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1、电厂锅炉集散控制的应用I 电厂锅炉集散控制系统的应用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用II 摘要本论文的主要内容是：利用集散控制系统DCS （distributed control system）对锅炉进行自动化控制。 现代工业生产规模不断扩大，对提高产品质量和生产效率、 降低劳动强度、 减少材料消耗以及节约能源等方面都提出了前所未有的要求。 在这种背景下， 工业控制领域产生并发展起来了集散
2、控制系统。它综合了计算机技术、 控制技术和通信技术的发展成果，以计算机及其网络系统为核心，为企业的生产和综合自动化提供了强有力的信号处理和传输手段。对电厂汽包煤粉锅炉的自动控制和热工保护进行了实例阐述，并给出了一套适合电厂的锅炉自动化控制系统。关键词：电厂锅炉；集散控制；燃烧器管理控制；炉膛安全监控名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用III Abstract The main content
3、of this paper is: use the distributed control system (DCS control system for boiler distributed on automation control). Modern industry, the production scale expands unceasingly, to improve the quality of our products and production efficiency and reduce labor intensity, the decrease of the material
4、s consumption and energy saving etc are put forward unprecedented requirements. In this context, the industrial control field produced and distributed control system is developed. It has integrated computer technology, control technology and communication technology, the development of computer and
5、network system in enterprises as the core, and for the production and integrated automation provides a strong signal processing and transmission. For coal boiler drum power of automatic control and thermal protection are expounded, and presents a set of suitable for power plant boiler control automa
6、tion system. Key Word: power plant boiler Distributed control Burner management control Furnace safety monitoring 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用IV 目录第 一 章 绪论 . 11.1 锅炉自动控制的意义. 11.2 主要解决问题 . 2第 二 章 DCS控制系统的产生. 3
7、2.1 DCS 系统特点 . . 52.2 DCS 子系统与功能 . . 6第 三 章 DCS控制系统对工业技术的影响. 93.1 自动控制 . 93.2 自动控制系统 . 10第 四 章 集散控制系统 . 134.1 集散控制系统结构. 134.2 集散控制系统的性能. 14第 五 章 汽包煤粉炉热工自动控制系统. . 165.1 汽包锅炉控制系统. 165.1.1 给水控制的任务 . 175.1.2 给水对象的动态特性 . 175.2 汽包锅炉燃烧自动控制系统. 185.3 炉膛安全监控系统. 19结论 . 22参考文献 . 24名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
