梁海娟

（山東濱海能源有限公司，濰坊 262737）

順序控制系統(tǒng)（Sequence Control System，SCS）是分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）的一部分。操作人員可以在控制室內(nèi)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱電廠(chǎng)中的有關(guān)設(shè)備進(jìn)行一系列操作，如鍋爐的燃油系統(tǒng)，只要條符合件，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)完成鍋爐燃燒系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的一系列操作。順序控制系統(tǒng)能監(jiān)視和控制機(jī)組鍋爐所有設(shè)備的保護(hù)和連鎖，如鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)中一臺(tái)風(fēng)機(jī)及其相關(guān)設(shè)備的保護(hù)和連鎖。順序控制系統(tǒng)可以使一系列的設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)、停止，減少操作人員的工作量和數(shù)量。在未投入順序控制狀態(tài)的情況下，各設(shè)備可以單獨(dú)通過(guò)DCS進(jìn)行操作。

對(duì)每一個(gè)順序控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每臺(tái)設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、啟動(dòng)條件、操作順序都應(yīng)顯示在系統(tǒng)畫(huà)面上，方便工作人員掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)一般是紅色為開(kāi)到位或運(yùn)行狀態(tài)，綠色為關(guān)到位或停止?fàn)顟B(tài)，黃色為故障或報(bào)警狀態(tài)。此外，DCS操作人員可以對(duì)設(shè)備開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)顏色進(jìn)行設(shè)置。

DCS專(zhuān)工登錄系統(tǒng)后可以在操作員站對(duì)順序組態(tài)進(jìn)行修改或跳步。在順序控制過(guò)程中如果出現(xiàn)條件不符合的情況（如狀態(tài)信號(hào)未到位），順序控制會(huì)中斷。待條件符合后，順序控制自動(dòng)向下進(jìn)行。系統(tǒng)設(shè)備在未投入順控狀態(tài)時(shí)，操作人員可以對(duì)每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作。SCS應(yīng)通過(guò)聯(lián)鎖、聯(lián)跳和保護(hù)跳閘功能來(lái)保證被控對(duì)象的安全。SCS系統(tǒng)中的執(zhí)行級(jí)應(yīng)使用可獨(dú)立于邏輯控制處理單元的二進(jìn)制控制模件[1]。

SCS控制邏輯應(yīng)由DCS的多功能控制器實(shí)現(xiàn)，并保證控制的響應(yīng)速度。根據(jù)控制要求定義回路時(shí)間，一般要求回路時(shí)間不大于500 ms。對(duì)具有聯(lián)鎖保護(hù)要求快速響應(yīng)的回路，回路時(shí)間要求不大于50 ms?？刂葡到y(tǒng)組態(tài)應(yīng)不影響機(jī)械設(shè)備的冗余度，并不降低總利用率。對(duì)有冗余的機(jī)械設(shè)備，控制系統(tǒng)應(yīng)考慮由不同的控制器執(zhí)行，若其中一個(gè)控制器發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致所有冗余設(shè)備失效。

1 SCS基本形式和設(shè)計(jì)原則

1.1 驅(qū)動(dòng)控制接口

驅(qū)動(dòng)控制接口可以由標(biāo)準(zhǔn)控制接口卡的形式或以標(biāo)準(zhǔn)控制算法（如STARSTOP、OPENCLOS算法）的形式提供。驅(qū)動(dòng)控制接口為指令發(fā)出設(shè)備和電廠(chǎng)動(dòng)力開(kāi)關(guān)設(shè)備之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，驅(qū)動(dòng)控制接口擔(dān)負(fù)指令處理和驅(qū)動(dòng)裝置狀態(tài)的監(jiān)視功能。驅(qū)動(dòng)控制接口的監(jiān)視功能可監(jiān)視執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)，包括監(jiān)視不對(duì)位故障[2]。

