控制系统逻辑图分析

重庆电力高等专科学校

控制系统逻辑图分析报告

专业：工业热工控制技术

班级：热控0812班

学号：31号

姓名：王海光

指导教师：向贤兵、曾蓉

重庆电力高等专科学校动力工程系

二〇一一年五月

重庆电力高等专科学校《课程设计》任务书

课程名称：控制系统逻辑图分析

教研室：控制工程指导教师：曾蓉向贤兵

说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送实践部一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

目录

0.前言 (1)

1.火电厂协调控制系统分析 (1)

1.1协调控制系统的任务 (1)

1.2对象的动态特性 (1)

1.3控制原理逻辑图分析 (3)

2.火电厂汽包炉给水控制系统分析 (7)

2.1给水控制系统的任务 (7)

2.2对象的动态特性 (7)

2.3控制系统原理逻辑图分析 (10)

3.火电厂汽温控制系统分析 (11)

3.1 气温系统的任务 (11)

3.2 对象的动态特性 (11)

3.3 控制原理逻辑图分析 (13)

4. FSSS控制逻辑图分析 (14)

参考文献 (17)

0.前言

广安发电厂机组简介：

广安发电厂设计规划总容量为240万千瓦，一期工程两台30千瓦燃煤机组分别于1999年10月28日和2000年2月7日建成投产。两台机组均采用美国贝利公司北京分公司研发的计算机集散OV A TION控制系统，自动化程度居国内同类型机组领先水平。公司坚持以效益为中心，以市场为导向，两个文明同步发展，取得显著成效。先后荣获"四川省文明单位"、"四川省园林式单位"、"四川省社会治安综合治理模范单位"等光荣称号。其环抱设施工程质量经国家环保总局、中国环境检测总站等检查验收，均为优良，各项环保指标均符合国家规定标准。

1.火电厂协调控制系统分析

1.1协调控制系统的任务

1.1.1接受电网中心调度所的负荷自动调度指令ADS、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号△f，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。

1.1.2协调锅炉、汽轮机发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。

1.1.3协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、气温等控制系统）的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。

1.1.4协调外部负荷请求与主、辅设备实际能力的关系。在机组主、辅设备能力受到限制的异常情况下，能根据实际情况，限制或强迫改变机组负荷。

1.1.5具有多种可供运行人员选择的控制系统与运行方式。协调控制系统必须满足机组各种工况运行方式的要求，提供可供运行人员选择或联锁自动切换的相应控制方式，具有在各种工况（正常运行、启动、低负荷或局部故障）条件下，都能投入自动的适应能力。

1.1.6 消除各种工况扰动的影响，稳定机组运行。协调控制系统能消除机组运行中各种内、外扰动的影响。通过闭环系统输入端引入的扰动，如燃料扰动，称为内部扰动，通过开环系统的其他环节影响到系统输出的扰动，如负荷扰动，称为外部扰动。

1.2对象的动态特性

单元机组负荷控制有下列四种方式：

1.2.1基本控制方式

在某些特殊条件下，机炉主控制器全部解除自动控制，转为手动控制，主控指令由操作员手动改变，各自维持各子系统的运行参数稳定，而不参与机组输出功率和汽压的自动控制，负荷自动控制系统相当于被切除，这种方式称为基本控制方式（或手动方式）。

1.2.2锅炉跟随方式

（1）机炉控制分工：锅炉自动控制主汽压力，汽轮机手动控制机组负荷。

（2）特点：在扰动初期能较快适应负荷，但汽压变动较大。

（3）适用情况：①当单元机组中的锅炉设备正常运行，机组的输出功率受到汽轮机限制时；②承担变动负荷的机组，锅炉蓄热能力较大时。 1.2.3汽轮机跟随方式

（1）机炉控制分工：锅炉手动控制主汽压力，汽轮机自动控制机组负荷。

（2）特点：主汽压力变化小，这对锅炉运行的稳定有利。但机组输出功率响应有较大的滞后。

（3）适用情况：①承担基本负荷的单元机组；②当新机组刚投入运行，经验还不足时，采用这种方式可使机组运行比较稳定；③当单元机组中汽轮机运行正常、机组输出功率受到锅炉限制时。 1.2.4机炉协调方式

图1-3机炉协调方式原理图

（1）机炉控制分工：锅炉与汽轮机的调节控制器同时接受机组功率偏差与压力偏差信号。 （2）特点：锅炉蓄热的合理利用与及时补偿的协调方式，使单元机组实际输出功率既能迅速响应给定功率的变化，又能保持主汽压的相对稳定

