低压旁路压力控制系统组态设计.docx
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低压旁路压力控制系统组态设计
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
低压旁路压力控制系统组态设计
系别班级
学生姓名学号
指导教师职称
起止日期：
2010年月日起——至2010年月日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：
#1机组低压旁路控制系统
系别班级
学生姓名学号
指导教师职称
课程设计进行地点：
教室、实验室、机房
任务下达时间：
年月日
起止日期：
2010年月日起——至2010年月日止
教研室主任年月日批准
1.课程设计目的：
（1）.了解计算机控制系统在火电厂应用的基本概况；
（2）.了解模拟量控制系统在火电厂中的作用，掌握其常用控制方法；
（3）.掌握基于DCS实现的该系统控制方案组态设计；
（4）.运用《计算机控制系统》课程学过的知识，分析火电厂DCS系统控制过程；
2.课程设计条件与资料：
（1）.参照INFI-90实验室配置，了解所设计系统硬件要求；
（2）.利用Wintools工具绘制组态图；
（3）.图纸参照铁岭电厂#4、防城港#1机组CCS系统图；
3.课程设计内容与要求：
课程设计的成品是课程设计说明书。
说明书的主要内容根据所选题目撰写，相关控制系统设计主要应包括以下内容：
（1）.说明所设计控制系统在火电厂中的作用；
（2）.介绍该控制系统典型控制方案，设计出该自动控制系统方框图；
（3）.画出该自动控制系统组态图；
（4）.详细说明组态图中使用的功能码的作用、参数含义；
（5）.分析说明该系统的控制过程。
4.时间进度安排：
设计时间总计10天，其中：
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
1天
查阅资料、整理素材
2
4天
控制系统方案设计
形成电子档
3
3天
控制系统组态图绘制
形成电子档
4
1天
答辩
5
1天
撰写课程设计说明书
成品
5.设计说明书撰写内容、格式、字数的要求
（1）.课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
（2）.应撰写的内容为：
中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。
课程设计说明书的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。
应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
（3）.说明书按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4）.课程设计说明书装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
6.参考文献：
[1]边立秀等热工控制系统中国电力出版社2002，1
[2]王常力集散控制系统选型与应用清华大学出版社1996
[3]高伟计算机控制系统中国电力出版社2004.4
[4]吴季兰汽轮机设备及系统中国电力出版社2004.9
[5]牛玉广等计算机控制系统在火电厂中的应用中国电力出版社2003
[6]荣銮恩燃煤锅炉机组中国电力出版社2005.1
[7]王锦标计算机控制系统清华大学出版社2004.3
[8]铁岭电厂#4机组DCS组态图、热控CCS系统SAMA图
[9]元宝山发电厂#2机组DCS组态图、热控CCS系统SAMA图
[10]INFI-90分散控制系统培训手册（1——3）
沈阳工程学院
计算机控制系统课程设计成绩评定表
系（部）：
班级：
学生姓名：
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
摘要
随着科学技术的飞速发展，人民生活水平日益提高，在电量供不应求的整体形式下，本文介绍了一种经济、实用的火力发电厂低压旁路控制系统，在火力发电厂中实现热力过程的自动化后更具有重要意义。
