1、热工程控保护,罗光新 2017.03,DCS、PLC、FCS介绍,分散控制系统distributed control system（DCS） 是一种以多个微处理器为基础的控制系统，对电厂生产过程中的监视、控制、调节、报警、保护等功能分别由该控制系统内的各个微处理器来完成。它是一种在控制功能上分离、在布置上分散、在管理上集中的自控系统。DCS兼有模拟控制和计算机控制技术的优点，采用了4C技术，即计算机技术（COMPUTER）、控制技术(CONTROL)、通信技术（COMMUNICATION）和图像显示技术(CRT)，是具有记忆、逻辑判断、数据处理等功能的智能自动控制系统。由于该控制系统采用容错技
2、术、冗余技术和自诊断技术，可确保控制系统本身具有高度可靠性。,数据采集系统data acquisition system（DAS）: 数据采集系统是整台机组在启动、停止、正常运行和事故工况下的主要监视手段。通过LCD显示和打印机等人机接口装置向运行人员提供各种实时参数或经过处理的信息以指导运行操作。其主要功能有： 工艺过程变量的扫描和处理。过程变量包括一次参数、二次参数（计算值）以及设备运行状态。对过程变量的处理包括正确性判断，数字滤波、非线性校正、工程单位转换等。显示。包括操作显示、成组显示、棒状图显示、模拟图显示、趋势图显示、报警显示等。制表打印。包括定时制表、请求打印、事故追忆打印、事故
3、顺序记录（SOE）等。历史数据存储和检索。性能计算。包括机组热耗、锅炉效率、汽机效率等计算。,模拟量控制系统modulating control system（MCS）:,是实现锅炉、汽轮机及辅助系统参数自动控制的总称。在系统中，常包含参数自动控制及偏差报警功能，其输出量为输入量的连续函数。在进口工程文件中也可称闭环控制系统CCS(CLOSED LOOP CONTROL SYSTEM)。对于要求全自动启停的单元机组，自动控制系统设计应能实现全程自动调节。现常规亚临界机组仅能实现给水全程控制。MCS的具体功能要求，在DCS技术规范书中详细提出。,模拟量控制系统包括下列主要调节回路： 机组协调控制
4、（CCS） 锅炉启动控制 炉膛压力控制 送风控制 氧量校正 给煤控制 燃油流量和压力控制 磨煤机风量控制 磨煤机出口温度控制 二次风挡板控制 过燃风挡板控制 过热蒸汽温度控制,再热汽温度控制 分离器水位控制 一次风压力控制 给水控制 给水泵最小流量再循环控制 除氧器水位控制 除氧器压力控制 高压加热器水位控制 低压加热器水位控制 汽机润滑油温度控制 发电机氢气温度控制 EH油温度控制 暖风器疏水水位控制 凝汽器热井水位控制等,顺序控制系统sequence control system（SCS）:,对某一工艺系统或主要辅机按一定规律进行控制的控制系统（属于开环控制或逻辑控制之列）。根据电厂工艺系
5、统及辅机设备特点，划分若干子组级功能组进行控制，并完成相应的联锁保护。百万机组投标设计均考虑机组级自启停（APS)功能，但设置若干断点，以与工艺系统的可控性相符。,(1) 现600MW及以上工程主要采用功能组级和子组级程序控制，并考虑设置分若干个断点的机组级顺控，通过LCD和鼠标发出一个成组起停指令，可以实现功能组级和子组级中所有设备的顺序起停控制。工程设计应列出被控对象的起动许可条件和闭锁停运条件。(2) 顺序控制具有下列功能： 1) 根据运行人员指令实现程序暂停或中断。 2) 根据运行人员指令实现顺序跳步功能。 3) 顺序执行过程中发生故障时自动中断程序，报警并使设备处于安全状态。 4)
6、LCD上能显示操作指导、设备和顺序执行状态以及各种报警信息。,功能组级和子组级顺序控制项目有：烟风系统挡板控制疏水系统控制送风机控制引风机控制空预器控制一次风机控制炉膛吹扫、油系统泄漏试验以及点火油枪控制（在FSSS中实现）燃烧器配风器挡板控制（在FSSS中实现）磨煤机控制（在FSSS中实现）给煤机控制（在FSSS中实现）,电动给水泵控制 汽动给水泵控制 凝汽器真空系统控制 凝汽器阀组控制 锅炉、汽机疏水阀控制 汽机辅机控制（盘车、润滑油泵等） 供油泵子组 循环水泵子组 厂用电源系统子组 发电机及变压器子组,炉膛安全监控系统furnace safetyguard supervisory sys