8、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用1 第 一 章 绪论上世纪 70 年代工业的发展使生产过程日益复杂，规模更加扩大，在生产中采用传统的计算机集中控制系统，计算机一旦出现故障，就会使整个系统瘫痪、生产停产的严重事故 ,其可靠性、稳定性较差，为提高系统的可靠性和稳定性，满足生产过程控制中分散风险的要求，美国、日本及欧洲等国开始研制集散型控制系统 (DCS)。DCS 自 1975 年问世以来，受到微电子技术的飞速发展以及生产过程管理控制的双重作用下， 虽然
9、系统的体系结构没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。DCS 是将控制技术、计算机技术、通信网络技术和显示技术融为一体的先进控制系统，在化工、石油、冶金、电力、等关系国计民生的重要行业中得到了广泛的应用，占据着主导地位。随着半导体技术，网络技术等高新技术的发展，DCS 也在飞速的发展，在控制算法、系统的软件和硬件、 通信网络等方面都有了极大的改进，其控制功能也不断增强。伴随着DCS 的发展，工业控制技术更向着诸如现场总线、嵌入式技术及企业综合自动化等更高的阶段发展。本文对电厂汽包煤粉锅炉的自动控制和热工保护进行了实例阐述，并给出了一套适合电厂的锅炉自动化控制
10、系统。1.1 锅炉自动控制的意义DCS 控制系统是是计算机 (computer)、通信 (communication)、CRT 显示和控制(control)技术(简称四 C 技术)发展起来的产物。它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，以分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代工业的生产和管理要求。 一个回路由一个微处理器控制。 充分发挥微处理器的效用，由当初的多回路变为单回路， 这样设备上的分散使故障产生的危险性也就分散了， 在附之以冗余措施， 可以得到高可靠性的系统。 在某个单元发生故障时不会影响整个系统的运行， 从而使因处理设备故障而使系统整体停运的危险大大降低。这一点
11、是集散控制系统的根本点所在。DCS 系统精度高，具有较高的可靠性，实时性好，使用方便。并吸收了模拟仪表和计算机集中控制DDC 的优点，将多台微机分散应用于过程控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用2 一、 人机交互差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既在监视、操作与管理三方面集中，又在功能、负荷和危险性
12、三方面分散。本文对 DCS 集散控制系统对工业控制技术的影响及其发展方向进行了阐述，探讨了集散控制在电厂锅炉中的应用1.2 主要解决问题热力发电厂中如何使用集散控制系统DCS （distributed control system）进行自动化控制。相关理论：热能动力设备与应用、发电厂电气设备、热工仪表。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用3 第 二 章 DCS 控制系统的产生上世纪 30 年代
13、 40 年代，工业自动化装置采用的是分散性控制系统。也就是所有设备都是独立运行， 不联网控制。 操作员根据生产需求进行计算后，将独立设备的特性调节到适合的程度，然后就开始工作。 之后采用了气动、 电动模拟仪表组成过程控制系统， 实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。 较好的适应了工业生产的需求。 可是，随着生产规模和复杂程度的不断提高，原有的控制系统显得滞后、笨重、繁冗、因为一台仪表只有一种控制规律，要实现某些复杂的控制就很困难。 另外，控制仪表数量越来越多， 用原来落后的仪表盘控制的话，控制盘越来越长， 看得人眼睛都会花掉。 最致命的就是老系统之间不便于实现通信，很难分级控制和综合管理
14、。 再一个就是它的系统变更比较麻烦，只有通过更换仪表和变更仪表连线才能实现。第三次科技革命开始后， 随着计算机技术的发展， 人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的功能特点， 来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高，如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这就是所谓的“ 危险集中 ” 。若采用双机双工系统， 虽可以提高系统的可靠性， 但成本太高， 如果工厂的生产规模不大，则经济性很差，用户难以接受。直到上世纪 70 年代开始，随着计算机技术的日渐成熟，大规模集成电路及微处理器的诞生后， 人们开始思考是否能将 “ 危险
