发电厂应用系统

发电厂应用系统1火电厂热工自动化1.1概述作为电力系统的发电、输电、配电、供电、用电五个环节的起始点，火力发电厂由锅炉、汽轮机和发电机三大主要设备组成，其中涉及锅炉和汽轮机的热工自动化是火电厂的重要组成部分。火电厂热工过程是指火力发电厂中，将燃料(煤、油、气)在锅炉中燃烧放出的热量与工质(水和汽)进行热交换，产生具有高温高压的蒸汽，供给汽轮机做功并带动发电机，完成化学能向热能、向机械能、向电能转换的热力生产过程。自动化是指机器设备或者生产过程、管理过程，在没有人直接参与下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标。所以火电厂热工自动化是指在没有人直接参与情况下，通过自动化仪表和自动控制装置(包括计算机和计算机网络)，完成热工过程的参数测量、信息处理、自动控制、自动报警和自动保护。1.2火电厂热工自动化的内容（1）自动检测自动检测是指热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量由自动化仪表来完成。自动检测的热工参数是监督火电厂机组是否正常运行的依据，是随时调整自动控制作用的根据，也是机组进行经济核算、事故分析、自动报警等的数据来源。依据重要程度常将热工参数分为三类：主要参数(如主蒸汽温度、主蒸汽压力、汽包水位)、重要参数(如给水温度、给水流量、排烟温度)和辅助参数(如减温水流量、炉水电导率)。（2）自动控制自动控制是指应用自动控制装置实现火电厂机组中的某些生产过程和设备的自动运行和调节，确保机组运行的安全性和经济性。自动控制分为自动调节、顺序控制和远方控制:自动调节可以维持机组运行中某些热工参数在外来干扰和内在干扰下在规定范围内波动或按预定规律变化，包括给水自动调节系统、汽温自动调节系统、锅炉燃烧自动调节系统、汽轮机自动调节系统等；顺序控制(又称程序控制)可以根据预先规定的顺序条件和时间要求使得某些生产工艺过程中的相关设备自动地依次进行启动或停止操作，包括给水泵顺控、磨煤机顺控、锅炉燃烧器顺控等；远方控制作为自动控制的补充手段可以使运行人员在某些情况下通过控制室中的操作台对某些生产过程和设备进行人工控制。（3）自动报警自动报警是在自动检测的热工参数偏离正常值时，通过灯光、声响等报警信号提示运行人员注意，以便及时发现和处理异常的生产过程和设备。（4）自动保护自动保护是指在热工参数超过限定值时或相关设备运行条件不满足要求时投入相应装置暂停或终止异常的生产过程和设备，以免事故扩大损伤人员和设备，包括锅炉自动保护(如汽包水位保护、主蒸汽压力保护、炉膛灭火保护)、汽轮机自动保护(如转子超速保护、加热器水位保护、低油压保护)和辅助设备自动保护。1.3热工自动化的发展近十多年来是我国火电厂自动化技术发展最快的时期，特别是分散控制系统（DCS）在我国火力发电机组上得到了越来越广泛的应用。其发展大致分为以下几个阶段：第一阶段，九十年代初期分散控制系统（DCS）从试点到推广应用。八十年代末，作为先进国家一项成熟技术，我国在引进的火电机组上广泛应用了DCS，在国内机组上也着手选择几个电厂试点。当时，在一些引进机组的工程中暴露出的一些问题，引发一场激烈的“要不要在我国火电厂推广应用DCS”的争论。对此以陆延昌总工程师为首的能源部热工自动化领导小组对争论作了结论，明确指出，DCS是当代国际上取代传统控制系统的新技术，已趋成熟也适合中国国情，之所以在某些工程中出现一些问题，不是DCS本身问题而是我国工程建设管理中应循守旧，把自动化系统放在不恰当位置的结果。因此，领导小组当机立断作出决定，要在火电机组工程中积极稳妥推广应用DCS。从此，我国火电厂自动化发展的历史翻开了新的一页，火电厂自动化开始被摆到了一个适当的位置。第二阶段，九十年代后期，火电厂自动化技术逐步成熟。通过我国各级领导和广大自动化工程人员的努力，火电厂自动化技术在我国迅速发展，应用技术逐步成熟，自动化程度逐步提高。