王南洋 歐陽智

（1．國(guó)能智深控制技術(shù)有限公司，北京 102200；2．北京市電站自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，北京 102200；3．神華國(guó)華印尼爪哇發(fā)電有限責(zé)任公司，雅加達(dá) 40115）

0 引言

APS（Automatic Plant Start-up and Shutdown System）指的是機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)。發(fā)電機(jī)組通過大量的條件和邏輯判斷自動(dòng)啟停工藝過程中的相關(guān)設(shè)備，協(xié)調(diào)機(jī)、爐和電各系統(tǒng)的控制，在極少量人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)地完成整臺(tái)機(jī)組的啟停[1]。

目前，隨著我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)電廠設(shè)備自身的可控性和可用率已經(jīng)大幅提高，APS實(shí)現(xiàn)方式基本均為分層順控結(jié)構(gòu)。由于火電機(jī)組工藝過程復(fù)雜多變，APS在設(shè)計(jì)和實(shí)施方面還存在一些問題，因此燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)APS功能的機(jī)組還為數(shù)不多[2-3]。

1 功能需求分析

APS是機(jī)組在不同狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)全程無人干預(yù)的啟停自動(dòng)控制的過程，控制系統(tǒng)各功能組、功能子組和設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)均要實(shí)現(xiàn)一鍵啟停操作。而目前火電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)配套的設(shè)備無法達(dá)到一鍵啟停的總目標(biāo)，需要根據(jù)一鍵啟停的總目標(biāo)進(jìn)行APS邏輯畫面優(yōu)化設(shè)計(jì)，使APS系統(tǒng)在保障安全的前提下可知、可控，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)、減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度的目標(biāo)[4-6]。

現(xiàn)有APS邏輯畫面的不足主要體現(xiàn)在容錯(cuò)能力不足、智能化程度不高以及人機(jī)界面設(shè)計(jì)不合理等等。APS至少應(yīng)包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行管理等內(nèi)容。針對(duì)APS控制邏輯，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的人機(jī)界面。人機(jī)界面是控制邏輯與運(yùn)行人員間溝通的橋梁，要確保界面內(nèi)容豐富、條理清晰，能向運(yùn)行人員提供詳細(xì)、清晰的信息[7-8]。

2 APS邏輯畫面設(shè)計(jì)

針對(duì)有2個(gè)互為備用設(shè)備的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)APS邏輯時(shí)需要設(shè)計(jì)預(yù)選邏輯和設(shè)備切換試驗(yàn)邏輯，以使APS邏輯的適用性更強(qiáng)。

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的預(yù)選邏輯以及是否進(jìn)行設(shè)備切換試驗(yàn)邏輯，對(duì)APS控制系統(tǒng)的某個(gè)工藝系統(tǒng)的啟動(dòng)邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按照以下順序啟動(dòng)此工藝系統(tǒng)：1）判斷設(shè)備是否進(jìn)行切換試驗(yàn)。默認(rèn)執(zhí)行切換試驗(yàn)。如果不進(jìn)行切換試驗(yàn)，就直接跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第6步，否則執(zhí)行第2步。2）如果執(zhí)行設(shè)備切換試驗(yàn)，就啟動(dòng)非預(yù)選的設(shè)備。3）預(yù)選的設(shè)備投入備用。4）停掉非預(yù)選設(shè)備，這時(shí)由于預(yù)選的設(shè)備投入備用，因此預(yù)選的設(shè)備會(huì)聯(lián)鎖啟動(dòng)。5）非預(yù)選設(shè)備投入備用。6）如果不進(jìn)行設(shè)備切換試驗(yàn)，直接啟動(dòng)預(yù)選的設(shè)備，并提示未進(jìn)行切換試驗(yàn)。此邏輯不僅起到測(cè)試備用邏輯及測(cè)點(diǎn)的效果，對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)的適應(yīng)性也會(huì)更強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種不同工況的系統(tǒng)啟動(dòng)。例如，在某個(gè)工藝系統(tǒng)中2個(gè)設(shè)備互為備用，某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，不能正常啟動(dòng)時(shí)，可以旁路此設(shè)備，直接選擇啟動(dòng)另外一臺(tái)設(shè)備，不進(jìn)行切換試驗(yàn)即可，如此可以提高啟動(dòng)效率，減少等待時(shí)間，適應(yīng)各種工況。這樣的設(shè)計(jì)邏輯可以將APS利用率提高到95%，更加符合機(jī)組自啟停系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)APS系統(tǒng)畫面，如圖1所示。該畫面設(shè)計(jì)是配合邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可以將APS利用率提高到95%。