15、分散 ” 。就是原来靠一台大计算机完成的 “ 艰巨” 任务，能否用几十台微处理来完成？这样的话，即使某一处理器坏了，也不至于会 “ 牵一发而动全身 ” ， 从而使危险系数大大降低。 答案是肯定的。至此 DCS 就诞生了。进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代 DCS 成为控制系统的主角。进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS名师资料总结 - -
16、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用4 之中。PLC 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代 DCS 成为控制系统的主角。DCS已经成为工业过程控制中不可缺少的工具。DCS的出现符合现代工业向大型化、集成化方向发展的需要，对工业自动化的发展起了革命性的推动作用，是控制技术发
17、展的里程碑。新疆大型热电厂也采用了DCS 控制系统为主控系统，如新疆天富西热电现在使用的 DCS 系统就是 R160 小型控制系统，共有测点415 点。设一个工程师站，三个操作员站，通过同轴电缆组成以态网。该系统以Windows3.1 英文版作为系统平台，使用R160系统作为工作平台。共设主汽压力、汽包水位、主汽温度、烟气含氧量控制、炉膛负压控制、磨煤机负荷控制、磨入口负压、磨出口温度控制、汽机除氧器水位控制、汽机除氧器压力控制、均压箱内压力控制等11个模拟量控制回路。 该系统本身也有顺序控制功能，但设计时并未采用， 除了汽机有四个联锁接点外， 没有设计顺序控制程序。 各卡件能够带电插拔， 不
18、影响其它卡件工作。 但对系统组态进行修改后， 需对控制器进行数据下装， 这时将影响进行数据下装的控制器的运行，在下装过程中， 将没有数据显示。 但该系统还保留了部分盘装表，保留了大部分手动操作器，出现异常情况时才需手动处理。该系统采用 TPS大型系统，共有测点4160 点。设有一个工程师站，六套操作员站。网络留有485 通讯口，可与其它系统进行数据通讯。该系统采用了WindowsNT，和其它系统不通过网关就可以实现连接。除了与老厂机组相同的模拟量控制系统，还设置了主蒸汽母管压力控制(母管制机组负荷控制 )，负荷控制起着统一指挥、 并列运行的各台锅炉加减负荷的作用。其余的还有排粉机风机入口风温控
19、制、供油压控制、连排扩容器水位控制、低加疏水水位控制、生水加热器温度控制、 减温减压器温度控制、 减温减压器压力控制等功能。同时该系统的顺序控制系统也是功能强大、非常完善的， 顺序控制系统通过联锁、 联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。在手动联控制方式下， 系统可以图形方式为操作员提供操作指导， 按照顺序进行可显示下一步应被执行的程序步骤，并根据设备状态变化的反馈信号，在CRT 上改变相应设备的颜色。只需进行少量的常名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 28
20、 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用5 规操作就能够实现的机组的启停的自动操作。还设计有锅炉空气系统控制子组、锅炉烟气系统控制子组、锅炉制粉系统控制子组、锅炉疏水放气系统控制子组、锅炉定排系统控制、 汽机主汽系统控制子组、 汽机抽汽系统控制子组、 加热器系统控制子组、给水控制子组、 凝结水系统控制子组、 凝汽器循环水系统控制子组、低压缸喷水控制子组、 辅助蒸汽系统控制子组。 这些系统的使用将使运行人员劳动强度大大降低。2.1 DCS 系统特点DCS控制系统是集散控制系统的简称，含义是集中管理，分散控制。就是对整个系统的构成。 参数设定及控制组态等工作进行集中管理，在
21、工程师站进行集中配置，然后下装到各控制器，实际的数据采集、转换，控制实现由各处理单元单独执行，互不影响。DCS 系统 DCS 一般由过程输入输出模件，工程师站，过程控制器，CRT操作站和通信等四大部分构成， 采用太网构建，各操作员站和工程师站共享数据。具有以下特点：1、精度高。不存在零点漂移、热噪声及元件老化对控制精度的影响。2、具有较高的可靠性。在结构上采用必要的冗余部件，充分保证系统的正常连续运行。3、实时性好。计算机控制系统是一个实时控制系统，能对生产过程中出现的问题进行处理（或响应） ，真实地向运行人员反映生产过程状态，计算机的高速运转能充分保证这一要求的实现。4、使用方便。计算机控制
