浅谈火电厂自动控制系统的重要性 张振明 (神华准能氧化铝中试厂设备维修部,内蒙古薛家湾 010300) 摘 要:热控保护系统是火力发电厂的一个不可缺少的重要组成部分,它对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。在主、辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时,及时采取相应的措施加以保护,从而软化故障,停机待修,避免发生重大的设备损坏和人身伤亡事故。对故障的防范,关键是如何尽早检测、发现故障,然后预防、软化、控制和排除故障,避免故障的进一步扩大,使热工保护工作的精密性趋于高度完善,从而为电厂热力设备的安全运行把好最后的一道关。 关键词:火电厂;热工控制;保护 中图分类号:T M762 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0033—01 1 高度重视火电厂热工自动化控制系统的保护工作 随着DCS控制系统的成熟发展,热工自动化程度越来越高,但热工保护误动和拒动的情况还时有发生。如何防止DCS系统失灵和热工保护误动、拒动成为火力发电厂日益关注的焦点。由于热控设备覆盖着热力系统和热力设备的所有参数,各系统相互联系,相互制约,任何一个环节的故障都有可能通过热工保护系统发出跳机停炉信号,从而造成不必要的经济损失。因此,如何提高保护系统的可靠性是一项十分重要而又迫切的工作。在主辅设备正常运行时,保护系统因自身故障而引起动作,造成主辅设备停运,称为保护误动,并因此造成不必要的经济损失;在主辅设备发生故障时,保护系统也发生故障而不动作,称为保护拒动,同样会造成重大事故和不可避免的经济损失。 2 热控自动化保护系统常见故障及成因 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。热控元件故障是因热工元件故障(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,有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。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。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。设备电源故障是因为随着热控系统自动化程度的提高,热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠。因人为因素引起的保护误动大多是由于操作失误引起。设计、安装、调试存在缺陷。许多机组因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动。 3 应对热控保护故障应采取的主要措施 3.1 技术性操作要逐步科学化 加强技术培训,提高热控人员的技术水平和故障处理能力至关重要。其中过程控制站的电源和CPU冗余设计已普遍,对一些保护执行设备(如跳闸电磁阀)的动作电源也应该监控起来。对一些重要热工信号也应进行冗余设置,并且对来自同一取样的测点信号进行有效的监控和判断,重要测点的测量通道应布置在不同的卡件以分散危险,提高其可靠性。重要测点就地取样孔也应该尽量采用多点并相互独立的方法取样,以提高其可靠性,并方便故障处理。一个取样,多点并列的方法有待考虑改进。尽量采用技术成熟、可靠的热控元件。在合理投资的情况下,一定要选用品质、运行业绩较好的就地热控设备,保护逻辑组态进行优化。优化保护逻辑组态,对提高保护系统的可靠性、安全性,降低热控保护系统的误动、拒动率具有十分重要的意义。 3.2 管理、制度、环境要趋于规范化 工作人员对设计、施工、调试、检修质量要严格把关。严格执行定期维护制度。做好机组的大、小修设备检修管理,及时发现设备隐患,使设备处于良好的工作状态;做好日常维护和试验;停机时,对保护系统检修彻底检修、检查,并进行严格的保护试验;提高和改善热控就地设备的工作环境条件。就地设备工作环境普遍十分恶劣,提高和改善就地设备的工作环境条件,对提高整个系统的可靠性有着十分重要的作用。必须严格控制电子间的环境条件,要明确认识温度、湿度、灰尘及振动对热控电子设备有 33 2012年第23期 内蒙古石油化工
《计算机控制系统》课程第1~4章思考题 第一章概述 1．计算机控制系统与连续控制系统之间有何异同？ 2．简要说明过程控制计算机的硬件和软件组成及其各部分作用。 3．按实现的功能分，计算机控制系统可分成哪几种？ 4．分散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS有何区别与联系？ 5．大型火电机组应用计算机控制的主要功能系统包括哪些？各自的主要功能是什么？6．火电厂计算机控制的发展趋势是什么？ 第二章过程通道 1．香农采样定理的内容是什么？采样频率的选取对控制系统有什么影响？ 2．试结合采样定理和实际采样过程的要求分析选定采样电路的采样电容的方法。 3．简述模拟量输入通道的组成和任务。 4．在模入通道中，什么是数字滤波？什么是模拟滤波？两者能互相取代吗？为什么？5．模拟量输入通道的采样周期与哪些因素有关？分别分析如果要提高采样因素因如何处理？ 6．