7、tem（FSSS）:,FSSS系统功能包括炉膛安全系统furnace safety system(FSS)和燃烧器控制系统burner control system(BCS)。在欧洲也可称燃烧器管理系统burner management system(BMS)。 FSSS系统提供磨煤机、燃烧器、点火装置的启停和运行控制（BCS），以及炉膛安全监测和保护（FSS）。 系统设计应符合美国NFPA85标准的有关规定和锅炉制造厂的要求。,主要功能包括：（1）炉膛吹扫。当发生MFT后，将炉膛和烟道内的可燃物吹掉。（2）油系统泄漏试验，在炉膛吹扫时自动进行，试验的目的是检查燃油跳闸阀、油管路和各角阀有无泄
8、漏，避免点火时爆燃。（3）点火油枪控制（4）低负荷（启动）油枪控制(包括炉膛与风箱差压控制)（5）火焰检测及灭火保护（6）磨煤机和给煤机控制（7）燃油跳闸保护(OFT)（8）主燃料跳闸（MFT）（9）燃烧器及相应给煤机、磨煤机组的控制（10）在发生RUNBACK时，按要求切除部分投入的燃烧器 。,数字式电液控制系统digital electro-hydraulic control（DEH）:,一般情况下，汽机DEH均随汽轮机成套提供。 DEH的主要任务是完成汽机的转速和负荷控制功能。为实现全厂控制系统软硬件平台一体化的思路，若条件许可，争取使DEH与机组DCS选型一致。通过DEH与DCS的双向
9、冗余通讯接口，可实现DEH同DCS操作员站共享。汽轮机数字电液控制系统（DEH）可以实现汽机从盘车开始到带满负荷及正常运行的监视与控制；操作人员可以通过操作员站对汽机的目标转速、目标负荷、升速率和升负荷率进行设定，并对阀门进行手动操作。,DEH系统介绍,DEH系统由被控对象、CRT图像站、数字控制器及EH油系统构成。,DEH系统的工作原理,DEH系统的被控对象示意图DEH系统的原理框图,DEH系统介绍,1.实现汽轮机的自动启停2.实现汽轮机的转速与负荷自动控制3.实现汽轮发电机组的运行监控4.实现汽轮发电机组的自动保护(1)超速防护系统(OPC)； (2)机械超速和手动脱扣系统； (3)危急遮
10、断控制系统(ETS)。,给水泵汽轮机电液控制系统micro-electro-hydraulic control（MEH）:,实际上也是数字电液控制系统，但为了与大汽轮机的“DEH”相区别，习惯上称为“MEH”。MEH系统的主要任务是通过控制给水泵汽轮机的转速来控制至锅炉的给水流量。该系统接受DCS给水控制系统的转速指令，通过调节小汽机进汽调门开度控制给水泵汽机的进汽量，以满足锅炉给水流量需求 。,旁路控制系统bypass control system（BPC）,BPC是汽轮机高、低压旁路的自动投入及蒸汽压力、温度自动控制系统的总称。旁路控制系统通常纳入单元机组DCS，并能与协调控制系统（CCS
11、）、汽机DEH系统配合，以实现各种不同运行工况的要求。旁路系统的功能有：（1）在机组启动过程中，控制锅炉升压，实现快速启动，并回收工质。（启动旁路仅有此功能）（2）在机组正常运行期间，负荷变化较大时，防止锅炉超压，起到压力调节和超压保护作用。（如日照电厂一期）（3）在汽机甩负荷时，允许锅炉在最低负荷下稳定运行，以及停机不停炉。（具有FCB功能）,汽轮机监视仪表turbine supervisory instruments(TSI),汽机本体监测仪表系统对汽机转子、汽缸和轴承等部件运行参数进行连续监视，并将模拟量信号、报警或跳闸信号通过硬接线方式送至DCS、DEH、ETS系统，并采用通讯方式将T
12、SI信号送至汽机振动监测和故障诊断系统(TDM)。TSI的监视项目包括： 汽机转速 轴向位移 汽机零转速，兼有键相功能 轴承振动 偏心率 汽缸相对、绝对膨胀,厂级实时监控系统plant supervisory information system（SIS）,SIS是全厂单元机组DCS及各辅助控制系统的最上层网络，SIS通过与生产级监控层的网络接口采集来自现场实时数据信息，对全厂的实时过程进行生产过程的信息采集与处理、性能计算与分析、过程优化控制、状态监测等，为机组的运行管理提供指导，确保整个电厂生产保持在最佳状态。同时，该系统通过通讯接口为全厂管理信息系统(MIS)提供所需的有关实时信息，通过
