热工自动化

热工自动化主讲人：向杰一、热工自动化技术热工自动化技术是一种运用控制理论、热能工程技术、智能仪器仪表、计算机技术和其他信息技术，从而对生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理、决策，达到确保安全、增加产量、提高质量、降低消耗、减员增效等目的的综合性高新技术。由于采用热工自动化技术之后，可以明显地降低生产成本和能耗，能够给企业带来直接的经济效益，因此发电企业都非常重视热工自动化产品的选择和使用，与此同时，热工自动化技术对于节能减排也有着直接的贡献，因此国家对于这一领域的技术开发，国产化产品的推广都非常重视。热工自动化技术二、分布式控制系统——DCS通过一台计算机来集中协调、管理检测和控制系统，并把相应的任务分配给多台承担具体控制职能和检测职能的微型计算机，分散完成控制和检测任务。这种系统称为分布式控制系统(DCS)分布式控制系统是对生产过程进行监视、控制、管理的一种新型控制系统，它是计算机技术、信息处理技术、测量控制技术、网络技术有机结合的产物。分布式控制系统既具有监视功能，又具有控制功能，各功能之间通过网络进行数据通信，实现信息共享。其监视、管理功能集中实现，即信息集中，便于运行人员及时准确掌握全局和局部情况，进行综合监督、管理和调度。也可减少大量的控制室仪表，这种集中管理和调度的功能通过带有键盘和CRT显示器的通用操作站进行。DCS的控制功能又是分散的，每个基础控制单元只控制若干个回路，以避免局部的故障影响其它部分，即实现了危险分散，提高了过程控制的可靠性。二、分布式控制系统——DCS对DCS的形象比喻二、分布式控制系统——DCSDCS的体系结构图二、分布式控制系统——DCS该层处于整个DCS系统的最底层，对现场工艺过程进行具体的操作控制，检测过程参数并与过程监控层进行信息交换。现场控制层主要由现场控制站、输入／输出接口等设备组成。现场控制站负责进行各种控制功能的实现，输入／输出接口主要用来连接各种现场设备，如传感器、执行器、变颇和驱动装置等。在该层面上，可靠性、实时性和数据交换的准确性是对现场的工艺过程进行有效控制的基本要求。过程监控层又称车间监控层或单元层。过程监控层一般由服务器、工程师站、操作员站和各种通信接口组成，用来实现对现场控制层的各种信息进行处理和显示，对整个控制系统的控制算法和监控界面进行组态。从通信需求来看，该层的通信网络要能够高速传输大量信息数据和少量控制数据，因此也具有较强的实时性要求。现场控制层过程控制层二、分布式控制系统——DCS操作员站操作员站(OperatorStation，OS)是值班人员的中心操作台，功能类似于一台常用的微机。它能把分散的回路信息和有关生产过程的参数通过数据通道集中处理后，用一定的方式（图、表、曲线）在屏幕上显示出来，实现对生产过程的集中监视和控制。通过键盘和鼠标可以选择所希望了解的参数、图表等。操作人员也可直接对控制回路的工作状态进行切换，如进行手动和自动切换。操作员站可以单独使用，也可以多台组合起来形成一个操作中心，每台操作员站完成不同的任务。操作员站的主要功能有：采集过程控制信息，建立数据库；对生产过程进行各种显示，如总貌、分系统、趋势、系统状态、模拟流程、历史数据、报警等；对各种信息制表或曲线打印及屏幕拷贝；控制方式切换；在线变量计算以及指导操作等操作员站二、分布式控制系统——DCS工程师站(EngineerStation，ES)是整个DCS进行组态的设备，用来设计控制算法和开发人机监控界面。在工程师站上，可以对控制系统进行离线配置和组态，对分布式控制系统本身的运行状态进行监视和维护，对控制系统各参数进行在线设定和修改。在硬件上，工程师站一般采用商用计算机或工控机，也有的DCS使用服务器充当工程师站的功能。一旦整个系统组态完毕，就不需要在工程师站进行任何操作，除非工艺发生变化后需要重新组态，或对控制程序进行在线修改。工程师站三、热工测量及仪表热工测量是测量技术中的一种，是指在热工过程中对各种热工参数，如温度、压力、流量、液位、物位及位移等的测量。