如果要实现模拟量输入通道的同步采样有几种常用方案？分别作简要分析。 7．简述逐位逼近式A/D转换器的工作原理。 8．简述D/A转换器的工作原理。 9．简述数字量输入通道的组成及各部分功能。 10．开关量输入信号的采集有哪两种常用方法？分别适用于什么情况？ 11．开关量输入通道的时间分辨率指什么？有什么意义？ 12．常用的数字量输出驱动电路有哪些？就其中一种作简要说明。 13．什么是串模干扰？如何抑制串模干扰？ 14．什么是共模干扰？如何抑制共模干扰？ 15．简述系统供电与接地的抗干扰措施。 16．在计算机控制系统中，敷设信号线时应注意哪些问题？ 第三章计算机控制系统的软件基础 1．计算机控制系统的软件系统包括哪些部分？ 2．简介操作系统的组成和主要功能软件。 3．试绘图分析说明进程的基本状态及转换方式。 4．什么是进程的抢占式调度和非抢占式调度？对于最高优先级进程两种方法最多相差多长时间？如何理解进程的抢占式调度具有更好的实时响应特性？ 5．试分析说明下图中iRAX86操作系统状态迁移图中各状态迁移的含义。
第一章计算机控制系统的特点及其应用领域。 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，
自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用 摘要：随着计算机技术的不断发展，自动控制理论日趋成熟，自动化机械设备已广泛应用于人们日常生活的方方面面，尤其是在火电厂中的运用，对我国电力事业的现代化发展，做出了巨大的贡献。本文介绍了我国火电厂现阶段热工自动化应用现状，以及自动化控制理论在火电厂应用技术的最新进展，提出了今后自动控制理论在该领域的发展趋势，以期与同行交流。 关键词：自动控制火电厂热工自动化应用 近年来，我国在自动控制技术领域的研究取得了长足的进展，其研究成果不断被应用在生活生产的各个方面。火电厂热工自动化作为一种自动控制技术，其融合了热能工程技术、计算机信息技术以及智能仪表仪器等相关技术，可实现对火电厂生产过程的各类参数进行实时监控。这一技术的运用，将有助于提高该行业的生产效率，提高企业利润，有效降低人力物力成本，实现火电企业的现代化革新与可持续发展。 一、火电厂热工自动化发展现状 自动控制通常是指在企业生产过程中，采用自动化仪器设备代替部分甚至是全部人工操作，并依靠这些仪器设备进行自动生产，达到甚至超过人工操作的目的。自动控制理论早在上世纪前期就已经被提出，经过几十年的发展，其主要分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个不同阶段。其中经典控制理论主要以传递函数理论为基础，通过建立系统的数学模型，研究系统运行的状态和规律，从而实现自动控制。而现代控制理论中，线性控制和优化估值是其理论基础，从而使得火电厂在发电过程中实现对过程的自控。智能控制综合了前两者的优势，主要以数值计算。逻辑运算为理论基础，实现对复杂系统的精确控制。 在我国火电企业中，自动化控制理论主要运用于热工自动化中，如图1所示。
计算机控制系统的硬件构成 1.主机 由中央处理器、时钟电路、内存等构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部件。它通过接口电路对被控对象进行巡回检测并向系统发出各种控制指令，通过操作台、通用外部设备接收各种指令与参数并输出操作人员所需的信息，通过数据通信网络与其他主机相互交换信息与命令，使控制系统有条不紊地完成数据采集与处理、逻辑判断、控制量计算、超限报警、故障诊断等任务。 2.通用外部设备 通用外部设备包括打印机、记录仪、显示器、软盘、硬盘等，主要完成数据与状态的打印、记录、显示与储存等功能。 3.I/O 接口与通道 I/O 接口包括并行接口与串行接口。I/O 通道包括模拟量、数字量以及开关量通道，其中模拟量通道含有A-D、D-A 转换电路。I/O 接口和通道是计算机主机与被控对象系统之间连接的桥梁。 4.操作台 操作台是人机对话的联系纽带。操作人员通过操作台可向计算机输入或修改控制参数，发出各种操作指令，也可观察被控对象的状态。
5.数据通信网络 现代计算机控制系统通常包含数据通信网络，如含有RS-232、RS-485 等常规通信接口，CANBUS、PROFIBUS 等现场总线和工业以太网。 6.检测装置 为了对生产过程进行控制，必须先对各种参数（如温度、压力、液位等）进行检测。传感器的主要功能是将被检测的非电量参数转换成电量信号，如热电偶可以把温度转换成电压信号、压力传感器可以把压力转换成电信号等。变送器的作用是将传感器得到的电信号转换成统一的标准信号（0～5V 或4～20mA）。 7.执行机构 执行机构是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置。它有电动、气动、液压传动等几种类型。例如，在水位控制系统中，阀门就是一种执行机构，通过控制阀门就能控制进入容器的水的流量。