（3）适用情况：当单元机组正常运行需要参加电网调频时，应采用机炉联合的协调控制方式。

1.2.5协调控制系统控制系统

（1）机组负荷管理控制中心又称机组负荷指令处理装置，

其主要作用是用来协调机组内、

图1-2 锅炉跟随方式原理图

外矛盾。

（2）机炉主控器协调的是汽机与锅炉的内部矛盾。

（3）负荷管理控制中心和机炉主控制器是机组的协调级，是机组负荷控制系统的核心，决定着机组变负荷的数量和变化速度，故直接将其称为协调控制系统。

图1-4 单元机组负荷控制系统的组成框图

1.3控制原理逻辑图分析（图6 3 2,6 3 3） 1.3.1锅炉主控（CCBF ）

在锅炉跟随方式的基础上，再将汽压偏差通过函数器引入汽轮机主控制器，就形成了以锅炉跟随为基础的协调控制方式。(图 6 3 2)

当锅炉主控BM M/A006-00203站处于自动时，用切换器006-00203可以选择机组协调方式下的控制输出CCSPID 输出或者BFPID 控制输出作为锅炉主控指令BMOUT, 去控制锅炉的燃料量、送风量和给水量，实现锅炉侧的负荷控制。锅炉主控在手动方式时，运行人员可设定锅炉主控输出，当机组发生RB 时，锅炉主控跟踪RB 目标值。

将测量的第一压力级压力进入除法器006-00225和乘法器006-00224进行运算后。则可得到汽机所需要的能量，即Ps=P1*PTS/PT ，汽轮机所需要的能量=锅炉提供的能量。则通过此运算可以通过计算汽轮机所需要的能量，提前让锅炉主控做出响应，这属于前馈调节，可以快速及时的做出响应。

将三个压力传感器所测量的压力信号通过006-00236中值选择器选出中间值以便减小测量误差。

运行员ADS 电网频差

单元机组

基础控制级

协调控制级

锅炉汽轮机、发电机

负荷控制系统

子控制系统

图1-5 锅炉主控逻辑图

1.3.1.1锅炉跟随方式

当系统处于锅炉跟随方式时，逻辑信号BF BMOUT为1，选择器006-00203选择“N”，加法器006-00230输出形成炉跟机方式下锅炉的自动控制信BF BMOUT号。

当锅炉主控自动时，选择器006-00205选择“Y”。当汽轮机侧负荷发生扰动时，汽轮机能量需求前馈信号首先动作，及时改变锅炉主控输出，调节锅炉燃烧率和给水流量，以减少机、炉能量的不平衡。

当系统不在锅炉跟随方式时，BF BMOUT为0，选择器006-00203选择“Y”，通过加法器006-02479与加法器006-00230之和，输入切换器006-00205的信号等于锅炉主控输出。

1.3.1.2协调控制方式

在协调控制方式下，锅炉主控与汽机主控互相配合。共同完成功率控制和主汽压力控制任务。这里尤功率偏差006-00228与压力偏差006-00230进行调节，压力设定值与负荷指令的前馈调节，以及跟踪切换等环节。