圖1 互為備用設(shè)備系統(tǒng)啟動(dòng)功能組

3 邏輯畫面應(yīng)用

針對(duì)功能需求分析對(duì)預(yù)選邏輯、畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在APS執(zhí)行前增加了條件掃描和確認(rèn)，以提高系統(tǒng)執(zhí)行過程中的智能化水平，使之不僅能適應(yīng)工藝系統(tǒng)全過程啟停，還能根據(jù)工藝系統(tǒng)、設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，通過自動(dòng)識(shí)別選擇合適的功能組或功能子組步序執(zhí)行，在確保工藝系統(tǒng)啟動(dòng)安全、合理的基礎(chǔ)上，節(jié)省啟動(dòng)時(shí)間。該文以某機(jī)組送風(fēng)機(jī)A潤(rùn)滑油系統(tǒng)啟動(dòng)為例，介紹優(yōu)化后邏輯所對(duì)應(yīng)的APS畫面。

送風(fēng)機(jī)A潤(rùn)滑油系統(tǒng)啟動(dòng)允許條件為油箱油位不低，無功能子組完成條件。

送風(fēng)機(jī)A潤(rùn)滑油系統(tǒng)啟動(dòng)步驟如下：1）判斷是否進(jìn)行切換試驗(yàn)。默認(rèn)執(zhí)行切換試驗(yàn)，如果不進(jìn)行切換試驗(yàn)，就直接跳轉(zhuǎn)到第6步執(zhí)行，否則執(zhí)行第2步。2）如果執(zhí)行設(shè)備切換試驗(yàn)，啟動(dòng)非預(yù)選油泵。3）預(yù)選油泵投備用。4）停止非預(yù)選油泵，預(yù)選油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。5）非預(yù)選油泵投備用。6）如果不進(jìn)行油泵切換試驗(yàn)，直接啟動(dòng)預(yù)選的油泵，并提示未進(jìn)行切換試驗(yàn)。

完成條件：1）一臺(tái)油泵啟動(dòng)，另外一臺(tái)油泵投入備用，或掛起或啟動(dòng)條件不滿足。2）泵出口母管壓力滿足。

送風(fēng)機(jī)A潤(rùn)滑油系統(tǒng)啟動(dòng)的預(yù)選邏輯如圖2所示。1）算法塊1為單脈沖器算法。該算法開關(guān)量輸入（DIN）由0變?yōu)?時(shí)，輸出（OUT）一個(gè)單脈沖信號(hào)。脈沖期間輸入的跳變對(duì)輸出無影響。輸出脈沖寬度值可以連接一個(gè)外部模擬量（TARG）。如果無連接，則使用設(shè)定的靜態(tài)參數(shù)值。脈沖寬度的單位為s。當(dāng)輸入信號(hào)由0變?yōu)?時(shí)，算法變量ACT開始計(jì)時(shí)。當(dāng)ACT≥脈沖寬度時(shí)，脈沖結(jié)束，ACT的值不再變化。2）算法塊2為開關(guān)量邏輯或算法。該算法從第一個(gè)輸入開始按順序檢查所有已連接的輸入的數(shù)值和品質(zhì)，當(dāng)所有連接的輸入點(diǎn)都為0時(shí)輸出為0，如果遇到等于1的輸入，不再檢查后面的輸入，輸出等于1。3）算法塊3為開關(guān)量邏輯與算法。該算法從第1個(gè)輸入開始按順序檢查所有已連接的輸入的數(shù)值和品質(zhì)，當(dāng)所有連接的輸入點(diǎn)都為1時(shí)輸出為1，如果遇到等于0的輸入，不再檢查后面的輸入，輸出等于0。4）算法塊4為RS觸發(fā)器算法。該算法的開關(guān)量輸入分別為置位端（S）和復(fù)位端（R），它們的數(shù)值決定了輸出端（1）和反相輸出端（0）。反相輸出端始終是輸出端的邏輯非。5）算法塊5為邏輯非算法。該算法輸入為開關(guān)量。輸入為1時(shí)，輸出為0；輸入為0時(shí)，輸出為1。6）算法塊6為軟鍵盤算法。該算法沒有輸入連接，有4個(gè)開關(guān)量輸出PK1～PK4。當(dāng)接收到操作員站發(fā)送的命令PK1～PK4時(shí)，會(huì)在相應(yīng)的輸出端輸出一個(gè)單脈沖。