近年来，网络技术的飞速发展使得其在电厂得到了广泛的应用，一个典型的例子是DCS（分散控制系统）利用网络信息控制技术成功地实现了系统各个控制站点的数据交换并应用到火电厂旁路控制系统中，火电厂自动控制设备必将随着不可抗拒的潮流加速进人信息网络时代，火电厂乃至电力系统和电力企业集团将形成生产过程自动化和管理现代化的信息控制网络。
专家们经过几年的研究，提出了全厂信息网络的结构方案，当然，只是作为一个初步的设计方案，本次设计方案根据防城港电厂#1机组A侧低旁控制系统的实际情况做适当的调整和进一步细化。
关键字：
低旁控制，DCS，
目录
课程设计任务书I
计算机控制系统课程设计成绩评定表IV
摘要V
1概述1
1.1旁路控制系统简介1
1.2旁路控制系统功能及分类2
2防城港电厂#1机组低旁控制系统设计4
2.1低压旁路控制系统的原理4
2.2低压旁路控制系统的压力控制特性4
2.3低压旁路温度调节回路5
3防城港电厂#1机组低旁控制过程分析7
3.1低压旁路温度控制分析7
3.2低压旁路压力控制7
3.3主要功能码8
总结11
致谢12
附录13
参考文献16
1概述
1.1旁路控制系统简介
汽轮机旁路系统是现代单元机组热力系统的一个组成部分。
它的功能是，当锅炉和汽轮机的运行情况不相匹配时，即锅炉产生的蒸汽量大于汽轮机所需要的蒸汽量时，多余部分可以不进入汽轮机而经过旁路减温减压后直接引入凝汽器。
此外，有的旁路还承担着将锅炉的主蒸汽经减温减压后直接引入再热器的任务，以保护再热器的安全。
旁路系统的这些功能在机组启动、降负荷或甩负荷时是十分需要的。
当机组冷态启动时，在汽轮机冲转、升速或开始带负荷时锅炉产生的蒸汽量要比汽轮机需要的蒸汽量大，此时旁路系统可作为启动排汽用。
这样，锅炉可以独立地建立与汽轮机相适应的汽温和汽压，保证二者良好的综合启动，从而缩短了机组的启动时间，也延长了汽轮机的使用寿命。
与向空排气相比及回收了工质，又消除了噪音污染。
在机组迅速降负荷时，要求汽轮机迅速关小主汽门，而同时锅炉只可能缓慢的降负荷，即锅炉跟不上要求，此时旁路系统起着减压阀的作用。
这种情况下，旁路系统的存在使锅炉能独立与汽轮机而继续运行。
降负荷幅度越大，越迅速，越显示其优越性。
对于甩负荷事故情况，旁路系统能使锅炉保持在允许的蒸发量下运行，把多余的蒸汽引往凝汽器。
让运行人员有时间去判断甩负荷的原因，并决定锅炉负荷是应进一步下降还是继续保持下去，以便汽轮发电机组很快重新并网。
可见，旁路系统十分有利于单元机组的启动，也使机组运行具有很好的适应性，保证了启、停工况时的正常工作，并能在负荷急剧变动时起重要的保护作用。
关于旁路系统的成本，由于它具有减少机组的启动损失、缩短启动时间、汽轮机能在低应力下启动以及投运方便等益处而能很快回收。
常用的汽轮机旁路有高压旁路（亦称I级旁路）、低压旁路（亦称Ⅱ级旁路）和I级大旁路。
高压旁路可使多余蒸汽不进入汽轮机高压缸而直接进入再热器，蒸汽的压力和温度通过减温减压装置使蒸汽参数降至再热器人口处的蒸汽参数。
低压旁路可使再热器出来的蒸汽部分进入或不进入汽轮机的中低压缸而直接进入凝汽器，通过减压减温装置将再热器出口蒸汽参数降至凝汽器的相应参数。
I级大旁路是把过热器出来的多余蒸汽经减压减温后直接排入凝汽器，即把整台汽轮机全部旁路掉。
无论是哪一种旁路，一般都是由减温减压阀、减温水调节阀、管道及控制装置所组成。
选用何种旁路，主要取决于锅炉的结构布置，再热器的材料以及对机组的运行要求（既是带基本负荷还是担任调峰）。
原则上讲，如果再热器布置在烟气高温区，在锅炉点火及甩负荷情况下必须通汽冷却时，宜采用高、低压旁路串联的双级旁路系统；或者用高压旁路与I级大旁路并联的双级旁路系统；如果再热器布置在烟气低温区域或允许在一定的时间内干烧而不要求通汽冷却，则可采用I工级大旁路的单级旁路系统，以简化操作与维护，节约投资。
总之，上述3种旁路可根据需要，任意组合。
常用的高、低压串联双级旁路系统如下图所示。
图1.1旁路原理图
旁路系统容量的选择，一般是根据机组的调峰能力、环保噪声要求以及对介质的回收要求来决定。
机组调峰幅度越大，环保噪声要求和介质回收要求越高，旁路容量也要求越大。
但是，旁路容量选择越大，相应设备投资和运行维修费用也越高，故应合理配置。
在国内，旁路容量一般选择30％一40％的额定蒸发量。