驅(qū)動(dòng)控制接口應(yīng)滿(mǎn)足下列條件。第一，驅(qū)動(dòng)控制接口既可接收控制室的手動(dòng)指令，也可接收順序控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的自動(dòng)指令，還可接收保護(hù)指令。保護(hù)指令擁有最高的優(yōu)先等級(jí)，手動(dòng)指令的優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)指令。第二，閥門(mén)和擋板的終端位置信號(hào)應(yīng)來(lái)自開(kāi)位置和關(guān)位置的動(dòng)合型終端開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的接通、斷開(kāi)反饋信號(hào)應(yīng)取自動(dòng)力開(kāi)關(guān)的動(dòng)合型接點(diǎn)[3]。第三，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)事故跳閘報(bào)警顯示。當(dāng)發(fā)出的指令未被執(zhí)行時(shí)，一定時(shí)間后會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并顯示在畫(huà)面上（一般為黃色）。狀態(tài)監(jiān)視應(yīng)能在液晶顯示屏上顯示狀態(tài)信息。第四，送至動(dòng)力開(kāi)關(guān)電氣回路的控制指令要在DCS內(nèi)轉(zhuǎn)換為該回路接口的形式。

1.2 元件控制

元件控制是一對(duì)一的操作，即一個(gè)起/停操作對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置[4]。

1.3 子組控制

子組控制也叫設(shè)備控制，是一種以一個(gè)設(shè)備為主包括其輔助設(shè)備和關(guān)聯(lián)設(shè)備在內(nèi)的設(shè)備。例如，一個(gè)風(fēng)機(jī)及其油泵、進(jìn)出口擋板等，一個(gè)操作指令發(fā)出后，按實(shí)際運(yùn)行條件依次自動(dòng)操作輔助設(shè)備和主設(shè)備[5]。子組控制迭加于驅(qū)動(dòng)控制接口之上。

子組控制的邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足下列要求。第一，能從控制室人工啟動(dòng)和停止程序。程序也須能由上級(jí)功能組控制所啟動(dòng)。子組控制的程序啟動(dòng)后，子組所有的驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)自動(dòng)和相繼啟動(dòng)或停止，以滿(mǎn)足過(guò)程需要。第二，子組控制的每一現(xiàn)行步序須在液晶顯示屏上顯示，使工作人員知道順序控制的執(zhí)行進(jìn)度和順序控制是否正常?？刂扑栊盘?hào)的狀態(tài)（斷開(kāi)或順序步邏輯）須在液晶顯示屏上顯示。在子組控制程序中，每一個(gè)步序需要達(dá)到的條件必須是從設(shè)備上傳來(lái)的反饋信號(hào)。第三，提供從控制室繞過(guò)過(guò)程條件核對(duì)人工指令使程序向前一步（跳步）的功能。

1.4 局部子組自動(dòng)控制

局部子組自動(dòng)控制是使用局部自啟動(dòng)控制，如在故障條件下備用設(shè)備自啟動(dòng)。風(fēng)機(jī)子組中備用油泵自啟動(dòng)控制是局部子組自動(dòng)控制的例子。當(dāng)功能組或子組控制切除時(shí)，尚須運(yùn)行的局部子組自動(dòng)控制的功能應(yīng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

1.5 自動(dòng)備用設(shè)備控制

這種控制是局部子組自動(dòng)控制對(duì)兩個(gè)或多個(gè)并列運(yùn)行的設(shè)備實(shí)施的自動(dòng)控制。每一個(gè)設(shè)備可作為另外設(shè)備的備用，但是也能夠并列運(yùn)行。

自動(dòng)備用設(shè)備控制應(yīng)滿(mǎn)足兩方面要求。一方面，設(shè)備自動(dòng)備用連鎖投入時(shí)，若一個(gè)正在運(yùn)行的設(shè)備出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行，另一臺(tái)設(shè)備需自動(dòng)運(yùn)行起來(lái)。當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行的設(shè)備不能滿(mǎn)足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)（如水壓低于限值），系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)備并列運(yùn)行，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。另一方面，自動(dòng)備用設(shè)備控制應(yīng)可通過(guò)人工或功能組控制指令選擇備用設(shè)備處于備用狀態(tài)或退出備用狀態(tài)。備用設(shè)備自動(dòng)起動(dòng)時(shí)應(yīng)有“正在運(yùn)行”信號(hào)顯示。

1.6 功能組控制

功能組控制是一種以一個(gè)工藝流程為主的包括有關(guān)設(shè)備在內(nèi)的自動(dòng)順序控制。功能組控制的特點(diǎn)和實(shí)施原則是把在工藝流程上有相互聯(lián)系并具有連續(xù)不斷的順序性控制特征的設(shè)備集作為一個(gè)整體來(lái)控制。功能組控制包括較多的元件或子組。