13、以上两个信息网络，可有效地提高电厂的现代化管理水平，并增大整个电厂生产及管理过程的透明度。,PLC介绍,可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。 PLC实质上是一种工业控制计算机,随着技术发展，现代可编程控制器的功能已经超过了逻辑控制的范围。,PLC著名品牌美国 AB公司 （A
14、llenBradley）德国西门子公司（Siemens）美国GEFanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（Fuji Electric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd,PLC介绍,PLC的特点可靠性高、抗干扰能力强通用性强、灵活性好编程简单、使用方便模块化结构安装简便、调试方便PLC的应用顺序控制运动控制过程控制数据处理通信网络,IO模块,底
15、板,CPU模块,电源模块,PLC介绍,PLC介绍,PLC的基本组成部件如下图所示,PLC介绍,PLC的等效电路如下图所示：,PLC介绍,可编程控制器的工作过程PLC的工作过程以循环扫描的方式进行，当PLC处于运行状态时，它的运行周期可以划分为3个基本阶段：输入采样阶段：PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区。程序执行阶段：在系统程序的指示下，CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。 输出刷新阶段：系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，
16、经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。,FCS介绍,FCS是Fieldbus Control System，直译就是现场总线控制系统。随着微处理器和通信技术的发展，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生。现场总线控制系统由于采用了现场总线设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、输入输出模块置于现场总线设备，加上现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行器直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上
17、传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要A/D、D/A转换部件。这样就为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。,FCS和DCS的详细对比,FCS和DCS的详细对比,通信方式DCS采用层次化的体系结构，通信网络分布于各层并采用数字通信方式，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是一对一模拟信号(如420 mA DC)传输方式，DCS是一个“半数字信号”系统。FCS采用全数字化、双向传输的通信方式。从最底层的传感器、变送器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直到最高层均为通信网络互联。多条分支
18、通信线延伸到生产现场，用来连接现场数字仪表，采用一对N连接。分散控制在DCS中，生产现场的多台模拟仪表集中接于输入输出单元，而与控制有关的输入、输出、控制、运算等功能块都集中于DCS的控制站内。DCS只是一个“半分散”系统。FCS废弃了DCS的输入输出单元，由现场仪表取而代之，即把DCS控制站的功能化整为零，功能块分散地分配给现场总线上的数字仪表，实现彻底的分散控制。,FCS和DCS的详细对比,互操作性DCS系统的现场级设备都是各制造商自行研制开发的，不同厂商的产品由于通信协议的专有与不兼容，彼此难以互联、互操作。而FCS的现场设备只要采用同一总线标准，不同厂商的产品既可互联也可互换，并可以统