圖2 A送風(fēng)機(jī)油泵預(yù)選邏輯

分析圖2可知，APS投入后，A設(shè)備的油站或輔助系統(tǒng)自動(dòng)默認(rèn)預(yù)選泵為A泵，B泵默認(rèn)為備選泵，但是允許運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行手動(dòng)預(yù)選。A送風(fēng)機(jī)B油泵掛起或故障時(shí)，B油泵已經(jīng)運(yùn)行且A油泵、B油泵均未有掛起或故障時(shí)以及運(yùn)行人員手動(dòng)選擇A油泵為預(yù)選泵時(shí)，均會(huì)把A油泵作為預(yù)選泵。A送風(fēng)機(jī)A油泵掛起或故障時(shí)，A油泵已經(jīng)運(yùn)行且A油泵、B油泵均未有掛起或故障時(shí)以及運(yùn)行人員手動(dòng)選擇B油泵為預(yù)選泵時(shí)，均會(huì)把B油泵作為預(yù)選泵。

是否進(jìn)行切換試驗(yàn)如圖3所示。圖3中的算法塊用法可參考圖2。分析圖3可知，如果設(shè)備均沒有問題，APS投入后，默認(rèn)為進(jìn)行切換試驗(yàn)，允許運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。A送風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油泵A、B有任何一個(gè)油泵處于掛起狀態(tài)或有故障狀態(tài)，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)判斷為不進(jìn)行切換試驗(yàn)。

圖3 A送風(fēng)機(jī)油泵切換試驗(yàn)預(yù)選邏輯

下面分幾種情況對(duì)此邏輯和畫面進(jìn)行分析：1）對(duì)于油站A泵故障或掛起，B泵未運(yùn)行的情況，APS子組檢查B泵，直接將其選為預(yù)選泵，A泵無法選擇為預(yù)選泵。不允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，選擇按鈕切不到允許進(jìn)行切換試驗(yàn)。畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，不進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，跳過第1步～第5步，直接執(zhí)行第6步。2）對(duì)于油站B泵故障或掛起，A泵未運(yùn)行的情況，APS子組檢查A泵，直接將其選為預(yù)選泵，B泵無法選擇為預(yù)選泵。不允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，選擇按鈕切不到允許進(jìn)行切換試驗(yàn)。畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，不進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，跳過第1步～第5步，直接執(zhí)行第6步。3）對(duì)于油站A泵故障或掛起，B泵運(yùn)行的情況，APS子組檢查B泵，直接將其默認(rèn)為預(yù)選泵，A泵無法選擇為預(yù)選泵。不允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，選擇按鈕切不到允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，不進(jìn)行切換試驗(yàn)。但由于完成條件已經(jīng)滿足，因此此功能組直接顯示完成狀態(tài)，不會(huì)重復(fù)執(zhí)行此功能組，節(jié)省啟動(dòng)時(shí)間。4）對(duì)于油站B泵故障或掛起，A泵運(yùn)行的情況，APS子組檢查A泵，直接將其默認(rèn)為預(yù)選泵，B泵無法選擇為預(yù)選泵。不允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，選擇按鈕切不到允許進(jìn)行切換試驗(yàn)，畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，不進(jìn)行切換試驗(yàn)。但由于完成條件已經(jīng)滿足，因此此功能組直接顯示完成狀態(tài)，不會(huì)重復(fù)執(zhí)行此功能組，節(jié)省啟動(dòng)時(shí)間。5）對(duì)于油泵A、油泵B正常，都未運(yùn)行的情況，選A為預(yù)選泵，子組啟動(dòng)運(yùn)行正常。畫面按鈕顯示預(yù)選A泵，進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，會(huì)從第1步執(zhí)行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執(zhí)行完畢。6）對(duì)于油泵A、油泵B正常，都未運(yùn)行的情況，選B為預(yù)選泵，子組啟動(dòng)運(yùn)行正常。畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，會(huì)從第1步執(zhí)行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執(zhí)行完畢。7）對(duì)于油泵A、油泵B正常，A運(yùn)行的情況，直接默認(rèn)B為預(yù)選泵，A泵無法選擇為預(yù)選泵。畫面按鈕顯示預(yù)選B泵，進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，會(huì)從第1步執(zhí)行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執(zhí)行完畢。8）對(duì)于油泵A、油泵B正常，B運(yùn)行的情況，直接默認(rèn)A為預(yù)選泵，B泵無法選擇為預(yù)選泵。畫面按鈕顯示預(yù)選A泵，進(jìn)行切換試驗(yàn)。啟動(dòng)功能組時(shí)，會(huì)從第1步執(zhí)行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執(zhí)行完畢。

根據(jù)以上說明，結(jié)合送風(fēng)機(jī)A油站系統(tǒng)功能子組畫面，具體如圖4所示。

4 總結(jié)

該文的APS邏輯畫面設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)．將APS在電廠生產(chǎn)過程中的利用率提高到了95%。進(jìn)行優(yōu)化后的APS預(yù)選邏輯及畫面，提高了程序控制智能化，增強(qiáng)了APS控制系統(tǒng)容錯(cuò)能力，控制策略及畫面設(shè)計(jì)較為完善，能夠滿足火電機(jī)組生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用的要求。