它是由机组负荷指令和主汽压力设定值的前馈调节与机组负荷和主汽压力的反馈调节组

成的。当机组负荷指令增加时，机组负荷指令和主汽压力设定值（滑压方式）都上升，前馈

调节信号增加首先起作用，使锅炉主控指令增加，去调整燃烧率和给水量，以适应机组功率

增加的需要；同时，机组负荷指令上升形成功率偏差,汽轮机主控开大调节汽门形成压力偏差,

都通过比例积分调节运算使反馈调节指令，功率偏差较小时，f2(x)切除了功率偏差信号，PID

调节器的输入端只有压力偏差信号，以实现压力无差调节。

在锅炉跟随方式的基础上，再将汽压偏差通过函数器引入汽轮机主控制器，就形成了以

锅炉跟随为基础的协调控制方式

1.3.1.3负荷返回（RB）

负荷返回时针对由于辅机故障减负荷或甩负荷，其主要作用是：根据主要辅机的切投状

况，计算出机组的最大可能出力值。其实际负荷指令大于最大可能出力值，则发生负荷返回，

将实际负荷指令降至最大可能出力值，同时规定机组的负荷返回速率。

负荷返回回路具有两个主要功能：计算机组的最大可能出力值和规定机组的负荷返回速

率。

1.3.2汽机主控和主汽压力设定值

在汽轮机跟随方式的基础上，再将机组功率偏差信号引入汽轮机主控制器，就形成以汽轮机跟随为基础的协调控制方式。（图 6 3 3 ）

1.汽轮机主控是由汽轮机跟随下的汽轮机主控指令Pt2的形成回路，协调方式下的汽轮机

主控指令Pt1的形成回路，以及手/自动切换006-00279与跟回路等组成的。

（1）汽轮机主控跟踪与手/自动切换

当DEH未遥控时，跟踪逻辑TS为真，汽轮机主控指令pT跟踪DEH负荷定值。当DEH

投遥控时，汽轮机主控可以进入手动或自动。

下列情况下，汽轮机主控强制手动：a. DEH就地控制；b.汽轮机主汽压力信号故障；c.DEH

负荷参考值信号故障；d.汽轮机高压旁路开启。

（2）汽轮机跟随方式

当机组处于汽机跟随方式时，切换器006-00279选择“N”，006-02477选择N，。汽轮机

主控的输出是对主汽压力偏差进行PID运算的结果。当主汽压力升高。压力偏差大于0时，

PT2、PT增加，调节汽门开大，使主汽压力下降到给定值。

（3）汽轮机主控协调控制方式

当机炉同时投入自动时，机组处于协调控制方式。此时切换器T1、T2均选择S2，汽轮

机主控制指令由三部分组成。

①机组实际负荷p0的前馈调节。

②负荷指令与实际负荷指令的偏差经处理后作用于PID调节器。

③压力偏差的PID调节器作作用。

1.3.3主汽压力给定值的形成( 图 6 3 3 )

图1-6主蒸汽压力给定值形成

滑压运行压力给定值是根据实际负荷指令由函数器f（x）006-00319给出。为了提高滑压运行条件下响应速度，f（x）006-00319的输出与汽轮机GV开度校正信号叠加得到滑压运行压力给定值。当机组在锅炉跟随或协调控制方式，且投入滑压运行时，或门006-00313输出为“1”，切换器006-00309、006-00310、006-00324，选择N经压力变化率限制后形成主汽压力给定值。当机组运行在BF或TF方式时，或门H1输出“0”，006-00324选择N，主汽压力定值由运行人员设定，再经压力变化率限制器处理后形成主汽压力给定值，压力上限为24.2Mpa，下限为8.4Mpa。当机炉全自动是，或门006-00313输出“1”，006-00324选择Y，006-00310选择Y，主汽压力给定值跟踪实际主汽压力。

1.3.4协调控制方式（COORD）

综合型协调控制方式能够实现“双向”的协调，即任一调节量的动作都要同时考虑两个被调量的要求，协调操作加以控制。相应地，任一被调量的偏差都是通过机、炉两侧的两个调节量协调动作来消除的。

滑压和定压运行

单元机组有定压运行和滑压运行两种方式。目前大型单元机组多采用滑压运行。滑压运行是建立在机组负荷协调控制之上的一种运行方

图1-7 滑压与定压运行

注意：超临界锅炉与汽包锅炉相比，由于其蓄热能力小，且允许压力波动的幅度较 大，更宜于采用滑压运行

2.火电厂汽包炉给水控制系统分析

2.1给水控制系统的任务

使给水量与锅炉的蒸发量相适应，并维持汽包水位在规定的范围内。 2.2给水控制系统的被控对象的动态特性

2.2.1汽包锅炉给水系统结构示意图

给水控制对象的动态特性是指汽包水位的变化与引起水位变化的各种因素之间的动态关系。

图2-1汽包锅炉给水系统结构示意图

2.2.2给水控制系统的被控量、控制手段和主要扰动

图2-2 给水控制系统的被控量、控制手段和主要扰动

（3）.给水控制对象的动态特性

（1）给水流量扰动下水位的动态特性

特征：有惯性、无自平衡能力。

（2）蒸汽流量扰动下水位的动态特性

图2-3 汽包水位控制示意图

“虚假水位”现象：当负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但水位不仅不下降，反而迅速上升；反之，当负荷减少时，水位反而先下降，这种现象常称为“虚假水位”。

特征：有惯性、无自平衡能力。

一、单冲量给水控制系统

该系统符合单回路反馈控制系统的基本结构形式。被控量为汽包水位，控制手段为调整给水旁路阀开度。

优点：结构简单、运行可靠，适用于水容量大、飞升速度小、带基本负荷的小容量机组。

缺点：抗内扰（给水侧）和外扰（蒸汽侧）的能力较差，对虚假水位无识别能力，系统的动态控制品质较低。

（3）串级三冲量给水控制系统系统结构

图2-4串级三冲量给水控制系统系统结构

三冲量：水位、给水流量和主蒸汽流量

串级：主副控制器相互串联构成内外两个回路。给水反馈内回路的设计提高了系统抗内扰能力。主蒸汽流量前馈信号的设计，一是提高系统抗外扰的能力，二是克服虚假水位可能造成的反向控制现象，明显提高了控制系统的动态控制品质。特点：系统结构较复杂，但各控制器的任务比较单纯，且该系统不要求稳态时给水流量与蒸汽流量测量信号严格相等，并可保证稳态时汽包水位无静态偏差

