制系统-,子系统（燃烧控制系统）,