大型火电厂锅炉-汽轮机组协调控制系统的分析 上海发电设备成套设计研究所杨景祺 目前我国火电站领域的技术具有快速的发展，单元机组的容量已从300MW 发展到600MW，外高桥电厂单元机组容量已达到900MW。DCS系统在火电站的成功应用，大大提高了电站控制领域的自动化投入水平。本文主要对大型火电机组的两种主要炉型—汽包炉和直流炉机组的协调控制系统的设计机理进行概要性的说明。 1.协调控制系统的功能和主要含义 协调控制系统是我国在80年代引进的火电站控制理念，主要设计思想是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对机组负荷、锅炉主汽压力的控制，达到锅炉风、水、煤的协调动作。对于协调控制系统而言包含三层含义：机组与电网需求的协调、锅炉汽轮机协调以及锅炉风、水、煤子系统的协调。 1.1.机组与电网需求的协调 机组与电网需求的协调主要是机组最快的响应电网负荷的要求，包括了电网AGC控制和电网一次调频控制两个方面。目前华东电网已实现了电网调度对电厂机组的负荷调度和一次调频控制。 1.2.锅炉汽轮机的协调 锅炉汽轮机的协调被认为是机组的协调，主要是协调控制锅炉与汽轮机，提高机组对电网负荷调度的响应性和机组运行的稳定性。从协调控制系统而言，对汽包锅炉和直流锅炉都具有相同的控制概念，但由于两种炉型在汽水循环上有很大的差别，导致控制系统具有很大的差别。 1.3.锅炉协调 锅炉协调主要考虑锅炉风、水、煤之间的协调。 2.汽包锅炉机组的协调控制系统 汽轮机、锅炉协调控制系统概念的引出，主要在于汽轮机和锅炉对于机组的负荷与压力具有完全不同的控制特性，汽轮机以控制调门开度实现对压力、负荷的调节，具有很快的调节特性，而锅炉利用燃料的燃烧产生的热量使给水流量变为蒸汽，其控制燃料的过程取决于磨煤机、给煤机、风机
目次 前言 1范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4计算机控制系统 4.1基本检修项目及质量要求 4.2试验项目与技术标准 4.3计算机控制系统运行维护 5检测仪表及装置 5.1基本检修与校准 5.2通用检测仪表检修与校准 5.3温度检测仪表检修与校准 5.4压力测量仪表检修与校准 5.5液位测量仪表检修与校准 5.6流量测量仪表检修与校准 5.7分析仪表检修与校准 5.8机械量仪表检修与校准 5.9特殊仪表及装置检修与校准 5.10称重仪表检修与校准 6过程控制仪表及设备 6.1控制器单元检修与校准 6.2计算单元检修与校准 6.3操作和执行单元检修与校准 7共用系统、电气线路与测量管路 7.1共用系统检修与试验 7.2取源部件检修 7.3机柜、电气线路、测量管路检修与试验 8数据采集系统 8.1基本检修项目与质量要求 8.2校准项目与技术标准 8.3运行维护 9模拟量控制系统 9.1基本检修项目及要求 9.2给水控制系统 9.3汽温控制系统 9.4燃烧控制系统 9.5辅助设备控制系统 9.6机炉协调控制系统 10炉膛安全监控系统 10.1基本检修项目与质量要求 10.2系统试验项目与要求 10.3检修验收与运行维护 11热工信号与热工保护系统 11.1系统检查、测试及一般要求 11.2系统试验项目与要求 11.3运行维护 12顺序控制系统 12.1基本检修项目及要求 12.2热力系统试验项目与要求 12.3发电机变压器组和厂用电系统试验项目与要求
12.4运行维护 13汽机数字电液控制系统 13.1基本检修项目与质量要求 13.2系统投运前的试验项目及质量要求 13.3系统各功能投运过程及质量要求 13.4系统的动态特性试验与质量指标 13.5DEH系统运行维护 14汽动给水泵控制系统 14.1基本检修项目与质量要求 14.2系统投运前的试验项目及质量要求 14.3系统功能投运过程试验与质量要求 14.4系统动态特性试验与质量指标 14.5汽动给水泵控制系统运行维护 15高低压旁路控制系统 15.1基本检修项目和质量要求 15.2试验项目与技术要求 15.3系统运行维护 16热工技术管理 16.1热工自动化系统检修运行管理 16.2计算机控制系统软件、硬件管理 16.3技术规程、制度与技术档案管理 16.4热工指标考核、统计指标 16.5备品备件的保存与管理 附录A（规范性附录）热工设备检修项目管理 附录B（规范性附录）考核项目、误差定义与计算、名词解释附录C（资料性附录）抗共模差模干扰能力测试 附录D（资料性附录）热工技术管理表格
火电厂自动控制系统 火电厂控制系统总体分为两部分：第一部分是主控部分，第二部分是副控部分。下面就这两部分具体内容做个介绍。 一、火电厂主控系统 火电厂主控系统是保证火电厂安全、稳定生产的关键，随着控制技术、网络技术、计算机技术和Web技术的飞跃发展，火电厂主控系统的控制水平和工程方案也在不断进步，火电厂的管理信息系统和主控系统的一体化无缝连接必将成为未来火电厂管控系统的发展趋势，传统火电厂的DCS系统也必将向这一趋势靠拢。火电厂主控系统以控制方式分类可分为：DAS、MCS、SCS、BMS及DEH等系统。 下面分别加以阐述： 1.数据采集系统-DAS： 火电厂的主控系统中的DAS(数据采集系统)主要是连续采集和处理机组工艺模拟量信号和设备状态的开关量信号，并实时监视,保证机组安全可靠地运行。 ■数据采集：对现场的模拟量、开关量的实时数据采集、扫描、处理。 ■信息显示：包括工艺系统的模拟图和设备状态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋势显示、报警显示等。 ■事件记录和报表制作/ 打印：包括SOE 顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。 ■历史数据存储和检索 ■设备故障诊断 2.模拟量调节系统-MCS系统： ■机、炉协调控制系统(CCS) ● 送风控制，引风控制 ● 主汽温度控制 ● 给水控制 ● 主蒸汽母管压力控制 ● 除氧器水位控制，除氧器压力控制 ● 磨煤机入口负压自动调节，磨煤机出口温度自动调节 ■高加水位控制，低加水位控制 ■轴封压力控制 ■凝汽器水位控制 ■消防水泵出口母管压力控制 ■快减压力调节，快减温度调节 ■汽包水位自动调节