19、一组态，从而彻底改变传统DCS控制层的封闭性和专用性。具有很好的可集成性。可靠性、易维护FCS采用总线连接方式替代传统的DCS一对一的I/O连线，对于大规模的I/O系统来说，减少了DCS由接线点造成的不可靠因素。同时，数字化的现场设备替代模拟仪表，FCS具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、参数修改等工作，因而增强系统的可维护性。,热控保护,热工保护基本概念,1.开关量信号：热工开关量信号，仅有两种对立状态的逻辑变量，任务是将物理量转换成开关形式用于控制联锁保护回路。热工开关量设备：压力开关、差压开关、液位开关、温度开关、流量开关、位置开关等。2.常开与常闭
20、信号：常开信号：设备正常情况下，接点开路，动作后闭合；常闭信号：设备正常情况下，接点闭合，动作后开路。3.机组保护的级别：机组保护按重要性划分为以下三种：限值保护：根据机组运行状况，对某物理参数报警，并通过对各种执行机构的调节加以限位；联锁保护：联锁保护装置制止误操作，在机组重要辅机故障时，让其它相关设备立即动作，以避免事故进一步扩大；紧急停机、炉保护：当运行中重要监视参数超过允许值时，保护装置立即动作，直至停机、炉，以免事故扩大。,锅炉侧的联锁保护,锅炉应有的保护：1.给水系统应有的保护：如汽包水位高低保护。2.锅炉蒸汽系统应有的保护（1）主汽压力超压保护；（2）过热蒸汽超压保护。3.锅炉炉
21、膛安全保护（1）锅炉吹扫；（2）灭火保护（全炉膛火焰丧失）；（3）炉膛压力保护。4.MFT保护，发出主燃料跳闸指令 （1）手动停炉指令；（2）全火焰丧失，全燃料丧失；（3）炉膛压力高高、低低；（4）全部送风机跳闸（5）全部引风机跳闸；（6）空预器全停；（7）一次风机全停；（8）炉水泵、给水泵全停； （9）火检冷却风机全停； （10）火检冷却风压力低低； （11）主汽压力高； （12）CCS、FSSS电源丢失； （12）汽包水位高高、低低； （13）一级过热器出口联箱出口温度高、螺旋管壁温度高等；（14）机跳炉信号（大联锁）。5.当MFT动作时，会有下列项目动作（1）关闭燃油电磁阀，切断燃油供给
22、；（2）停所有给粉机（3）停所有排粉机（4）关全部一次风挡板，切断煤粉供给。（5）保持25%风量，进行炉膛吹扫，炉膛吹扫是复位MFT信号的必要条件。6.锅炉辅机保护（1）锅炉辅机联锁； （2）制粉系统联锁； （3）磨煤机油压联锁； （4）辅机轴承温度联锁。,汽机侧的联锁保护,紧急停机保护（ETS)：汽轮机电超速保护；凝汽器润滑油压低保护（三选二）；真空低保护（三选二）；炉跳机保护（MFT动作）；高压差胀保护；手动紧急停机；DEH失电停机保护；轴向位移保护；发电机内部故障停机保护（如断水、漏氢、差动等）；轴瓦振动高；轴瓦温度高。其他保护：电超速；高加水位保护；汽轮机后气缸超温；抽气逆止门逆流保护
23、。,热工保护误动、拒动的原因,1、DCS软、硬件故障：因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。2、热控元件故障：因热工元件故障（包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等）误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。3、电缆接线短路、断路、虚接：电缆接线断路、断路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀等引起。 4、热控设备电源故障：热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。电磁阀失去电源而导致拒动或误动。 5、人为因素：因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起。如在检修后忘记合仪表电源开关、检修后仪表二次门忘记开启等引起。6、设计、安装、调试存在缺陷。,THE END,THANKS,