22、系统的控制功能是通过硬件和软件共同实现的，在不增加硬件的情况下， 可通过修改控制软件来改变控制方案和控制功能；在系统发生变化增加被控制设备时可在修改控制软件的组态的同时增加相关的控制硬件（如输入输出件）即可完成系统的增容改造。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用6 DCS 系统的功能可分为：1、数据采集处理。2、模拟量控制。可实现对生产中的重要参数的自动控制，保证机组运行在经济稳定的状态。3、
23、顺序控制。通过开关量控制实现机组启停、联锁保护、报警监视的自动控制。4、报表打印。可实时生成班报、日报。5、画面显示。可显示生产流程图及各测点分布情况和当前值。6、历史数据库。可根据需要对生产参数进行收集并保存，可查找指定时间段的数据。2.2 DCS 子系统与功能DCS 操作系统主要由 DAS、MCS、SCS、FSSS四个子系统组成。被控制对象变送器执行器输入通道输出通道运算器控制器主 存 储器输入设备输出设备外部存储器软件系统计算机控制外 围 设主机外 部 设自 动 化 仪名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
24、心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用7 DAS 数据采集系统DAS 是整个单元机组的信息和操作中心，其主要功能为（1）量的采集和处理。过程变量分为两类一类是模拟信号。如：各种热电偶、热电阻测得的温度信号； 压力、差压传感器测出的压力、 流量、液位信号等。这些信号经过各种变送器转换为4-20mA 直流信号或 1-5v 电压信号后进入I/O过程通道。第二类为开关量信号如：各风门、阀门的位置开关信号、各种辅机的启停信号及生产过程中采集到的其他脉冲信号。（2） CRT显示器 / 操作。CRT是运行人员与机组联系的重要
25、窗口。DAS 通过CRT实现参数和画面显示，包括参数显示、成组参数显示、热力系统显示、报警显示、帮图显示、过程曲线显示、人机对话画面显示等。（3） 报警监视。通过上下限判断，对过程变量进行越线检查，一旦越线，即在 CRT上闪烁显示，若连接打印机，则打印。待运行人员确认后，不再闪烁，恢复后，报警切除。报警限值可以是变量上下限，也可以是变化率。（4） 打印。打印的内容和打印格式根据用户的要求编制。打印的格式可分为：定时打印、周期打印、随即请求打印。（5） 性能计算：如锅炉效率、汽轮机效率、发电机效率、煤耗等。（6） 历史数据存储与检索。顺序控制系统（ SCS）顺序控制系统又称为开关量控制或二进制控
26、制系统。主要任务是单元机组的主要辅机或功能组进行启停控制和连锁保护，以简化运行人员的操作， 确保机组启停和安全运行。主要辅机有：送引风机、给水泵、磨煤机等，某一辅机的启停都有一定的顺序和逻辑条件。 为了实现机组的自启停， 一般按生产流程将机组的附属设备和系统划分为若干个执行某一特定功能的组，称为功能做。大型火电机组SCS主要有：送风机系统、引风机系统、一次风机系统、给水泵系统、循环水系统、汽机疏水系统、冷凝器真空系统、汽机油系统等。模拟量控制系统（ MCS）模拟量控制系统属于闭环控制， 是保证机组经济运行、 最大限度地减轻运行人员的劳动强度、 机组投入协调控制的重要组成部分。热工参数经 I/O
27、 通道输入名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用8 到 DCS ，与定值比较后，按预先设定的控制规律进行运算，将运算结果经I/O 通道输出，去控制执行机构，改变控制量，从而达到改变被控量的目的。大型火电机组 MCS 系统主要有： 主汽温控制系统、 主汽压控制系统、 燃烧控制系统、给水控制系统、除氧器水位控制系统、热井水位控制系统等。协调控制系统（ CCS）协调控制是大型机组重要的控制策略之一。
28、CCS 对机组参与调峰、调频和安全经济运行极为重要。 其基本功能是接受各类负荷指令，根据设备运行的健康状况，发出机炉主控指令，协调机炉工作，是机组满足外界负荷的需要，同时确保自生参数的稳定。常见的协调控制方式有机炉协调（CCS ） 、炉跟机（ BF ） 、机跟炉（ TF）三种工作方式。当锅炉主控自动，汽轮机主控在手动时，为BF 方式；反之，为TF方式；只有当二者都在自动方式时才为CCS 方式。燃烧器管理系统（ BMS）燃烧器管理系统又称为炉膛安全监控系统，BMS 可以连续监视锅炉在各种运行工况下的状态， 随时进行逻辑判断， 通过一系列连锁条件， 按预定的逻辑顺序对燃烧设备进行操作和控制，异常时