主要标志有下列几个方面：（1）数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）和炉膛安全监控系统（FSSS）全面纳入DCS，各项功能可用率达到较高水平，单元机组监控实现了以DCS的人一机界面为中心，传统的后备监控已基本取消。新机组投产时自动化系统可用率达到较高水平。（2）部分工程中汽机控制系统（DEH）采用DCS设备，实现了一体化。（3）火电机组全面应用DCS对原先落后的自动化技术进行改造。第三阶段，2000年火电厂自动化设计新思路提出和应用。进入二十一世纪后，国家提出了“2000年电厂仪表和控制（I&C）系统设计原则”。该原则针对国内的火电自动化发展现状和国际上自动化发展水平，提出了新时期火电自动化发展的方向。其主要表现在以下几个方面：（1）强调了单元机组机炉电一体化控制的总体思路，要求单元机组控制进一步智能化、自动化、控制中心小型化。（2）监控系统的功能配置和物理配置分段原则的应用。（3）要求DCS系统的覆盖范围进一步扩大，电气系统（ECS）全面纳入DCS系统范畴。全厂辅助系统车间进一步集中监控。（4）发展厂级监控信息系统(SupervisoryInformationSystem，简称SIS)和管理信息系统（ManagementInformationSystem，简称MIS），形成全厂计算机监控和信息网络。提高机组的“管控一体化”水平，为建立新型的电力企业奠定基础。通过多年实践，特别是最近几年的应用，我国火电厂DCS装备水平已经基本达到国际上先进水平，总体应用水平也正在逐步接近国际先进水平。与国际上发达国家相比，主要的差距表现在：优化控制技术（如模糊控制、专家控制、优化燃烧控制或指导、新型协调控制技术）在火电机组上的应用；SIS系统和MIS系统在电力企业发展和应用水平的差距等方面。2分散控制系统(DistributedControlSystem,DCS)2.1概述分散控制系统是融计算机技术（Computer）、控制技术（Control）、通信技术（Communication）、显示技术（CRT）为一体，对生产过程进行集中操作管理和分散控制的系统，有时也称分布式计算机控制系统（DistributedComputerControlSystem,DCCS），或称集散控制系统（TotalDistributedControlSystem,TDCS）。分散、分布或集散控制的基本思想是“控制和危险分散，管理和监视集中”。它将连续生产流程分散地采用多台微型计算机控制，即整个控制系统的目标和任务事先按一定方式分配给各个子系统，而各子系统之间可以进行信息交换。所有微型计算机可能处于平等地位，也可能有主从之分。它将全部信息集中到控制室，以便操作人员监视操作和集中管理。2.2分散控制系统的组成一般典型的DCS系统如图1所示，主要包括三部分：操作站、控制站和通信网络。控制站对现场的分散被控对象进行实时分散控制，而操作站进行集中操作、显示、报警和优化控制，通信网络主要供操作站和控制站，控制站之间相互通讯使用。2.3分散控制系统的功能结构分散控制系统的四层结构模式分散控制系统的显著特点是其系统功能具有层次化的结构，这种结构体现了集中管理和分散控制的思想。一般按功能可将分散控制系统分为四个层次，即直接控制级、过程管理级、生产管理级和经营管理级，如上图所示。分散控制系统的各级都以计算机为核心，最高级是企业级的中央计算机，其主要功能是生产过程的统一调度管理。中间级是车间级的计算机，在中央计算机的统一管理下完成规第三层连续过程批量过程离散过程直接控制级过程管理级经营管理级第四层生产管理级第三层第二层第一层现场设备定生产任务的调度管理。最低级即为与生产过程相连的分散控制装置。1直接控制级（过程控制级）这一级是分散控制系统的基础，在这一级上，分散控制单元直接与现场各类装置，如变送器、执行器、各类开关接点等相连，完成如下主要任务：（1）进行过程数据采集，即对被控设备中的每个过程变量和状态变量进行实时采集与处理，保证闭环控制、开环控制、设备监测、状态报告等获得所需要的输入信息。