3.炉膛安全保护监控系统-BMS系统： BMS（炉膛安全保护监控系统）保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全起停、切投，并能在危急情况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料，保证锅炉安全。包括BCS（燃烧器控制系统）和FSSS（炉膛安全系统）。 ■锅炉点火前和MFT 后的炉膛吹扫 ■油系统和油层的启停控制 ■制粉系统和煤层的启停控制 ■炉膛火焰监测 ■辅机（一次风机、密封风机、冷却风机、循环泵等）启、停和联锁保护 ■主燃料跳闸（MFT） ■油燃料跳闸（OFT） ■机组快速甩负荷（FCB） ■辅机故障减负荷（RB） ■机组运行监视和自动报警 4.顺序控制系统—SCS： ■制粉系统顺控 ■锅炉二次风门顺控 ■锅炉定排顺控 ■射水泵顺控 ■给水程控 ■励磁开关 ■整流装置开关 ■发电机灭磁开关 ■发电机感应调压器 ■备用励磁机手动调节励磁 ■发电机组断路器同期回路 ■其他设备起停顺控 5.电液调节系统—DEH： 该系统完成对汽机的转速调节、功率调节和机炉协调控制。包括：转速和功率控制；阀门试验和阀门管理；运行参数监视；超速保护；手动控制等功能。 ■转速和负荷的自动控制 ■汽轮机自启动（ATC） ■主汽压力控制（TPC） ■自动减负荷（RB） ■超速保护（OPC） ■阀门测试
一．火力发电厂的生产工艺流程分析介绍 1.1 火力发电过程中能量的转化过程 火力发电的过程涉及到五次能量的转换，每一次能量的转换都在不同的设备中完成。首先，火电厂中采用的原料〔煤)，本身具备的是化学能，煤粉碎后被鼓风机吹入锅炉内进行烧烧，实现化学能向热能的转换。锅炉内煤燃烧产生的热能通过热传递被水吸收，水的温度升高并且汽化，在锅炉内产生温度和压力都非常高的水蒸汽，热能转变成水蒸汽的内能。高温、高压的水蒸汽在管道中被输送入汽轮机内，并在汽轮机的喷嘴中沿特定的方向膨胀，流动速度加快，压力降低，水蒸汽具有的内能转换为流动蒸汽动能。高速流动的水蒸汽在汽轮机内吹动动叶栅旋转，水蒸汽动能转变为汽轮机的旋转机械能。高速转动的汽轮机再次带动与其相连的发电机的转子旋转切割磁力线产生电能，电能经过变压器变压后被输送出去。经过上述五次能量形式的转换，将煤具有的化学能转化为电能输送出去。 1.2 火力发电厂的生产工艺流程 1.2.1 生产工艺流程简介：电厂以原煤、煤干石为原料，以水为工质，产生电能和热能。生产工艺流程主要包括输煤系统、破碎煤系统、锅炉系统、汽机系统、电气系统、热工系统、化学水处理系统、除灰渣系统等。燃煤(煤研石和原煤)运进储煤场存放，之后经两级破碎成循环流化层所需要的粒径后，贮藏在煤仓内。在锅炉负荷调整好后，将其与储存在石灰粉仓内的石灰石粉按一定的比例一起送入燃烧室。空气经送风机升压并在空气预热器内预热，一次风被送入风箱，二次风送入燃烧室。燃烧气体经过各热交换器吸热后进入旋风分离器，然后进入尾部烟道，经布袋除尘器除尘后，通过引风机烟囱排入大气。炉底的灰渣落入渣斗内和除尘器收集的细灰一起被送入灰场或运至综合利用场所。锅炉系统的供水经过预处理和化学处理之后，由回热系统经省煤器预热后进入汽包。水在燃烧室四周的水冷壁内吸热产生蒸汽，再经过加热器生成过热蒸汽。过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发出电能。同时，汽轮机泛汽经凝汽器凝结成水，进入回热系统循环利用，而发电机发出的电能经升压站升压后送入电网。 1.2.2 主要工艺系统简介 1.运煤系统 输煤系统是电力生产工艺中很重要的一部分，输煤系统包括以下几个子部分: 1) 受卸装置:受卸装置用来收受和卸空发到电厂的装煤铁路车皮，在某些情况下还用 来在其煤斗〔地槽)中短期贮存所卸下来的煤。
PLC控制系统在火电厂的应用 随着计算机和网络通讯技术的发展，PLC（Programmable Logic Contmller）可编程逻辑控制器）以其强大的功能和高度的可靠性在火电厂控制系统中获得了广泛的应用，它的可靠性关系到火电厂各大系统的安全运行，甚至影响到机组和电网运行的安全性和经济性。随着使用年限的增加，在机组运行期间所发生的各类事故中，因PLC系统故障引起的机组事故已占一定的比例，因此PLC控制系统故障及其防范便成为目前需要思考和解决的问题。 1、存在问题 发电站的环境空间存在极强的电磁场，发电机的电压高达数千伏、电流高达数百安，开关站的输出电压高达数十千伏或数百千伏。由于现场条件的限制，有时某段数百米长的强电电缆和信号线不能有效的分开，甚至只能在同一电缆沟内。这样，高电压、大电流接通和通断时产生的强电干扰可能会在PLC输入线上产生感应电压和感应电流，这种干扰轻则会造成测量数据显示不准，重则足以使PLC的光电耦合器中的发光二极管发光，导致PLC产生误动作。