29、发出报警信号乃至停炉。BMS 包括锅炉保护和燃烧系统顺序控制两部分，其主要功能有：炉膛火焰监视、炉膛自动吹扫、锅炉点火及燃油控制、锅炉投煤核磨煤机组控制、主燃料跳闸（ MFT） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用9 第 三 章 DCS 控制系统对工业技术的影响DCS推出以前，计算机控制技术已日趋成熟并开始应用于各种工业控制领域。但是，几乎所有的计算机控制系统都遇到了以下四个问题：1、现代
30、化生产的规模不断扩大，使中央控制室的仪表数量越来越多，仅靠原来的模拟仪表，操作人员难以对生产过程进行准确的监视和操作；2、计算机控制技术在工业控制领域采用DDC （直接数字控制）或 SCC （监督计算机控制）系统，控制作业过于集中，风险太大，一旦计算机出现故障则整个生产过程失去控制，其损失难以估计；3、DDC 和 SCC系统的集中控制本身也很难实现对大型生产过程整体的最优控制；4、对全厂、车间和工段级的控制和操作需要有协调和管理，这样就要求有大量的数据传递，因此在整个控制系统之间需要有高速的数据传输。而 DCS 的特点正好克服了上述问题：1、把集中的计算机控制系统分解为分散的控制装置，它们在过
31、程控制级各自完成生产过程中的部分控制和操作，便于实现各生产环节的最优控制，而集中管理级的协调控制又可以使整个生产过程的运行达到最优，从而大大地提高了控制质量；2、分散控制又使控制的风险极大的分散，当某个环节的控制出现故障时，其影响仅仅是局部的， 不会对整个生产过程带来致命的威胁，而这种影响往往又可以通过其他控制装置的干预加以克服，从而提高了控制系统的可靠性， 冗余概念的引入更是使控制的风险降到了最低；3、从模拟电动仪表的操作习惯出发，开发出良好的人机操作界面，便于操作人员对整个生产过程进行准确的监视和操作；4、在操作站和过程控制装置之间建立高速的数据通信系统，使数据能在操作人员和生产过程间相互
32、快速传递。3.1 自动控制随着机组容量的增大，参数不断提高，大容量、高参数、高自动化的大机组名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用10 处于主导地位，人工控制越来越不可靠和不可能。故现代火电厂在生产过程中，为了保持被控量恒定或按预定规律变化，都采用一整套自动控制来代替运行人员的操作，这种用仪表进行的自动操作称为自动控制。测量变速器用来测量被控量的大小，并把原始的物理参数转变成某种便于远距离转送
33、的，且与被控量成比例的测量信号。测量变送器代替人的眼睛，了解情况，传送信号。控制器接受测量变送器传来的被控量信号，并把他与给定植进行比较， 当被控量与给定植有偏差时， 发出一个反映偏差方向和大小的信号。同时根据这个偏差信号按预定的规律进行运算， 然后发出控制信号给执行器， 控制器代替人的大脑进行比较和判断。3.2 自动控制系统自动控制系统是由控制对象和自动控制设备通过信号的传递和互相作用组成的，自动控制设备包括变送器、控制设备、执行器和控制机构。自动控制系统的组成如下图所示。目前电厂的控制设备主要采用分散控制系统（简称DCS） 。图 3-1 自动控制系统的组成变送器是火电厂重要的自动化仪表，其
34、作用是把现场采集到的信号转变为标准信号。目前国内火电厂中使用的变送器，大多是以4-20mA电流为标准统一控制对象控制机构执行器控制设备变送器扰动被控制量自动控制设备控制设备名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用11 传输型号的模拟型二线制变送器， 目前各发达国家主要的工业过程仪表制造厂陆续推出里新一代智能变送器。 所谓智能变送器，就是在变送器内使用了微处理器，由于微处理器的使用可以通过软件实现
35、一些模拟变送器无法实现的功能，智能变送器与模拟变送器相比，其优点主要体现在下列几方面。（1）具有通信能力。智能变送器在采用相同通信协议的DCS相连时可进行直接双向数字通信。智能变送器与DCS的连接框图如下图所示。图 3-2 智能变送器与DCS连接框图数字通信使变送器输出信息多样化，除了输出被测参数外，还可以输出许多与变送器有关的信息。 智能变送器可以通过手持终端在控制室对安装在现场的变送器进行遥控调整， 而模拟变送器只有到现场才能调整。智能变送器零点和量程调整独立化， 只需一次调整便可完成， 模拟变送器量程调整和零点调整互相影响，因而零点量程的调整必须反复进行。而且由于手持终端作为调整及校验仪
36、表的专用工具， 可以确保无关人员无法用其他方式乱调仪表，大大提高了仪表的安全性。（2）具有自诊断功能。当变送器有故障时，可以正确清晰的在手持终端或DCS 屏幕上显示故障信息，为维修人员迅速地排除故障提供了方便，提高了系统的可靠性和可用性。（3）测量准确度高。由于智能变送器通过软件对传感元件（如差动电容、压敏电阻电桥和差动变压器） 输出信号进行线性化处理， 消除了模拟式仪表的非线性误差。在变送器内装有温度传感器和压力变送器，测量传感元件所处的温度，通过微处理器对传感器的特性进行温度压力补偿，减小了温度压力的影响。（4）具有变送器正方作用设置。模拟变送器测液位时，为了使输出信号随智能变送器过程控制