（4）、前馈—反馈控制系统

（a）前馈控制

前馈控制是根据扰动的大小和方向产生相应的控制作用

特点：①前馈控制系统是直接根据扰动进行控制的，因此可及时消除扰动对被控量的影响，减小被控量的动态偏差，而且不像反馈控制系统那样根据被控量的偏差反复控制，因此前馈控制系统的控制过程时间ts较小。②前馈控制系统为开环控制系统，不存在系统的稳定性问题。但是，由于系统中不存在被控量的反馈信号，因而控制过程结束后不易得到静态偏差的具体数值。③前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测的扰动。④前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被控量完全不变。

（b）反馈控制

反馈控制是根据被控量偏差大小和方向产生相应的控制作用。

前馈控制与反馈控制的主要区别：

控制的依据不同；

控制的效果不同；

系统的结构不同；

实现的经济性和可能性不同。

（c）前馈—反馈控制

在前馈—反馈控制系统中，前馈装置的控制规律不仅与对象控制通道和干扰通道的传递函数有关，还与前馈控制器的输出进入反馈控制系统的位置有关。

前馈—反馈控制系统可按前馈系统和反馈系统分别整定原则进行系统整定。整定反馈控制系统时，只考虑闭合回路具有适当的稳定性，不考虑前馈控制部分；整定前馈控制系统时，不考虑反馈控制所引起的稳定性问题，按完全补偿原则来整定前馈控制系统。

（d）给水控制系统

共由4个子系统构成：

单冲量旁路阀开度控制子系统；单冲量电动给水泵转速控制子系统；单级三冲量电动给水泵转速控制子系统；串级三冲量汽动给水泵转速控制子系统。

在机组负荷所处不同阶段，则分别由不同的子系统担负给水控制任务，子系统之间的切换和跟踪问题由专门的逻辑运算回路通过跟踪模块、限幅模块和切换模块配合完成。

图2-4给水控制系统

2.3控制系统原理逻辑图分析（图10 3 3）

该系统是一个单冲量和三冲量配合应用的给水全程控制系统。010-00169和010-00077控制器所在回路为单冲量控制回路，010-00061和010-00062控制器在回路为串级三冲量控制回路。给水全程控制系统中，包含着多种给水控制方式，这些控制方式是根据机组不同的运行负荷，通过连锁逻辑及其切换器010-00065、010-00023来选取。

图2-5 控制系统原理逻辑图分析

各个负荷阶段的给水控制方式如下表所示:

3.火电厂汽温控制系统分析

3.1气温控制系统的任务

3.1.1过热汽温控制系统的任务是维持过热汽温在允许的范围内波动。

3.1.2再热蒸汽温度控制的任务是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内。

3.1.3汽温控制系统的品质指标（负荷范围70％～100％）

表2-1 各个负荷阶段的给水控制方式

3.2汽温控制系统的被控对象的动态特性

3.2.1过热汽温控制对象特性

(1)减温水流量扰动下汽温的动态特性

特征：对象导前区和对象控制通道的动态特性都有惯性，且是有自平衡能力的对象。导前区的惯性较小，而控制通道的惯性较大

（2）蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性

特征：有惯性、有自平衡能力的特性，且迟延时间较小（相对于减温水量扰动）。

（3）烟气侧扰动时汽温的动态特性

特征：有惯性、有自平衡能力的特性，惯性也较小。

图3-1 过热汽温控制对象特性

3.2.2再热汽温控制对象特性

烟气挡板控制

特征：有迟延、有惯性和有自平

3.2.3气温控制系统

（1）摆动喷燃器角度

特征：有迟延、有惯性和有自平衡能力。

（2）事故喷水

事故喷水减温对象特性与过热蒸汽喷水减温特性相似

图3-2事故喷水减温对象

3.3控制原理逻辑图分析（图6 3 52）

图3-3控制原理逻辑图

该系统属于串级控制系统，其中006-01186PID为主控制器它接受来自TE0212和TE0213经均值选择器传来的过热后的蒸汽实际温度与给定值相比较经过运算在与来自空气流量、主蒸汽流量、燃烧器倾角的信号（如下图所示）做加法运算，传递到006-01192副控制器，与该副控制器接收的来自TE0210A和TE0211A 测得的经喷水减温后的蒸汽温度，运算后将信号送往调节机构调节喷水减温阀门的开度。

