APS技術在10000MW機組DCS中技術問題的探討

【摘要】機組自啟停控制系統(tǒng)（APS）是熱工自動化技術發(fā)展中應用最為廣泛的方法之一。本文主要以10000MW超臨界機組風煙系統(tǒng)為例，介紹了APS系統(tǒng)在機組改造中的應用，以及探討了APS系統(tǒng)的組成和APS系統(tǒng)的控制策略設計，并重點探討了APS技術在10000MW機組DCS改造中的技術問題。

【關鍵詞】機組自啟停控制系統(tǒng)；控制策略設計；功能組設計；閉合控制回路接口設計

作為保證鍋爐燃燒安全順利進行的基本系統(tǒng)，風煙系統(tǒng)在這其中發(fā)揮著極其關鍵的作用。在鍋爐燃燒過程中，風煙系統(tǒng)起到的基本作用包括：為鍋爐提供適度的風量；促進爐內(nèi)燃料的充分燃燒；保證爐膛負壓在規(guī)定的安全范圍內(nèi)；將燃燒后經(jīng)處理過的廢氣拍向大氣。除此之外，伴隨著DCS控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)在火電機組中的應用也變得日益嫻熟。雖然有DCD控制系統(tǒng)可以在一定程度上提高工作效率，但如何進一步在現(xiàn)有經(jīng)濟和科技條件基礎上，提高運行經(jīng)濟性。增強電力企業(yè)的市場競爭能力，一直是電力企業(yè)發(fā)展的方向和需要不斷改進的方面。機組自動啟停控制系統(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shutdown System，簡稱APS）成為目前可以提高自動化水平較為有效的方法而受到電力等企業(yè)的高度重視。

APS系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化的控制機組的啟動和停止，其在實際應用中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可以增強機組開啟和停止的準確性和規(guī)范性，并且可以減輕工作人員的工作強度，提高工作效率。本文主要以10000MW超臨界機組風煙系統(tǒng)為例，介紹了APS系統(tǒng)在機組改造中的應用，以及探討了APS系統(tǒng)的組成和APS系統(tǒng)的控制策略設計，并重點探討了APS技術在10000MW機組DCS改造中的技術問題。

一、APS系統(tǒng)的構成

（一）APS系統(tǒng)的硬件配置 由于APS系統(tǒng)的工作涉及到很多儀器設備的開啟和停止的自動控制，但僅為了能使APS系統(tǒng)在實際工作中發(fā)揮作用，設計一個單獨的控制器是不現(xiàn)實的。為了解決這個問題，同時又能夠降低經(jīng)濟成本，通常將APS控制功能分散在順序控制系統(tǒng)中，這樣做的主要目的是既可以確保APS的安全運行，也可以為APS所有功能正常穩(wěn)定運行提供良好環(huán)境。

（二）APS系統(tǒng)軟件結構 采用分級控制可以有效的提高設計、組態(tài)和調(diào)試的工作效率，而且其在實際的應用中還具有較強的靈活性，有利于設備運行后期的管理和維護工作。因此，在實際的功能設計中，在APS系統(tǒng)中通常采用分級控制結構。首先，利用設備級控制實現(xiàn)獨立的設備開啟和停止階段；其次，通過功能組級聯(lián)系設備完成單個系統(tǒng)的開啟和停止；最后，通過機組級協(xié)調(diào)功能組級，獨立組級設備和控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)對整個機組的開啟和停止的自動化控制。

二、控制策略設計

（一）順序控制設計 根據(jù)風煙系統(tǒng)在實際運行中的狀態(tài)，在順序控制功能的設計中通常采用分級控制結構。通過采用分級控制系統(tǒng)，操作人員可以簡單的對某一臺引風機電機或閥門等，分別完成設備級的控制，進而實現(xiàn)設備的獨立性操控。首先，設備級；作為順序控制的執(zhí)行層，同樣也是組成順序控制的基礎元素。其功能是對具體設備進行有效控制，同時在信號接收完成后對設備進行保護。其次，單元級；構成單元級的主要包括輔機設備和與之相應的其他設備，例如閥門等。通常依據(jù)實際情況來設計單元級，按照特定的工藝流程順序逐漸實現(xiàn)設備的開啟和停止等控制。再次，功能組級；作為整個風煙系統(tǒng)的最高控制層，在整個系統(tǒng)中起著全面監(jiān)管的作用，并且可以根據(jù)風煙組實際運行中開啟和關閉過程中的不同需要，向風煙系統(tǒng)的每一個子系統(tǒng)發(fā)出控制命令，并及時做出適當調(diào)整，以確保風煙系統(tǒng)正常運行。

（二）功能組通用設計 首先，按照事先設定好的操作順序逐漸實現(xiàn)設備的開啟和停止的控制。每一個步驟的控制命令可以同時發(fā)送給一個或多個設備，在操作全部完成后，通常會出現(xiàn)兩種情況：一是相應狀態(tài)反饋滿足該步完成要求，繼續(xù)進行下一步；二是在該步驟在上步完成時就已完成，則直接跳轉到下一步。其次，功能組在啟動方式上可以分為兩種：自動觸發(fā)和手動執(zhí)行。這兩種模式可以在適當條件下進行切換。但是，需要注意的是無論采用哪種開啟方式，都必須在滿足功能組所允許的范圍內(nèi)進行。再次，對設備故障進行實時的監(jiān)視和處理；如果在運行中設備中出現(xiàn)故障時，功能組則會自動中斷設備的運行，同時還可以啟動設備的保護動作。只有當設備故障給予解決時，功能組才會繼續(xù)執(zhí)行下一步。最后，功能組還擁有一些方便機組級控制的操作。

（三）閉合控制回路接口設計 在順序控制的基礎上，才能實現(xiàn)整個控制過程的完全自動化，但是在實際中，順序控制和過程控制有著本質(zhì)的區(qū)別。因此，為了能夠保證全程的自動化就需要兩種不同的控制方式對這兩個控制進行合理的鏈接。通常，除了必須的手動設計外，還需要自動備用和自動調(diào)節(jié)兩種方式。

三、APS技術在10000MW機組DCS改造中的技術

以風煙系統(tǒng)為例。風煙系統(tǒng)通過控制功能組來實現(xiàn)設備的開啟和停止。功能組的內(nèi)容主要是由風煙系統(tǒng)主組、送風機子組和引風機子組等組成。而這其中風煙系統(tǒng)主組是由啟動某側引風機子組（包括啟動引風機潤滑油系統(tǒng)設備級控制、引風機頂軸油系統(tǒng)設備級控制等），確認第2臺引風機進口調(diào)節(jié)擋板、出口隔離擋板關，自動設置爐膛壓力定值，投入引風機控制自動，確認爐膛負壓正常，自動設置爐膛總風量，投入送風機控制自動以及投入暖風器設備級控制等部分組成。

風煙系統(tǒng)功能組之間的聯(lián)系以及實現(xiàn)功能的原理：

標注：T：切換功能塊；RATE：速率限制功能塊；SUM：加法器；H/L：高低限制功能塊

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