37、站通用控制网络通用工作站手持终端DCS 侧名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用12 液位的升高而增大， 需把正负压管反接， 智能变送器测一位是无需将正负压管与正负压容器之间进行反接，这样便统一了差压变送器的安装规范，即使接反了，也不需更改脉冲测压管，只需用手持终端设定合适的正反作用便可纠正过来。（5）就有 PID 控制功能。通过软件在变送器中加入PID 控制功能，这样变送器便加入了控制器的功
38、能， 因硬件部分没有增加成本， 其价格并不比同档变送器贵。带 PID 控制功能的变送器可以直接与执行器相连，其输出信号无需远距离传送，只通过通信系统与其他设备进行联系即可，是电动基地式仪表的雏形。（6）输出可设定为恒流信号源。这一特点不仅可作为系统正确性检查的二次调校手段，而且还可以进行控制系统的动态模拟，检查控制系统的动作过程，为自动控制系统的调试带来方便。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的
39、应用13 第 四 章 集散控制系统所谓集散控制系统，就是以多台计算机为基础采用数据通信技术和CRT显示技术，对生产过程进行分散控制、集中管理、分级管理、分而自治、综合协调的系统。集散控制系统既具有监视功能，有具有控制功能，其监视功能和各控制功能之间可通过网络或总线进行数据通信，实现信息共存。集散控制系统克服了集中式计算机系统“危险集中”地缺点，并且具有功能分散、地域分散、危险分散、控制任务分散、管理集中地优点，因此在电力、冶金、石化等行业迅速得到广泛应用，成为现代化工业生产过程控制的主流。4.1 集散控制系统结构如图所示。人机界面过程界面图 3-3 1、分散过程控制装置分散控制系统装置是分散控
40、制系统与工业生产过程间的界面，实现分散的过程控制。各种生产过程的变量通过集散控制装置转化成监视控制变量进入操作管理装置，而操作的各种信息也通过集散过程控制装置送到生产过程的各种设备输操作人员、管理人员集中操作管理装置通讯网络系统分散过程控制装置工业生产过程集散控制系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用14 出（执行机构）。由于集散过程控制装置是系统与过程联系的接口，因此要求分散过程控制装置
41、能适应恶劣的工业生产环境， 特别是对安装在现场的一些设备；还要体现控制分散的特征，将地域分散的过程装置用分散的控制来实现，将监视和控制分离，提高系统的可靠性； 此外能准确反应过程参数的变化，实时性好； 同时还具有较强的独立性， 当上位机通信或上位机出现故障的情况下，也能正常运行， 以保证过程控制及操作得以进行。2、集中操作管理装置集中操作管理装置时操作人员与集散控制系统间的界面，通过该装置使工作人员了解生产过程的运行状况，并由它发出操作指令到生产过程。对操作人员、管理人员而言，随时可以通过操作管理装置，监视和操作生产过程的各种信息，并进行更改、修正。集中操作管理装置是将分散过程控制装置送来的信
42、息集中、监视和操作，同时将各种操作命令发送到各分散过程控制装置。， 因此该装置处理信息量很大。同时操作管理装置是操作人员、 管理人员与系统联系的人机界面，需要良好的易操作性。此外，为防止操作人员的误操作，要设置安全措施，即良好的容错性。3、通信网络系统分散过程控制装置与操作管理装置之间的数据交换和传递信息是通过通信网络系统完成的。在开放型集散控制系统中， 对通信网络系统的要求除传输速率，误差率等外， 还应具备开放性和互操作性， 因此要求通信网络有统一的标准和协议，这个通信标准的框架结构就是国际标准化组织的开放系统互联参考模型。4.2 集散控制系统的性能根据集中管理和分散控制的设计思想设计的集散
43、控制系统具有以下特点：1、自治性所有的子系统都能够独立地完成规定的任务，如信号采集、数据处理、计算监控和操作控制等。由计算机网络连接的各种工作站具有齐全的软硬件配置，其容量容易扩充， 且可以随着计算机技术的发展更新换代。直接与生产过程相连接的用于参数采集、 控制的工作站功能简单， 一个站控制少数几个回路， 它们可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用15 以独立运行。 这种控制功能集负荷的分散