这种现象在现场经常发生，如：陕西金泰氯碱化工自备电站为3×130t/h+2×25MW 火电机组，其中输煤系统、化学水处理系统、水源井系统均应用了带有上位机的PLC控制系统，而在锅炉吹灰系统、除灰、静电除尘、磨煤机稀油站、汽机胶球清洗系统等应用了小型PLC控制系统。输煤PLC程控系统，曾多次出现2号A皮带白启动，检查发现其输入、输出回路各有高达57V的感应电压，使其输入光电隔离器（DC24V驱动）动作，致使接触器吸合将2号A皮带启动。随后该电站采取了抗干扰措施，在负载两端并接了RC涌浪吸收器，到目前为止再未发生过类似现象。 2、防范措施 2.1 防止干扰的措施 PLC内部用光电耦合器、小型继电器和光电可控硅等器件来实现开关量信号的隔离，PLC的模拟量模块一般也采取了光电耦合器隔离措施。这些措施不仅能减少或消除外部干扰对系统的影响，还可以保护CPU模块，使之免受外部来的高电压的危害，因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。 但如果PLC内部的隔离措施不能有效地抵抗干扰，对于开关量信号通常在其输入、输出回路外加中间继电器来隔离干扰信号。另外，PLC输出模块内部的小型继电器的触点容量较小，不能驱动电流较大的负载，需用中间继电器，另外还可以采用以下几种措施，有效的防止干扰。 (1) 防止输入信号干扰 当信号输入端有感性负载时，为了防止信号变化时感应电势损坏输入模块，应在信号
《计算机控制系统》课程复习题答案 一、知识点：计算机控制系统的基本概念。具体为 了解计算机控制系统与生产自动化的关系；掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性；理解计算机控制系统的分类和发展趋势。 回答题： 1.画出典型计算机控制系统的基本框图； 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2.简述计算机控制系统的一般控制过程； 答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理； (2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。 3.简述计算机控制系统的组成； 答：计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成，计算机系统又由硬件和软件组成。 4.简述计算机控制系统的特点； 答：计算机控制系统与连续控制系统相比，具有以下特点： ⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 ⑵计算机控制系统修改控制规律，只需修改程序，一般不对硬件电路进行改动，因此具有很大的灵活性和适应性。 ⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 ⑷计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。 ⑸一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。 ⑹采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化。 5.简述计算机控制系统的类型。 答：（1）操作指导控制系统； （2）直接数字控制系统； （3）监督计算机控制系统 （4）分级计算机控制系统 二、知识点：计算机控制系统的硬件基础。具体为 了解计算机控制系统的过程通道与接口；掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应用，掌握输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、A/D和D/A的使用方法，能根据控制系统的要求选择控制用计算机系统。 回答题： 1.给出多通道复用一个A/D转换器的原理示意图。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 3.例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。 答：W78系列,如W7805、7812、7824等；W79系列，如W7805、7812、7824等 4.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 5.说明隔离电源的基本作用。 答：为了实施隔离技术，隔离电源可以为被隔离的各个部分提供独立的或相互隔离的电源供电，以切断各个部分间的电路联系。 6.什么是采样或采样过程？