在工藝過(guò)程需要的基礎(chǔ)上，編制熱電廠(chǎng)過(guò)程區(qū)域和所包含的功能組設(shè)備。功能組控制設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則[6]。第一，功能組控制系統(tǒng)包括啟動(dòng)和停止。功能組控制程序可以在主控制室由操作人員人工指令啟動(dòng)。編制“步對(duì)步”式程序時(shí)，如果執(zhí)行步內(nèi)的任何指令遭到拒絕引起事故，應(yīng)使操作人員有富余的時(shí)間采取必要的措施。第二，當(dāng)在自動(dòng)控制過(guò)程中出現(xiàn)可能導(dǎo)致奮不顧身狀態(tài)的限制因素時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)返回到出現(xiàn)限制因素前的狀態(tài)或穩(wěn)定的安全狀態(tài)。在步進(jìn)式控制中，基本的保護(hù)措施是在排除限制因素前停止程序。第三，功能組控制應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)特點(diǎn)和需要設(shè)置斷點(diǎn)。在程序序列的斷點(diǎn)處，可由人工決定程序是否執(zhí)行，也可選擇自動(dòng)繼續(xù)執(zhí)行下面的程序步。斷點(diǎn)應(yīng)設(shè)在能穩(wěn)定運(yùn)行的斷點(diǎn)上。第四，程序啟動(dòng)后，程序的第一步和以后的每一步都必須自動(dòng)檢查和執(zhí)行這一步所需的所有輸入條件（一次判據(jù)），如果不具備條件，需向操作人員發(fā)出關(guān)停信號(hào)。第五，功能組控制應(yīng)保證動(dòng)作具有最大的獨(dú)立性，在某組范圍的故障不應(yīng)影響另外組的工作。功能組在自動(dòng)工況時(shí)，可由操作人員決定執(zhí)行程序的全部或一部分。在任意一步上中斷程序，略去某些操作步。在故障排除后，功能組恢復(fù)自動(dòng)工況時(shí)可以重復(fù)啟動(dòng)程序，同時(shí)檢查執(zhí)行步的條件并越過(guò)故障發(fā)出前的各步。第六，功能組應(yīng)具有下列工況：信息工況使用于由操作人員用直接單個(gè)操作電氣驅(qū)動(dòng)裝置的方法執(zhí)行程序；半自動(dòng)或步進(jìn)工況是按操作人員選定的步執(zhí)行程序，當(dāng)輸入信號(hào)源故障或異常以及需要越過(guò)某些步時(shí)，操作人員可以用步進(jìn)工況執(zhí)行程序；自動(dòng)工況是在無(wú)操作人員干預(yù)的情況下完成功能組的自動(dòng)控制程序。第七，功能組的啟動(dòng)/停止，工況選擇均應(yīng)能在DCS操作人員站的液晶顯示屏/鍵盤(pán)上進(jìn)行。在液晶顯示屏上應(yīng)顯示功能組控制的有關(guān)信息，包括執(zhí)行步次、執(zhí)行情況和每一個(gè)步序需要的條件是否達(dá)到。

2 設(shè)備及系統(tǒng)保護(hù)和閉鎖功能

設(shè)備保護(hù)和閉鎖功能保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的安全，可預(yù)防故障事故的發(fā)生。在熱電廠(chǎng)中，鍋爐、汽機(jī)的各系統(tǒng)輔機(jī)的控制系統(tǒng)中都存在設(shè)備保護(hù)和閉鎖。