（2）进行直接的数字过程控制，根据控制组态数据库，控制算法模块来实施连续控制、顺序控制和批量控制。（3）进行设备监测和系统的测试与诊断。（4）实施安全性、冗余化方面的措施，一旦发现计算机系统硬件故障，及时切换到备用硬件，以确保整个系统的连续安全运行。2过程管理级在这一级上，过程管理计算机主要有监控计算机、操作员站和工程师站。它综合监视过程各站所有信息，集中显示、操作、控制回路组态和参数修改、优化过程处理等，可完成的功能有：（1）优化过程控制。（2）自适应回路控制。在过程参数希望值的基础上，通过数字控制的优化策略，当现场条件发生改变时，经过过程管理级计算机的运算处理，得到新的设定值和调节值并传送到直接过程控制层。（3）优化单元内各装置，根据生产的工艺流程，以优化准则协调相互的关系。（4）通过获取直接控制层的实施数据以进行单元内的活动监视。3生产管理级在这一级上，管理计算机根据生产工艺流程和过程特点，协调各单元级的参数设定，即生产过程、产品的总体协调和控制者。主要完成有以下功能：（1）具有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑分析功能，可根据用户订货情况、库存情况、能源情况来分析规划单元中的产品结构和规模。（2）具有产品重新组织和柔性制造的功能，可以适应由于用户订货变化所造成的不可预测事件。在一些复杂的工厂还实施了协调策略。（3）具有综观全厂生产和产品监视，以及产品报告的功能，并与上层交互传递数据。4经营管理级这一级居于中央计算机上，并与公司（工厂）的经理部门、市场部、计划部以及人事部等办公自动化管理信息系统（MIS）连接起来，担负起包括工程技术方面、经济方面、商务方面和人事方面等的总体协调和管理，实现整个生产系统的最优化2.4分散控制系统的特点分散控制系统的特点可概括为：实现分散控制，使危险性分散；集中监视操作，便于科学管理；采用图象显示，完善人机联系；控制范围扩展，能在线进行系统组态和修改参数；采用数据通信及分块控制，减少现场配线；应用自诊断技术及冗余结构，提高控制系统可靠性；采用面向控制的语言，操作使用简单方便。分散控制系统不仅功能齐全、组态灵活，而且比常规的模拟仪表控制系统具有更好的可操作性和安全性。2.5数据采集系统（DataAcquisitionSystem,DAS）数据采集系统是发电机组自动控制系统中一个重要的组成部分，是以计算机为核心对生产过程进行全工况开环监视的系统，是发电机组启停、正常运行和事故工况下的主要监视手段。采用计算机对机组的现场信号进行数据采集，利用计算机强大的计算和逻辑分析能力实现对机组的监视、提示、记录等，对运行操作提供指导，提高机组安全、经济运行水平。数据采集系统的主要功能包括：数据采集与处理、屏幕显示、打印记录、历史数据存储与检索、性能计算等。此外，针对火电厂的特点和需要，可实现设备的寿命管理、能量损耗分析和运行操作指导等高级处理功能。2.6顺序控制系统（SequenceControlSystem,SCS）顺序控制系统是电厂热工自动化的重要组成部分，其可以根据预先规定的顺序条件和时间要求使得某些生产工艺过程中的相关设备自动地依次进行启动或停止操作，包括给水泵顺控、磨煤机顺控、锅炉燃烧器顺控等，主要用于锅炉、汽轮机、发电机及其辅机的启动和停止。随着机组容量的增大，机组在运行过程中，尤其在机组的启、停和事故处理中，需要监视和操作的项目越来越多。这些操作项目。若全部由运行人员进行操作，是难以胜任的。采用顺序控制后，运行人员只需通过一个或几个操作按钮就可以完成某一套设备甚至整个机组的启停任务。2.7热工保护系统热工保护系统也是火电厂热工自动化的重要组成部分。在机组正常运行过程中，通过调节系统，控制机组各部分的工作情况和运行参数，使机组工作在合理的状态下。当机组出现异常情况时，热工保护系统就根据情况作出相应的反应，当异常情况不是十分严重时，通过各种措施使异常情况消除，当异常情况严重且继续恶化，而可能危及设备和人身安全时，使机组的局部退出工作或整套机组退出运行，以保证人