在火力发电厂中，热工测量是运行人员的耳目，通过热工测量可以及时反映热工设备的运行工况，为运行人员提供操作依据，为热工自动控制准确地、及时地提供信号，保证热力设备安全、经济运行，实现自动控制，节省人力、物力。热工测量温度：温度是衡量物体冷热程度的物理量。它反映物体内部分子热运动的情况，分子热运动越快，物体的温度就越高，反之温度就越低。温度计的分类工作原理常用测量范围接触式仪表膨胀式温度计利用液体或固体受热时产生热膨胀的特性-200～700压力式温度计利用封闭在一定容积中的气体、液体或某些液体的饱和蒸气受热时其体积或压力变化的性质0～300热电阻温度计利用导体或半导体受热后电阻值变化的性质-200～650热电偶温度计利用物体的热电性质0～1600非接触式仪表辐射式温度计利用物体辐射能随温度变化的性质60～200三、热工测量及仪表——温度计温度膨胀式温度计的测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，可分为液体膨胀式和固体膨胀式两种。这里主要介绍一种双金属温度计。三、热工测量及仪表——温度计膨胀式温度计三、热工测量及仪表——温度计1、水银和酒精温度计它的感温元件通常绕成螺旋形，一端固定，另一端连接指针轴。温度变化时，感温元件的弯曲率发生变化，并通过指针轴带动指针偏转，在刻度盘上显示出温度的变化。三、热工测量及仪表——温度计2、双金属温度计它的测温是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值，这种温度计具有温包体积小，反应速度快、灵敏度高、读数直观等特点三、热工测量及仪表——温度计压力式温度计压力式温度计三、热工测量及仪表——温度计热电阻温度计的测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻温度计三、热工测量及仪表——温度计两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热点效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶温度计三、热工测量及仪表——温度计热电偶温度计三、热工测量及仪表——温度计辐射式温度计是依据物体辐射的能量来测量温度的。根据辐射理论，任何物体只要不处于绝对零度(-273.15℃)，那么在其他任意温度下都存在热辐射。三、热工测量及仪表——温度计辐射式温度计在电厂的测量中，压力测量所测的都是被测对象的表压力，也就是表压的测量。根据压力计的测量原理，压力计可以分为五类：液体式压力计、弹性式压力计，活塞式压力计，电测式压力计，智能数字式压力计。压力计三、热工测量及仪表——压力计液柱式压力计三、热工测量及仪表——压力计弹性压力表是利用各种不同形状弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压仪表。弹性式压力计三、热工测量及仪表——压力计压力传感器是以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力。三、热工测量及仪表——压力计压力变送器水位计玻璃管水位计双色水位计磁翻板水位计低置水位计电接点水位计三、热工测量及仪表——水位计玻璃管水位计三、热工测量及仪表——水位计磁翻板水位计三、热工测量及仪表——水位计双色水位计三、热工测量及仪表——水位计双色水位计三、热工测量及仪表——水位计电接点水位计三、热工测量及仪表——水位计电接点水位计三、热工测量及仪表——水位计低置水位计三、热工测量及仪表——水位计三、热工测量及仪表——流量计差压式流量计差压变送器的基本原理是、将一个空间用敏感元件（多用膜盒）分割成两个腔室，分别向两个腔室引入压力时，传感器在两方压力共同作用下产生位移（或位移的趋势），这个位移量和两个腔室差压成正比，将这种位移转换成可以反映差压大小的标准信号输出。