分散控制设计作业

科技学院分散控制设计作业(2014--2015年度第1学期)课程名称：分散控制系统院系：动力工程系班级：自动化11k1班学号：111912010115学生姓名：刘毅授课教师：李大中成绩：日期：2014年12月24日集散型控制系统（Distributedcontrolsystem）又名分布式计算机控制系统（以下均简称DCS）是利用计算机技术对生产进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。集散型控制系统一般由几种管理部分，分散控制监测部分和通讯部分组成。其中分散控制监测部分（即现场控制单元），按机组整体设计分散于现场，或集中安装在控制室，一般可控制1个或多个回路，具有几十种甚至上百种运算功能。集散型控制系统软件一般由实时多任务操作系统，数据通信软件，组态软件和各种应用软件所组成。其中组态软件工具、逻辑编辑软件、画面软件，可以按用户要求生成实用系统。DCS通过计算机网络，充分利用网络上的计算机资源，实现生产过程中大量数据的并行计算，使系统具有可靠性高、成本低、灵活性强等特点。近年来，发电行业进一步提高了电厂综合自动化水平，注重并加强了信息化的投入，很多火电厂提出需要适合自己工厂的厂级监控信息系统（SIS）以提高生产安全及生产效率，实现工厂管理信息系统与各种集散控制系统之间的信息共享。SIS以集散控制系统为基础，以安全运行和提升发电企业经济、安全效益为目标，运用安全、先进、有效的专业方法，达到电厂厂内的信息平台共享。高一级的生产运行的实时信息监视和调节，同时又提升了机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为发电企业提供科学、准确的经济性指标。在大型火电厂，DCS是计算机系统与发电机组控制模式结合的控制系统，与传统控制系统有本质区别。DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、调试方便、运行安全可靠等特点，在大型火力发电厂的生产过程中，能提高发电技术的自动化水平，减少不必要的人员浪费，增强系统的安全系数。一．DCS系统构成分散控制系统根据电厂工艺的要求来完成控制逻辑组态，实现发电机组工艺要求。系统的主要功能包括数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），顺序控制系统（SCS），炉膛安全监控系统（FSSS）。(1)数据采集系统（DAS）双冗余操作方式画面；运行人员操作指导；保护联锁条件指导；主保护首出记忆；重要辅机跳闸首出记忆；所有参数的现在值和状态显示；参数报警的提示、记录、打印；参数的实时和历史趋势显示；记录操作员操作；SOE点的报警、打印及记录；运行报表的打印和收集；记录参数状态变化；报警一览；软光字牌报警；显示系统图画面；监视过程控制系统运行状态；运行参数在线修改、整理；操作员站安全管理；机组启停指导曲线；机组经济指标性能计算功能。(2)模拟量控制系统（MCS）自动调整的主要项目如下：AGC控制功能；负载指令回路；协调控制；炉跟踪控制回路；机跟踪控制回路；FCB控制功能；RB控制功能；锅炉负荷调节；主要燃料调整炉排煤音量调节；送风吹调整；汽包水位调整，汽油机水泵调速；泵出口尺寸色调调整；主蒸汽ⅰ，ii级喷雾减温器调节；喷再热蒸汽温度控制事故的发生；再热蒸汽温度燃烧器倾斜角度调整；一旦压力调节器；磨热风风量调节；磨煤机出口温度调节；冷凝器水位调节；除氧器水位调节；压差旁通压力调节器；高压旁路温度调节；低压旁路温度调节，调节水压差旁通启动涡轮机油温度调控；A，B汽泵油冷却器的温度控制；三个过热辅助气体压力控制；再热辅助气体压力调节器；辅助气体温度，减少了水的控制，空气加热器温度调整；吹蒸汽压力调节器，燃油雾化蒸汽压力控制燃油压力控制雾化空气压力，点火风——炉压控制，波纹管——炉压控制。其中，协调控制系统包括六种模式：蒸汽轮机，锅炉手动根本出路锅炉手动涡轮自动跟踪模式，涡轮全自动锅炉自动跟踪模式，锅炉，汽机手动锅炉自动跟踪模式，自动涡轮机的自动跟踪模式，机炉协调工作。(3)顺序控制系统（SCS）汽机侧各种泵类与各种风机共计50台，各种受控制电动门及电磁阀，共计130台。