輔機(jī)設(shè)備保護(hù)和閉鎖的設(shè)計(jì)按下列原則進(jìn)行。第一，閉鎖的主要作用是防止和減少控制作用產(chǎn)生的不安全因素，即防止不安全的程序或操作被執(zhí)行。在驅(qū)動(dòng)控制接口級(jí)、子組控制級(jí)、功能組控制級(jí)均應(yīng)根據(jù)運(yùn)行要求設(shè)置閉鎖，如作為許可條件引入工藝閉鎖[7]。第二，安全保護(hù)是當(dāng)危及人身安全或設(shè)備安全的異常情況出現(xiàn)時(shí)，自動(dòng)切除設(shè)備或自動(dòng)投入設(shè)備。工藝保護(hù)應(yīng)在驅(qū)動(dòng)控制接口級(jí)引入，直接作用于跳閘驅(qū)動(dòng)裝置或自動(dòng)起動(dòng)設(shè)備。相對(duì)于手動(dòng)指令和自動(dòng)指令，保護(hù)信號(hào)具有最高的優(yōu)先等級(jí)。第三，保護(hù)跳閘指令對(duì)控制對(duì)象的作用是硬性的，也就是說(shuō)指令可以一直保持到設(shè)備完全停止和斷開(kāi)，或者得到人工確認(rèn)為止。保護(hù)和閉鎖能從控制室人工切除，且必須是經(jīng)常有效的。所有保護(hù)功能的執(zhí)行不取決于其他控制系統(tǒng)。第四，如果一個(gè)模擬量變送器已為監(jiān)視儀表、開(kāi)環(huán)或閉環(huán)所用，則這個(gè)變送器不再作為保護(hù)信號(hào)的發(fā)生器。此時(shí)，對(duì)每一個(gè)保護(hù)信號(hào)需要使用一個(gè)二進(jìn)制變送器，如過(guò)程驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)。如果變送器是冗余的（雙重或三重）并使用比較器監(jiān)視測(cè)量值或摻和“中值計(jì)算”，保護(hù)信號(hào)可以經(jīng)極限值監(jiān)視器從模擬量信號(hào)取出。第五，從報(bào)警邏輯來(lái)的斷開(kāi)和接通保護(hù)指令，可用于報(bào)警信號(hào)設(shè)備、DCS或其他系統(tǒng)，但必須提供去耦以保證回路不受干擾。一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的保護(hù)和閉鎖邏輯應(yīng)有單獨(dú)的保險(xiǎn)保護(hù)。冗余的驅(qū)動(dòng)裝置的保護(hù)邏輯出口不能共用一個(gè)保險(xiǎn)來(lái)保護(hù)。用于保護(hù)的接點(diǎn)（過(guò)程驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)或其他開(kāi)關(guān)接點(diǎn)）應(yīng)是動(dòng)合型的，以免信號(hào)源失電或回路斷線(xiàn)時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作，對(duì)采用斷電跳閘的重要保護(hù)除外。第六，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的電氣保護(hù)（過(guò)電流、接地、低電壓等）信號(hào)直接作用于電氣驅(qū)動(dòng)裝置（斷路器）跳閘，不經(jīng)DCS。但是，電氣保護(hù)動(dòng)作應(yīng)送信號(hào)到DCS，告知電氣保護(hù)動(dòng)作。輔機(jī)的工藝保護(hù)邏輯由DCS處理，一般不再設(shè)置硬接線(xiàn)的后備保護(hù)。重要的保護(hù)信號(hào)采用“3取2”或“2取1”的信號(hào)處理邏輯。DCS對(duì)用于保護(hù)的接點(diǎn)輸入回路應(yīng)有斷路診斷功能。

3 SCS的操作與監(jiān)視

3.1 一般要求

控制功能應(yīng)能從DCS操作員站的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行監(jiān)視和操作。未投入順序控制時(shí)，每一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備都可以單獨(dú)進(jìn)行操作。投入順序控制時(shí)，操作員能從操作員站計(jì)算機(jī)上看到SCS系統(tǒng)所必須的信息。

3.2 硬接線(xiàn)后備操作

下列情況應(yīng)考慮硬接線(xiàn)后備操作：重要設(shè)備（安全門(mén)、危急放水門(mén)、手動(dòng)MFT等）設(shè)置直接跳閘按鈕；安全保護(hù)要求投入工作的設(shè)備，設(shè)后備操作（起/?；蜷_(kāi)/閉）；為維持現(xiàn)實(shí)運(yùn)行工況而必須投入工作的設(shè)備。

3.3 具體功能

熱電廠(chǎng)中，順序控制系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于鍋爐給水系統(tǒng)、鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)、鍋爐吹掃系統(tǒng)、汽機(jī)高加系統(tǒng)、汽機(jī)油系統(tǒng)、除氧器系統(tǒng)以及減溫減壓器等系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著控制思想的進(jìn)步和自動(dòng)化程度的提高，各種控制系統(tǒng)的使用逐漸普及，設(shè)計(jì)也會(huì)更加先進(jìn)。但是，無(wú)論采用哪種控制系統(tǒng)，都必須結(jié)合熱電廠(chǎng)實(shí)際情況，遵循設(shè)計(jì)原則，以保證汽機(jī)、鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為熱電廠(chǎng)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。