输出的信号要和出口变送器006-01240反馈信号在加法器066-01215，在用偏差监视器进行监视，主要目的是看阀门是否动作，是否损坏。

给系统同样属于串级控制系统。006-01110控制器为主控制器，而006-01141控制器为副控制器。其原理与过热蒸汽温度控制相同。

机组负荷管理控制中心又称机组负荷指令处理装置，其主要作用是用来协调机组内、外矛盾。

机炉主控器协调的是汽机与锅炉的内部矛盾。

负荷管理控制中心和机炉主控制器是机组的协调级，是机组负荷控制系统的核心，决定

着机组变负荷的数量和变化速度，故直接将其称为协调控制系统。

4. FSSS控制逻辑图分析

4.1负荷管理中心（LDC）

（1）主要功能：接受外部的负荷需求指令，根据机组主辅机运行情况，将其处理成与机、炉当前运行状态相适应的机组实际负荷指令负荷。

（2）在正常工况时，按“需要”控制，实际指令跟踪（就等于）目标指令。

（3）在异常工况（能力受限制）时，按“可能”控制，目标指令跟踪实发功率，或者跟踪实际指令。

4.2对图纸6-3-1负荷指令输出分析：

图4-1 FSSS控制逻辑图

4.2.1目标负荷给定值的形成

当AGC发出的指令错误时“与”门006-00081和006-00082输出“0”，切换器006-00083和0006-00084选择“N”，目标负荷给定值LDCSP由运行人员通过手动操作站006-00096设定，此时当“与”门006-00082输出“0”。

当机组不在协调方式时，与门006-00081输出“1”，目标负荷指令LDCSP跟踪机组输出功率SELGENMW。

频差校正信号的形成，汽轮机转速DEHSPEED与给定值3000转形成一个偏差信号记入

加和器006-00127，再通过函数f（x）运算，然后输入加和器006-00098与AGC负荷指令进行频差校正求偏差。

上限/下限值信号操作员通过006-00135、006-00123设定给定最小值和最大值。当负荷指令比最大值大，通过006-00083切换器保持当前负荷，实现最大负荷限制，当负荷指令比最小值小，通过006-00084切换器保持当前负荷，实现最小负荷限制。

4.2.2实际负荷指令的形成

接受从控制站来的LDCRATE通过切换开关006-00129选择通过开会增益加强传送；在通过切换开关006-00128能否通过，若通过判断能够通过则走Y线路与给定值做差比较通过PID控制器006-00118运算，若没有通过判断则走N线路通过006-00130手动设置，因为都是来自给定值所以就无负荷指令输出；在通过切换开关006-00119的判断是否出现故障，若出现故障则切换的Y手动设置负荷指令，若正常则继续向下传送；到切换开关006-00116时，通过判定选择切换路径，若判断为1则通过切换开关输出负荷指令，若为0则通过LDCAUTO 选择输出负荷指令。

4.3闭锁增(BI)

图4-2闭锁增(BI)

4.3.1负荷BI：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令，且二者偏差大于允许值。

4.3.2主蒸汽压力BI：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允许值。

4.3.3给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给水指令，且二者偏差大于允许值。

4.3.4送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值。

4.3.5引风机BI：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值。

4.4闭锁减BD

图4-3闭锁减BD

4.4.1负荷BD：机组负荷指令达到运行人员手动设定的最小负荷限制值；或机组输出电功率大于机组实际负荷指令，且二者偏差大于允许值。

4.4.2主蒸汽压力BD:在锅炉跟随方式下，机组主蒸汽压力大于给定值，且二者偏差大于允许值。

4.4.3给水泵BD;给水泵输出指令达到高限，或给水量大于给水指令，且二者偏差大于给水值。

4.4.4送风机BD：送风机指令达到低限，或风量大于风量指令，且二者偏差大于允许值。4.4.5引风机BD：引风机输出指令达到低限，或炉膛压力低于给定值，且二者偏差大于允许值。

4.5负荷迫降(RD)

图4-4负荷迫降RD

4.5.1给水迫降：给水泵输出指令达到高限（给水泵工作在最大极限状态），同时给水量小于

给水令，且二者偏差大于允许值。

4.5.2送风机RD：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最大极限状态），同时风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值。

4.5.3引风机RD：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值。

参考文献：

热工控制系统边立秀

热工保护与顺序控制曾蓉

计算机控制系统高伟

火电厂模拟量控制系统运行与维护向贤兵

OVATION的PDF说明

广安330MW控制系统CAD参考图纸若干