有些发达国家选用较大的容量，有的甚至达到100％的额定蒸发量，用不着再向空排汽，还可节省掉锅炉安全阀。
1.2旁路控制系统功能及分类
汽轮机旁路控制系统是指与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。
大型再热凝气式机组旁路系统一般分为两级，及高压旁路和低压旁路。
为了配合锅炉和汽轮机的特定的运行规律，旁路系统一般具有以下功能：
（1）在机组启动时，通过旁路将不符合参数要求的蒸汽排入凝汽器，尽快地使锅炉出口蒸汽温度与汽轮机冲转是要求的温度相匹配，从而缩短机组启动过程所花费的时间，减少启动期间的工资损失。
（2）在汽轮机跳闸、锅炉带最低稳燃符合运行或机组启动冲转前，由旁路系统为再热器提供一通流回路，使再热器得到足够的冷却，避免干烧，从而保护再热器。
（3）锅炉气压过高时，减少对空排气，避免锅炉超压并回收工质。
（4）配合汽轮机实现中压缸启动和带负荷，减少转子在启动过程中的热应力。
（5）在机组冲转前、冲转过程中、并网初带负荷时，实现主气压力和凝汽器压力调节，为汽机HIP、IP启动创造必要的条件。
（6）在发电机甩负荷时，维持汽轮机空载运行或带厂用电运行，通过旁路将多余蒸汽排入凝汽器，维持锅炉在最低负荷下稳定运行，以便外界故障消失后能及时带上负荷。
（7）在汽轮机跳闸后，将锅炉产生的多余蒸汽导入凝汽器，锅炉维持在最低负荷下稳定运行，以便汽轮机重新快速启动，实现停机不停炉的运行方式。
旁路控制系统的任务就是实现上述功能时，能有效的控制主蒸汽压力、高压旁路出口蒸汽和低压旁路出口蒸汽压力和温度。
为了适合旁路系统的功能要求，旁路控制系统应该有两个方面的功能:
首先是在正常情况下（如机组启动）下的自动调节功能，按固定值或可变值调节旁路系统的蒸汽温度和压力；其次是异常情况（甩负荷）下的自动保护功能，这时要求快速启动旁路阀门，维持入口压力，同时又要将旁路阀门后的蒸汽温度和压力控制在安全范围以内。
旁路控制系统主要有高压旁路控制系统，低压旁路控制系统，三级旁路控制系统组成。
2防城港电厂#1机组低旁控制系统设计
2.1低压旁路控制系统的原理
低压旁路控制系统原理简图如图2.1所示。
它由再热器出口压力控制系统、喷水减温控制系统和喷水隔离阀控制系统三部分组成。
再热器出口压力控制系统又包括压力定值形成，压力控制器和阀位控制器三部分。
低压旁路一般由两条相同容量的旁路管组成，所以控制系统也由两套完全相同的相同组成。
其中压力阀、喷水阀和喷水隔离阀都有两个，两路控制原理完全一样。
图2.1低压旁路控制相同原理简图
再热器出口压力控制系统的作用是通过调节低压旁路减压阀LP-BP的开度维持再热器出口压力等于给定值。
它由压力定值形成、压力控制器和阀位控制器三部分组成。
再热器压力的设定值应随负荷变化而变化，所以采用了与负荷成正比关系的调节级压力P1作为压力给定值的构成基础，测量值来自于再热器出口。
压力控制器SCO-D1IC将压力测量值与压力定值进行比较，其偏差经运算处理后，输出阀位指令，该指令经阀位控制器比例放大，通过液压相同调节阀门开度，使其等于要求值。
2.2低压旁路控制系统的压力控制特性
低压旁路的压力控制特性如图2.2所示。
图2.2低压旁路的压力控制特性
（1）在启动和低负荷阶段，压力设定值为最小值Pmin，Pmin可以由运行人员设定，以维持一定的蒸汽流量通过再热器。
（2）机组升负荷阶段，低压旁路以“滑压方式”运行。
这期间再热器出口压力设定值是变动的，它与机组负荷成正比，并且压力设定值略高于再热器实际压力，目的是保证低压旁路阀LP-BP保持在关闭状态。
再热器出口压力设定值由高压缸调节级压力P1的测量值乘上一个系数后得到。
此系数由100%负荷时再热器出口压力设计值和高压缸调节级压力设计值的比值KR来确定。
2.3低压旁路温度调节回路
图2.3低压旁路温度调节回路原理
低压旁路温度调节是利用冷却器中的喷水来控制减压阀的蒸汽温度，然后进入凝汽器。
当低压旁路阀LP-BP阀门开度Ys>2%时，温度控制器就投入“自动”方式
因为进入凝汽器的是饱和蒸汽或湿蒸汽，常规的测温方法不能代表蒸汽所具有的热量，所以无法用测量温度的方法实现温度闭环控制。
如图2.3所示，图中喷水调节器即低压旁路温度调节器为传统的PI调节器，被调量是低压旁路喷水流量，设定值是根据焓值计算出来的喷水设定值。