三、热工测量及仪表——流量计差压变送器压力开关的工作原理：是当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内发生动作，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升额定的恢复值时，开关自动复位。三、热工测量及仪表——压力开关压力开关四、DAS——数据采集系统数据采集系统（dataacquisitionsystem，DAS）又称为计算机监控系统，其基本功能是对机组整个生产过程参数进行在线检测，经处理运算后以CRT画面形式提供给运行人员。该系统可进行自动报警，制表打印，性能指标计算，事件顺序记录，历史数据存储以及操作指导等。监督生产过程的进行情况和检查对生产过程进行操作后的效果，把反映生产过程运行情况的各个物理参数和各种生产设备的工作状态传递到集中控制室内，以适当的方式显示、处理、记录，使运行人员能及时掌握设备状态和生产过程。配合数字显汞、图像显示、越限报警、综合性能指标计算，或对运行趋势进行分析判断，给出运行指导意见。DAS五、CCS——单元机组协调控制系统单元机组协调控制系统（coordinationcontrolsystem，CCS）是基于机、炉的动态特性，应用多变量控制理论形成若干不同形式的控制策略，在机、炉控制系统基础上组织的高一级机、炉主控系统。它是单元机组自动控制的核心内容。CCS将锅炉汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉和汽轮发电机组在自动状态下工作，给锅炉和汽轮机的自动控制系统发出命令，控制机组适应负荷变化，它直接作用于机炉的自动控制系统。CCS五、CCS——单元机组协调控制系统六、SCS——顺序控制系统顺序控制系统（sequencecontrolsystem，SCS），按照生产过程工艺要求预先拟定的顺序，有计划、有步骤、自动地对生产过程进行一系列操作的系统，称之为顺序控制系统。SCS也称程序控制，在发电厂中主要用于主机或辅机的自动启停程序控制，以及辅助系统的程序控制。主要用于控制泵、风机等辅机及辅助系统，按照运行规律规定的顺序，自动启动或停止。SCS七、FSSS——锅炉炉膛安全监控系统锅炉炉膛安全监控系统（furnacesafeguardsupervisorysystem，FSSS），或称燃烧器管理系统。FSSS包括炉膛火焰监视、炉膛压力监视、炉膛吹扫、自动点火、燃烧器自动切换、紧急情况下的主燃料跳闸等。FSSS是对锅炉点火和燃烧器进行顺序自动控制，防止炉膛由于燃烧熄灭、过压等原因引起炉膛爆炸而采取监视和控制措施的自动控制系统。它包括燃烧控制系统和炉膛安全系统。FSSSFSSS是大型锅炉自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分，它与CCS一般起被称为现代大型火电厂控制系统的两大支柱。CCS实现对锅炉运行参数的自动调节，使参数保持在给定值范围内，从而保证在自动调节方式下经济、安全运行。FSSS不直接参与自动调节，其主要是保证锅炉炉膛安全，避免炉膛爆燃事故的发生。CCS向FSSS提供逻辑判断所必需的各种参数和设备状态信息。FSSS根据CCS提供的信息进行逻辑判断、安全联锁和顺序控制以确保锅炉的按全运行。七、FSSS——锅炉炉膛安全监控系统FSSS具有最高级别的安全联锁功能，它能行使超越运行人员操作的功能。锅炉启停、自动调节或运行人员手操都受FSSS的监视，如条件不符、参数越限或有违反安全规程的操作FSSS将发出报警、主燃料跳闸实现紧急停炉。七、FSSS——锅炉炉膛安全监控系统在锅炉点火前将炉膛及烟道内即存的可燃混合物吹扫掉，防止点火时发生爆燃。要求风量≥30%额定量；时间≥5min。吹扫目的在于送入燃料之前利用连续的、足够的风量来清除滞留在整个炉膛空间内的可燃气体。七、FSSS主要功能1、炉膛点火前的吹扫2、自动点火系统在吹扫完成后，检查点火条件，如满足则自动顺序投入点火枪和投