44、使得危险分散，大大提高了系统的可靠性。2、易用性集散控制系统操作方便， 显示直观， 不但可实时监视各有关参数， 也可监视系统本身的运行状态。另外，它提供了丰富的控制算法，控制功能齐全，可以实现连续控制和顺序控制以及实现串级、 前馈、 多变量解耦以及自适应等先进控制。3、协调性采用实时、安全、可靠的工业控制局域网络，使各部分之间数据畅通，整个控制系统信息共享。 所有的工作站通过网络传输信息，协调工作， 共同完成控制系统的总体功能和优化目标。 还可以使过程监视和控制同信息管理系统连接起来，构成企业的综合自动化系统。4、友好性集散控制系统面向工业控制技术人员、工业设计人员和生产操作人员，它利用现代
45、CRT 图形技术，配制丰富细腻和操作简便的人机界面，以多种方式显示过程参数的动态变化和工艺流程，并能提供必要的操作提示和运行指导。系统的组态软件使用户可根据自己的需要对系统的软硬件进行配置，并完成各回路控制结构和算法、画面、报表等各种具体功能的组态。5、适应性系统具有积木式结构，硬件和软件均采用标准化和模块化设计，可灵活配置以适应不同的用户需要。 当企业生产工艺和生产流程变更时，只需要利用组态软件改变某些配置和控制方案，而不需修改或重新开发软件。6、实时在线性通过人机接口和 IO 接口，对过程的数据实时地进行采集、记录、分析、监视和操作控制，并可在线修改某些组态参数以及对局部的故障进行在线排除
46、。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用16 第 五 章 汽包煤粉炉热工自动控制系统锅炉是火电厂的主要生产设备之一。汽包锅炉的控制任务是使供给汽轮机及其他设备的蒸汽的参数值（压力、温度等）负荷一定的要求；维持汽包水位在允许的范围内； 保证燃烧的经济性和维持一定的炉膛负压，使设备安全、 经济地运行。现今火电厂大型单元机组中，锅炉的类型有自然循环汽包炉、多次强制循环汽包炉、由苏尔寿型直流炉发展起来
47、的低循环倍率炉和强制循环纯直流炉。300MW 以下的单元机组多采用汽包炉；300-600MW 亚临界压力机组，国内采用较多的是低循环倍率炉和强制循环汽包炉；超临界压力机组均采用直流锅炉。不论哪种类型的锅炉，在给水、汽温、燃烧控制系统的基本方案设计上，它们很多是相同或相近的。5.1 汽包锅炉控制系统汽包锅炉是一个多输入、多输出对象，由多个被控量和相应的控制变量。与上述控制任务有关的被控量是主蒸汽压力、主蒸汽温度、 汽包水位、 过剩空气系数和炉膛负压；相应的控制变量有燃料量、减温水量、给水流量、送风量和引风量等。这些被控量之间是相互关联的， 改变其中一个控制变量会同时影响几个被控量。理想的锅炉自动
48、控制系统应当是在受到某种扰动作用后能同时协调、控制有关的控制机构，改变有关的控制变量， 使所有被控量都保持在规定的范围内，使生产工况迅速恢复稳定。 通常把锅炉划分成几个独立的控制区域，构成相对独立的若干控制系统：（1）给水自动控制系统。被控量是汽包水位，给水流量为控制变量，一般通过控制给水控制阀的开度来控制给水流量。（2）蒸汽温度自动控制系统。主要是过热汽温控制系统。被控量是过热器出口汽温，减温水量为控制变量，通过改变减温水控制阀开度来控制减温水量。（3）燃烧过程自动控制系统。三个被控量：主蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛负压。相应的控制变量为燃料量、送风量、引风量。三个控制变量分别通过改变燃料控
49、制机构参数（给粉机转速、排粉机挡板位置、回油阀阀位等）、送风名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 28 页 - - - - - - - - - 电厂锅炉集散控制的应用17 机挡板和引风机挡板位置来进行控制。燃烧自动控制系统一般又是由互相间有关联的汽压控制系、送风控制系统和引风控制系统组成。我厂目前主要使用的是四角切圆中间储仓式汽包煤粉炉，因此汽包锅炉给水系统已成重中之重。先就将我厂用的几个典型的锅炉部分自动控制系统及保护。5.1.1 给水控制的任务1、保持汽包
50、水位正常。使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，保持汽包水位在给定的范围内变化。汽包水位的稳定程度反映了给水流量和蒸汽流量之间的物质平衡关系。汽包水位的高低是直接影响锅炉安全运行和蒸汽品质指标的重要因素。如果汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽带水、带盐，使过热器管壁和汽轮机喷嘴、 叶片结垢，严重时，可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶轮；汽包水位过低， 则可能破坏锅炉水循环， 造成水冷壁管供水不足而烧坏。锅炉在运行中的正常水位一般规定在汽包中心线以下100-200mm ，允许波动范围为50mm 。2、保持给水流量稳定给水流量稳定对于省煤器和给水管道的安全运行有极大的意义。在负荷