低压旁路喷水设定值Fws由乘法器计算得出，测量值即低压旁路实际喷水量Fw，由低压旁路喷水阀的开度和低压旁路喷水阀的前后差压计算出来的，作为实际喷水量。
低压旁路喷水隔离阀与低旁减压阀连锁开关：
当低压旁路压力阀LP-BP开度>2%时，低压旁路喷水阀LP-BPE自动切至自动方式运行，低压旁路喷水隔离阀LP-BD自动打开；当低压旁路压力阀LP-BP开度<2%时，低压旁路喷水隔离阀LP-BD自动关闭。
3防城港电厂#1机组低旁控制过程分析
3.1低压旁路温度控制分析
3.1.1自动控制过程分析
正常工作情况下旁路启动，系统进行自动的调节，测量再热器出口的低旁A的温度给到APID的的S1（即输入测量值），而输入给定值由站MFC/P的3261地址给出来首先进行速率限制，然后与一个手动设定常数进行一次大值比较选择输出给到APID的S2（即输入给定值）在APID内进行运算比较之后输出一个调节信号通过3558块地址输出再与一个手动设定常数通过大值选择器进行比较输出之后到站MFC/P得S3进行输出控制再通过3260块地址输出低旁A减温站控制输出指令，从而达到对温度的控制
3.1.2手动控制过程分析
当系统出现低旁A出温故障，低旁A出温调节故障，低旁A减温站输出故障，低旁A减温水调阀故障和手动设定开关以及出现主燃料跳闸（MFT）是经过一个逻辑或门，因此当出现上述任意一种情况是输出一个“1”信号给S18，而S18得主要功能是将自动切换到手动，当出现这几种情况就表示自动控制的系统无法达到正确调节，此时，当S18为1时，直接手动设定外部常数来进行调节，此时旁路不再起作用。
而当出现MFT（主燃料跳闸）或低旁A减压阀全关，需要通过外部手动设定惊醒调节是，经过一个逻辑或门把信号给到S5，S5的功能为控制输出跟踪开关，当S5为1时，跟踪手动调节阀的开度，控制3260输出控制指令，从而直接输出控制信号
3.2低压旁路压力控制
3.2.1自动控制过程分析
正常工作情况下旁路启动，系统进行自动的调节，测量再热器出口的再热器蒸汽压力选择信号给到APID的的S1（即输入测量值），而输入给定值由站MFC/P的3261地址给出来首先进行速率限制，然后与一个手动设定常数进行一次大值比较选择输出给到APID的S2（即输入给定值），在APID内进行运算比较之后输出一个调节信号，通过3481块地址输出给到块9进行选择后给到求和块15，进行比较输出之后到站MFC/P得S3进行输出控制再通过3508块地址输出低旁A减温站控制输出指令，从而达到对温度的控制
3.2.2手动控制过程分析
当系统出现低旁A减压阀故障，再热蒸汽压力信号故障，低旁A减压阀输出故障，低旁A减温水调阀故障和手动设定开关以及出现低旁A故障经过一个逻辑或门，因此当出现上述任意一种情况是输出一个“1”信号给S18，而S18得主要功能是将自动切换到手动，当出现这几种情况就表示自动控制的系统无法达到正确调节，此时，当S18为1时，直接手动设定外部常数来进行调节，此时旁路不再起作用。
而当出现MFT（主燃料跳闸）或低旁A减压阀全关，需要通过外部手动设定惊醒调节是，经过一个逻辑或门把信号给到S5，S5的功能为控制输出跟踪开关，当S5为1时，跟踪手动调节阀的开度，控制3508输出控制指令，从而直接输出控制信号
3.3主要功能码
（1）APID增强型PID控制器功能码完成PID控制器的功能。
这个功能块具有位置或速度型控制限制算法，它还提供一个防复位终止功能。
表3.1APID控制器功能码规格参数
规格号
可调性
隐含值
数据类型
范围
说明
S1
NO
5
INT
（2）
0~9998
过程变量的块地址
S2
NO
5
INT
（2）
0~9998
设定点块地址
S3
NO
5
INT
（2）
0~9998
TR的块地址
S4
NO
0
INT
（2）
0~9998
跟踪标志的块地址0=跟踪
1=释放
S5
NO
5
INT
（2）
0~9998
外部或手动复位块地址
S6
NO
5
INT
（2）
0~9998
前馈信号的块地址
S7
NO
5
INT
（2）
0~9998
备用实块输入
S8
NO
0
INT
（2）
0~9998
备用布尔输入
S9
NO
0
INT
（2）
0~9998
增加禁块地址0=正常
1=禁止
S10
NO