主要功能及程序控制有：汽机油系统功能组；汽机疏水功能组；汽机真空功能组；A、B小汽机功能组；汽机凝结水功能组；高价功能组；海水冷却功能组；低加功能组；锅炉给水功能组；汽机盘车功能组；汽机循环水功能组；电动给水泵保护；汽机凝汽器冲洗程序控制；主要辅机保护功能有；A、B小汽机及汽泵保护；高、低加保护；大汽机润滑油压低联锁保护；大汽机抽汽逆止门联锁保护；循环水泵、凝结水泵等重要辅机的保护；机组自动启停控制系统APS。(4)炉膛安全监控系统（FSSS）锅炉炉膛安全系统(FSSS，即ABS1)功能主要有：炉膛吹扫；燃油泄漏试验；点火油油泄漏试验；点火油投入允许；燃油投入允许；MFT动作条件及复位；锅炉减负荷停制粉系统；点火油快关阀控制；锅炉减负荷投油；燃油回油阀控制；燃油快关阀控制；磨煤机油压控制；锅炉报警。二．火力发电厂的生产工艺流程在现代火电厂中，燃料的化学能转变为电能是在复杂热力循环的基础上完成的，这种循环使发电厂的热经济性得到了很大的提高。通常将燃料运至电厂，经输送加工后，送入锅炉进行燃烧，使燃料中的化学能转变为热能并传递给锅炉中的水，使水变成高温高压的蒸汽，通过管道将压力和温度都较高的过热蒸汽送人汽轮机，推动汽轮机旋转作功，蒸汽参数则迅速降低，最后排入凝汽器。在这一过程中，蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。发电机与汽轮机是用联轴器相连一同旋转的，汽轮机转子的机械能，通过发电机转变成电能。发电机产生的电能，经升压变压器后送人输电线路提供给用户。火力发电厂的主要系统燃料与燃烧系统：用煤将炉水烧成蒸汽（化学能转化为热能）（1）燃煤制备流程：煤从储煤场经输煤皮带送到锅炉房的煤斗中，再进入磨煤机制成煤粉。煤粉与来自空气预热器的热风混合后喷入锅炉炉膛燃烧。（2）烟气流程：煤在炉内燃烧后产生的热烟气经过锅炉的各部受热面传递热量后，流进除尘器及烟囱排入大气。（3）通风流程：用送风机供给煤粉燃烧时所需要的空气，用吸粉机吸出煤粉燃烧后的烟气并排入大气。（4）排灰流程：炉底排出的灰渣以及除尘器下部排出的细灰用机械或水利派往储灰场。汽水系统:蒸汽推动汽轮机做功（热能转化为机械能）（5）汽水流程：水在锅炉内变成过热蒸汽，过热蒸汽在汽轮机中不断膨胀、高速流公，推动汽轮机高速旋转，最后排入凝汽器中冷凝成水，再经升压、除氧、加热后送回锅炉，形成闭合的汽水循环。（6）补给水流程：汽水循环中水有损失，必须经常补充，补给水要经过化学处理，水质合格后送入汽水系统。（7）冷却水流程：在汽轮机排气的凝结过程中，放出的大量的潜热需有冷却水带走。冷却水的吸取，冷却即其设施构成冷却水流程。电气系统：汽轮机带动发电机发电（机械能转化为电能），并通过输配电装置将电能送往用户。（8）向外供电流程：发电机发出的电能由变压器升压后，经高压配电装置和输电线路送往用户。（9）厂用电流程：发电厂内的自用电由厂用变压器降压后，经厂用配电装置相场内各种附机及照明等供电。二．火力发电厂的主要生产系统包括汽水系统、燃烧系统和电气系统，现分述如下：（1）汽水系统火力发电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等组成，它包括汽水循环、化学水处理和冷却水系汽水系统流程如图1-1。水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步加热后变成过热蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽冲动汽轮机的叶片转动从而带动发电机发电。为了进一步提高其热效率，一般都从汽轮机的某些中间级后抽出做过功的部分蒸汽，用以加热给水。在现代大型机组中都采用这种给水回热循环。此外在超高压机组中还采用再热循环，即把做过一段功的蒸汽从汽轮机的某一中间级全部抽出，送到锅炉的再热器中加热后再引入汽轮机的以后几级中继续膨胀做功。在膨胀过程中蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却，凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热器和除氧器，经加温和脱氧后由给水泵将其打入高压加热器加热，最后打入锅炉。汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于经过许多管道、阀门和设备，难免产生泄漏等各种汽水损失，因此必须不断向系统补充经过化学处理的补给水，这些补给水一般都补入除氧器或凝汽器中。（2）燃烧系统燃烧系统由锅炉的输煤部分、燃烧部分和除灰部分组成。锅炉的燃烧系统如图1-2所示。锅炉的燃料——煤，由皮带机输送到煤仓间的原煤仓内，经过给煤机进入磨煤机磨成煤粉，然后和经过空气预热器预热过的空气一起喷入炉内燃烧。烟气经除尘器除尘后由引风机抽出，最后经烟囱排入大气。锅炉排出的炉渣经碎渣机破碎后连同除尘器下部的细灰一起由灰渣（浆）泵经灰管打至贮灰场。（3）电气系统发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所等。发电机的机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，一般额定电压在10~20kV之间，而额定电流可达2OkA。发电机发出的电能，其中一小部分（约占发电机容量的4％～8％），由厂用变压器降低电压（一般为63kV和400V两个电压等级）后，经厂用配电装置由电缆供给水泵、送风机、磨煤机等各种辅机和电厂照明等设备用电，称为厂用电（或自用电）。其余大部分电能，由主变压器升压后，经高压配电装置、输电线路送入电网。电气系统如图1-3所示。发电厂的整个生产过程除上述基本过程以外，还有供水系统、化学水处理系统、输煤系统和热工自动化等各种辅助系统和设施。三．电气DCS系统的实现发电厂电气DCS系统主要是用来监控发电厂各电气设备的运行参数，对运行状态进行集中监视和控制，采用分层分布式结构。（1）控制部分主控机是由计算机、CRT和外围设备组成，一般安装在发电厂的主控室内，CRT能显示系统运行状态、设备参数和各种操作指导等，并可同时和单独地提供报告和画面显示，当模拟量越限时，显示并打印报警信息，包括越限对象名称、编号、越限参数值以及越限时间，并能累计越限次数。现场控制级主要由PLC和各种检测装置组成，PLC实现对各电气设备的控制以及与上位机的通信，把采集的信息实时反馈给上位机；电机控制装置主要由大功率接触器、断路器及显示板组成，其控制电路由PLC控制，实现电机正反转，从而控制流量、压力、温度等，并可显示各参数值。（2）通信部分主控级网络操作单元与现场监控单元之间的通信采用主从工作方式，网络操作单元是主站，现场监控单元是从站。通信由网络操作单元发起，只能进行主站与任一台从站之间的通信，两台从站之间不能直接通信，若要通信需要从主站中转，现场监控单元采用PC总线接插板技术，内部配有一块RS-485通信卡，主要完成物理层和数据链路层的任务。为适应发电厂的工作环境，通信卡中使用了电源隔离、光电隔离等抗干扰技术，能有效防止外界的干扰，提高系统工作的稳定性。（3）电气监控系统与DCS的连接方式电气监控系统与DCS的连接主要有硬接线方式和现场总线连接方式。两种方式各有优缺点，而运用硬接线和现场总线相结合的方式，使系统抗干扰能力增强，减少了平时检修维护量，提高了安全可靠性，减小了投资成本。（4）后台机系统该系统包括DCS系统和电气工作站，DCS系统对电气设备进行控制，通过通信管理层获得所需的其它信息，送至电气工作站。电气工作站是以工控机为主机接受来自通信管理装置上的信息，并进行处理分析来完成监控功能。四.计算机局域网络控制方案上图系统构成形式，其局域网的主网络结构采用总线型结构，其主要包括工程师站、操作员站、网管服务器、HUB、数据高速公路及现场站。其通讯协议采用总线型网络链路控制方式中的TOKEN（令牌）方式，TOKEN是一种特殊标志，通常有8位二进制数组成，沿环路单向流动，网络启动后，TOKEN沿环路运行时，某站请求，同时TOKEN正好运行到该站接口，接口监视TOKEN标志，当最后一位标志经过时，将适得其反。然后该站向网络发送信息，当发送完毕后，恢复标志，交出通讯权，TOKEN标志仍继续传下去。在总线方式下，通讯各站要安排优先级，TOKEN标志按优先级进行传递，当某站故障时逻辑循环要重新组。工程师站完成对系统的