火电厂常规的自动控制系统（给水、减温、燃烧）介绍及方案 1、锅炉设备主要有哪几个调节系统？答：（1）给水自动调节系统。 （2）过热汽温自动调节系统。 （3）再热汽温自动调节系统。 （4）燃烧过程自动调节系统（引风、送风、一次风、氧量控制）。 （5）主汽压力自动调节系统。 2、锅炉给水调节的任务是什么？答：锅炉给水调节的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围。 3、给水自动调节系统中主站切手动有哪些条件？答：1）所有给水泵分站在手动控制。 （2）操作员人为切手动。 （3）给水泵在压力控制方式，给水泵出口压力信号故障或压力与给定值偏差大。 （4）汽包水位信号故障。 （5）给水流量信号故障。 （6）蒸汽流量信号故障。 （7）给水泵在水位控制方式，汽包水位与给定值偏差大。 4、变速泵给水调节系统包括哪几个子系统？答：变速泵给水调节系统包括三个子系统：汽包水位调节子系统、泵出口压力调节子系统、泵最小流量调 节子系统 5、如何调节给水泵转速？答：汽动泵是通过电流、电压转换器与其电液调节系统连接来改变转速。而电动给水泵是通过执行机构去控制液压联轴器的勺管位置，改变给水泵转速。
6、简述三冲量双回路给水调节系统的原理。答：三冲量双回路给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量和三个信号，其中水位是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输出信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值。蒸汽流量信号是前馈信号，其作用是防止由于虚假水位而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量。蒸汽流量和给水流量两个信号相配合，可消除系统的静差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化反应很快，差压变化及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可以根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 7、测量信号接入调节器的极性是如何规定的？答：关于测量信号接入调节器的极性规定：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标“ +；反之，当信号值增大时要求关小调节阀，该信号标以“ - ”号。 8、给水调节系统投入前应进行哪些检查和试验？答：（1）信号极性检查。 2）调节阀开度试验。 （3）执行机构小回路检查。 （4）自动跟踪检查。 （5）调节器输出信号方向检查。 （6）参数设置。 （7）试投调节器。 9、给水全程调节系统通常有几种方案？答：给水全程调节系统通常有三种方案：
计算机控制系统复习题及答案
《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 -2 0.1z Y(z)Gc(z)== 1-0.4z +0.8z R(z) ,其中输入为单 位阶跃信号,求输出y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 0.53+0.1z Gc(z)=1-0.37z 当输入为单位阶跃信号 时, 求输出y(KT)及y(∞)。 3.用长除法或Z 反变换法或迭代法求闭环系统2 z +0.5Gc(z)=8(z +0.1z -0.12) 的单位阶 跃响应。 4.已知低通数字滤波器0.5266z D(z)= z -0.4734 ,求D （z ）的带宽ωm;并求当输入E(z)为 阶跃信号时数字滤波器的控制算法。取采样周期T=2ms 。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。
②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的La 氏变换为2 5F(s)= s (s +4) ，试求它的Z 变换F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K 为何值时系统稳定。 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)= z(z -1)(z -0.7) 问:K 为何值时系统稳定? 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: -1 -1 -1 -1 -1 0.26z (1+2.78z )(1+0.2z ) W1(z)= (1-z )(1-0.286z ) ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃 输入时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. 12.已知离散系统的Z 传递函数：22 z 2z 1Y(z) G(z)z 5z 6U(z) ++==++,试求离散系统的状态