0
INT
（2）
0~9998
减少禁块地址0=正常
1=禁止
S11
YES
1.0
REAL（3）
FULL
K
S12
YES
1.0
REAL（3）
FULL
KP
S13
YES
0.0
REAL（3）
FULL
积分或手动复位时间常数KI（分）
S14
YES
0.0
REAL（3）
FULL
微分作用KD（分）
S15
YES
10.0
REAL（3）
FULL
微分偏置常数KA（典型=10）
S16
YES
105.0
REAL（3）
FULL
输出高限
S17
YES
-5.0
REAL（3）
FULL
输出低限
S18
NO
0
INT
（1）
0-3
算法类型0=古典
1=没相互作用
2=带外部复位的古典
3=平动复位
S19
NO
0
INT
（1）
0-1
类型0=快速饱和恢复
1=通常位置
S20
YES
0
INT
（1）
0-1
0=正常
1=公积分作用设定点改变
S21
YES
0
INT
（1）
0-1
0=反作用，1=正作用
S22
YES
0.0
REAL（3）
FULL
备用实参数
S23
YES
0
INT
（2）
FULL
备用整数参数
（2）说明：
这项功能提供一个人工调整的输出，这个输出可用作其他块的输入，及这个功能块产生一个可调的模拟输出且带有工程单位。
表3.2手动设定常数功能码规格参数
符号
输出
块号
数据类型
说明
N
N
REAL
用户选择的常数
规格
规格号
可调性
缺省值
数据类型
数据范围
说明
S1
YES
0.000
REAL
（2）/（3）
FULL
工程单位的输出值
（3）模拟控制站说明：
该功能码用于模拟控制站接口主模件，它提供基本站，串级站，比例站功能。
表3.3模拟控制器功能码规格参数
符号
输出
块号
数据类型
说明
N
REAL
控制输出
N+1
REAL
设定点
N+2
N
N+1
SP
O
A
TRPV
Pv
Sp
A
TR
TS
MI
AD
S30
S28
S18
S5
S4
S3
S2
S1
N+2
REAL
自动方式标志0=手动；1=自动
规格
规格号
可调性
缺省值
数据类型
数据范围
说明
S1
NO
0
INT
（2）
0—2046
过程变量
（PV）的块地址
S2
NO
5
INT
（2）
0—2046
设定点
（SP）跟踪信号的块地址
S3
NO
0
INT
（2）
0—2046
自动信号的块地址
S4
NO
5
INT
（2）
0—2046
控制输出跟踪信号（TR）的地址
S5
NO
0
INT
（2）
0—2046
控制输出跟踪开关（TS）的地址
0=不跟踪，
1=跟踪
S18
NO
0
INT
（2）
0—2046
切换到手动信号
的块地址
0=不切换
1=切换到手动且保持
S28
NO
0
INT
（2）
0—2046
同这个站有关的模拟块地址
S30
NO
0
INT
（2）
0—2046
具有设定点
跟踪S1输入
（PV）的开关的
块地址
00=不跟踪；
1=跟踪
总结
时光飞逝，转眼之间为期两周的课程设计就这样结束了，这一周里我们都是在紧张的气氛中度过的。
但是这一周的计算机控制系统课程设计过程中，让我学到了许多知识。
对于计算机这门课，也有了更进一步的认识。
可以这么说，我在本次计算机控制系统的课程设计中真是受益匪浅。
我们组的设计题目是低旁控制系统，通过查找资料以及与组员的共同讨论，使我们确定了本次设计的思路。
在以后的几天里，我与我们组的成员对程序进行了设计与调试，到最后完成了我们的设计题目。
总的来说，本次课程设计锻炼了我们的动手能力，同时也丰富了我们的知识，更加证明了我们的集体合作力。
这次的设计可说是有“苦”也有“甜”：
”苦”的是按我们的设计思路设计程序时,出现错误,虽然后来改正过来了,但也使我大感头疼。
”甜”的是,设计过程中不仅锻炼了我们的能力而且丰富了我们的技能.。
本次的设计可以说是困难从从，老师对我们的要求很高。
要求编出完整的程序，而且能完成其相应的功能，报告也要求内容丰富、工整。
在这次设计中，我们班共分为11个小组，每组设计一个题目，三，四个人一组，当然我们组选择的是低旁控制系统，两周的时间一晃即到,在设计的过程中我们遇到
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