三、火力发电厂生产指标介绍 一、主要指标介绍 1、供电煤耗：指火力发电机组每供出单位千瓦时电能平均耗用的标准煤量。他是综合计算了发电煤耗及厂用电率水平的消耗指标。因此，供电标煤耗综合反映火电厂生产单位产品的能源消耗水平。 供电煤耗=发电耗用标准煤量（克）/供电量（千瓦时）=发电耗用标准煤量（克）/发电量X（1-发电厂用电率）（千瓦时） 2、影响供电煤耗的主要指标 1）锅炉效率：锅炉效率是指有效利用热量与燃料带入炉内热量的百分比。 2）空预器漏风率：是指漏入空气预热烟气侧的空气质量流量与进入空气预热器的烟气质量流量比。 3）主汽温度：主汽温度是汽轮机蒸汽状态参数之一，是指汽轮机进口的主蒸汽温度。 4）主汽压力：主汽压力也是汽轮机蒸汽参数状态之一，是指汽轮机进口的主蒸汽压力。 5）再热汽温：再热汽温度是汽轮机蒸汽参数状态之一，是指汽轮机进口的再热蒸汽温度。 6）排烟温度:排烟温度是指锅炉末级受热面（一般指）空气预热器后的烟气温度。对于锅炉末级受热面出口有两个或两个以上烟道，排烟温度应取各烟道烟气温度的算数平均值。 7）飞灰可燃物：是指锅炉飞灰中碳的质量百分比（％）。 8）汽轮机热耗率：是指汽轮机发电机组每发出一千瓦时电量所消耗的热量。以机组定期或修后热力试验数据为准。 9）真空度：是指汽轮机低压缸排气端真空占当地大气压的百分数。 10）凝汽器端差：是指汽轮机低压缸排汽温度与冷却水出口温度之差。 11）高加投入率：是指汽轮机高压加热器运行时间与机组运行时间的比值。 12）给水温度：是指机组高压给水加热器系统出口的温度值（℃）。
13）发电补给水率：是指统计期内汽、水损失水量，锅炉排污量，空冷塔补水量，事故放水（汽）损失量，机、炉启动用水损失量，电厂自用汽（水）量等总计占锅炉实际总蒸发量的比例。 注：以上指标偏离设计值对煤耗的影响见附表 3、综合厂用电率：是指统计期内综合厂用电量与发电量的比值，即： 综合厂用电率=(发电量/综合厂用电量)×100％。综合厂用电量是指统计期内发电量与上网电量的差值，反应有多少电量没有供给电网。 辅机单耗：吸、送风机、制粉系统、给水泵、循环水泵、脱硫等。 4、发电燃油量：是指统计期内用于发电的燃油消耗量。 5、发电综合耗水率：是指发单位发电量所耗用的新鲜水量（不含重复利用水）。在统计耗水量时应扣除非发电耗水量。 6、100MW及以上机组A、B级检修连续运行天数：是指100MW及以上机组经A、B级检修后一次启动成功且连续运行天数，期间任何原因发生停机则中断记录。 7、等效可用系数：等效可用系数是指机组可用小时与等效降出力停运小时的差值与统计期日历小时的比值。 8、机组非计划停运次数：机组非计划停运次数是指机组处于不可用状态且不是计划停运的次数。 二、保证生产指标的措施 1、深入开展能耗诊断，认真落实整改措施，不断提高能耗管理水平。 2、不断深化对标管理，通过运行优化、设备治理、科技创新、节能改造等技术手段，不断提高机组经济运行水平。 3、深化运行优化，加强耗差分析，确定最优经济运行方案，合理调整运行方式； 4、全面推行经济调度，明确各台机组调度顺序，提升机组安全、经济运行水平；
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
浅谈现代电厂自动控制系统的发展 【摘要】本文从分散控制系统的现状和行业需求出发，结合已经成熟的技术，分析预见了先进DCS系统架构的发展方向以及各种已经成熟的技术和标准在DCS中应用。 【关键词】需求；OPC；模糊PID；一体化 目前，火力发电机组仍然是我国发电行业主要支柱，而先进DCS系统正经历着逐步的演化，朝向更集成可靠先进的方向发展，而其发展历程也是自动控制领域，计算机系统和网络系统发展应用的缩影，也呈现了我国发电行业市场化精细化运营的发展历程。 1.DCS产品现状 当前各厂家的DCS基本包括:至少各一台现场控制站、操作员站、工程师站（也可用操作员站兼做工程师站）和一条系统网络，如图1。此外，还可扩充专门功能站、生产管理和信息处理功能的信息网络、及实现现场仪表、执行机构数字化的现场总线网络。控制站是系统中直接与现场进行I/O 数据采样、信息交互、控制运算、逻辑控制的核心单元，完成实时控制功能，并实现各种I/O 接口。 图1 典型的DCS拓扑结构 控制站通过工业以太网与工程师站、操作员站等交换信息，采集控制站信号并通过工业以太网传送到工程师站、操作员站，工程师站、操作员站将系统组态信息通过工业以太网传送到控制站。 2.发电企业的需求 随着我国煤炭价格持续增长，煤电联动响应不足，电价市场化定价机制迟迟不能确定的行业背景下，发电企业对生产现场的控制和把握有了更高要求，生产成本的严格控制要求自动化程度更高，生产岗位减少，生产人员人均控制装机容量增加，这就要求DCS系统的核心单元要有更为先进的控制算法，先进的专家PID算法，模糊PID算法以适应类似于循环流化床锅炉这种更经济锅炉本身的大延迟，变工况的属性。生产决策必须及时就要求生产控制系统、厂级信息系统和协同管理系统一体化。随着国家对智能电网的发展的提倡，要求各大发电站的调峰、二次调频能力更强，AGC投切率更高且能适应先进的实时的潮流计算，并且要求大电站的DCS系统有更为稳定的协调控制方案和调节能力以应对负荷扰动，现如今的电企较之以前，生产设备调整周期更短，要求DCS要组态灵活方便，而且更严格执行IEC61131语言标准，便于升级换代。 3.发展方向
关于火力发电厂电气监控系统的探讨 发表时间：2019-01-23T10:05:58.593Z 来源：《河南电力》2018年16期作者：梁琛 [导读] 随着科学技术的不断发展，推动了我国电力行业的快速进步 梁琛 （山东东电能源工程设计院有限公司 250000） 摘要：随着科学技术的不断发展，推动了我国电力行业的快速进步，电气监控系统被广泛的应用到我国火力发电厂中。发电厂的电气自动化水平越来越高，发电厂的监控系统向更高层次更高水平发展已经非常必要。本文对火力发电厂中的电气监控系统的特点做了简要的介绍。同时根据自身工作经验，指出了传统电气监控系统的不足。随后提出了电气监控管理系统在发电生产中的应用技术做出了研究，希望对今后这一课题的研究具有借鉴作用。 关键词：电气监控系统；电气自动化；火力发电厂；设计 随着我国电力事业的飞速发展，生产自动化水平也日趋提高，对发电厂的电气自动化水平也提出了更高的要求。为了保证火电厂运行阶段各部分都有良好的安全、稳定性，应能认识到自动监控体系的重要性。但在火力类型发电站这种发展趋势下，发电厂在监管方面的难度也在增强，需要使用更加高效的自动监控模式来监管电厂的正常运行，避免电厂运行出现故障。本文对此内容在火力发电厂中的使用进行了一些论述，希望可以对电厂电气自动化水平以及机组运行管理的水平的提高有一些借鉴意义。 1.火力发电厂电气系统的特点 火力发电厂中主要是由电气监控系统ECS和热工自动化系统DCS两个系统组成，它们之间存在着很多的区别。 1.1电气监控系统的精确性要求较高 电气监控系统与热工自动化系统相比较而言，在对象和频率上较低，只要电气系统能够正常运行以后，就会长时间的保持正常运行的状态，不需要工作人员在进行长时间的操作了，只需对其间歇性的查看和操作即可。电气系统对于火力发电厂的要求很精确，这种精确性在变压器以及厂用电源上表现的更为明显。一旦电气监控系统中出现制动延迟的现象，造成的后果和损失都是无法想象的，不可估量的。 1.2电气监控系统的性能高 电气监控系统对于能够自保的设备要求它们的反应要灵敏，可靠性也要满足规定的要求，例如：在电压自动调整装置进行快速励磁程序时，就必须要在极短的时间内完成；厂用电在进行快切装置时，切换所花费的时间不能大于60-80ms；发电机的变压器在进行保护动作时，需要在40s的时间内完成。这也就充分的说明了电气监控系统的工作性能极高。 2.基于现场总线技术的机组电气监控管理系统（（ECMS）常规设计方案 从2000年初期开始，当现场总线技术在变电站取得成熟运行经验后，开始应用于火力发电厂电气控制系统，经过近十年来发展与完善以现场总线技术为基础的电气计算机控制系统已成为当前电厂设计的主流方案。 在国内的火力发电工程中，热控专业大都是采用全厂DCS控制系统，针对DCS系统，电气监控系统常规设计采用如下三种方案：（1）单元机组电气系统采用硬接线与通信相结合的方式进入DCS监控每台机组设置电气监控管理系统（（EC MS），将机组电气系统的发电机变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统纳入该系统进行数据采集及管理，电气系统与控制逻辑有关的信号采用硬接线接入DCS，其他监测信号由ECMS通过通信方式上传给DCS，在DCS操作员站实现对电气系统的监控，电气监控系统另设工程师站，对电气系统设备进行维护管理。 （2）机组电气系统进DCS监控，信号采集采用硬接线，电气监控管理系统在站控层除工程师站外还设置了监视管理站，对电气设备进行监视和管理。 本方案为解决与DCS通信的问题，在控制室设置电气系统监视管理站，这样电气系统的控制在DCS中完成，与此有关的信息全部采用硬接线；而用于电气设备监视管理的信息则全部以通信方式送到电气系统监视管理站，由其实现电气设备的正常运行监视及诸如事故分析、电量统计、保护定值整定等一系列运行管理功能（其他管理及维护功能仍由工程师站完成），监视管理站与DCS间不再需要数据通信传输 （3）电气监控管理系统（（ECMS）设置单独操作员站对电气设备进行监控。 在方案二的基础上，本方案站控层除工程师站外，还设置了独立的电气操作员站，完成整个机组电气系统的监控，并取消ECMS与DCS的通信接口。电气计算机控制系统的操作员工作站与DCS操作员站一起布置于集中控制室，DCS不再为电气系统专设操作员站。 对于发变组，其与DCS的联锁和联系信号采用硬接线，其它电气监控信号经测控装置以通信方式送入电气监控管理系统；对于高、低压厂用电源系统等，所有电气量全部采用现场总线方式接入电气监控管理系统，取消所有硬接线；对机炉电动机，由于与机组热工系统联系紧密且需要在DCS中实现监控，因此与机、炉逻辑有关的信息采用硬接线接入DCS监控，其它电气管理信息则通过现场总线接入ECMS。 方案一是目前国内应用最多的控制方案，该方案是基于电气系统进DCS监控并最大程度保证电气系统正常监控的可靠性而设计的，有着比较成熟的设计及运行经验。但是由于DCS系统结构在设计之初就是按不开放的系统进行考虑的，其对外的通信接口仅仅作为特殊情况下进行少量通信之用，所以当通信信息量较大时，根本无法保证系统的可靠性和实时性；同时由于许多DCS系统对于通信信息只能作画面显示，不能参与逻辑组态，造成了部分电气设备控制逻辑不甚完善。 方案二将DCS监控所需信号采用硬接线接入DCS，另在控制室设置了专供电气设备运行监视及管理用的监视站；应该说模式二仅仅是一个过渡性方案。 方案三除解决与DCS的通信问题外，由于基本取消了电气电源系统的硬接线，使控制系统接线更加简单，能最大程度地节省控制电缆，进一步减小施工、安装、调试、检修和维护工作量；同时由于采集信息量的扩大，使更多的电气管理功能得以实现。该方案目前存在的问题是对ECMS集成商能力要求较高，且因电气操作员站与DCS操作员站的操作平台不同，当电厂采用全员值班员时，对运行人员提出