PLC及觸摸屏在鍋爐FSSS系統(tǒng)中的應(yīng)用

陶桂霞

摘 要：本文以西門(mén)子S7400的產(chǎn)品介紹了可編程控制器PLC和觸摸屏在鍋爐保護(hù)系統(tǒng)FSSS中的應(yīng)用，介紹了FSSS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件構(gòu)成、邏輯功能及在觸摸屏上的顯示。

關(guān)鍵詞：FSSS；PLC；觸摸屏；MFT

中圖分類(lèi)號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備概況

南化公司動(dòng)力部鍋爐裝置配有三臺(tái)220T/h鍋爐，每臺(tái)鍋爐均設(shè)計(jì)有爐膛燃燒保護(hù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)FSSS系統(tǒng)）。每臺(tái)鍋爐配有2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)排粉機(jī)、8臺(tái)給粉機(jī)、16個(gè)二次風(fēng)門(mén)、四個(gè)角12個(gè)火檢（其中每個(gè)角2個(gè)煤層和1個(gè)油層）。

2 FSSS系統(tǒng)的概述

FSSS系統(tǒng)，即鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) （Furnace Safeguard Supervisory System），是監(jiān)控鍋爐安全燃燒的不可缺少的部分。FSSS系統(tǒng)包括PLC（可編程控制器）、觸摸屏、火焰檢測(cè)系統(tǒng)等。

FSSS系統(tǒng)是現(xiàn)代大型火電機(jī)組鍋爐必須具備的一種監(jiān)控系統(tǒng)，它能使鍋爐燃燒系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備按規(guī)定的操作順序和條件安全啟（投）、停（切），并能在危急工況下迅速切斷進(jìn)入鍋爐爐膛的全部燃料（煤粉和油），防止爆燃、爆炸等破壞性事故發(fā)生，還能避免操作人員在操作時(shí)的誤動(dòng)作，并能及時(shí)執(zhí)行手操來(lái)不及的快動(dòng)作，如緊急切斷和跳閘。

3 FSSS系統(tǒng)的構(gòu)成

南化公司三臺(tái)鍋爐的3套FSSS系統(tǒng)共用一臺(tái)工程師站和一臺(tái)SOE站，三套FSSS系統(tǒng)分別有一臺(tái)PLC控制站和一臺(tái)觸摸顯示屏，三臺(tái)PLC控制器通過(guò)冗余E太網(wǎng)與觸摸顯示屏、工程師站、SOE站連在一起。PLC控制部分采用的是西門(mén)子S7400，操作員接口使用的是西門(mén)子觸摸屏。

3.1 控制器配置

控制器采用的是西門(mén)子公司的CPU 414-4H高性能處理器冗余配置，完全實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。PLC控制器與I/O模塊之間采用雙纜冗余結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)符合ICE控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 I/O模塊配置

PLC的I/O卡件冗余配置，I/O模塊有故障自診斷能力，I/O卡（包括備用卡）均能在不受軟件版本限制的條件下隨時(shí)使用。FSSS系統(tǒng)冗余配置三種模塊：DI（數(shù)字量輸入）6ES73217BH010AB0卡、DO（數(shù)字量輸出）6ES73228BH010AB0卡和AI（模擬量輸入）6ES73317NF000AB0卡 ，為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，每個(gè)DI卡件的通道都使用了繼電器隔離后輸入；每個(gè)DO卡件的通道都使用了繼電器隔離后輸出；每個(gè)AI卡具有錯(cuò)誤診斷，對(duì)所有的電壓及0-20mA的電流具有短路保護(hù)作用。每套鍋爐的FSSS系統(tǒng)有AI點(diǎn)23個(gè)，DI點(diǎn)110個(gè)，DO點(diǎn)39個(gè)。本著危險(xiǎn)分散的原則，引起跳車(chē)的條件分散在不同的DI卡件上，如測(cè)量爐膛壓力高的三個(gè)壓力開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)分布在三塊DI卡上。

3.3操作員接口

操作員接口采用的是西門(mén)子 12″盤(pán)裝式的TFT 觸摸屏，通過(guò)雙以太網(wǎng)與PLC相連，顯示FSSS爐膛吹掃、火焰檢測(cè)、OFT、MFT等功能狀態(tài)，滿足相應(yīng)的監(jiān)控、操作需要。

3.4工程師站、事件順序記錄（SOE）站

工程師站和SOE站通過(guò)雙以太網(wǎng)跟PLC相連，工程師站采用西門(mén)子PCS7軟件，用于PLC系統(tǒng)的組態(tài)、編程、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)診斷，同時(shí)具有SOE站的功能，SOE站實(shí)時(shí)記錄PLC事件，用于事故分析等。

4 FSSS控制邏輯功能組成

FSSS控制邏輯功能包括爐膛吹掃、火焰檢測(cè)、OFT（油燃料散失）、MFT（主燃料散失）、油泄漏測(cè)試、 自動(dòng)點(diǎn)火六個(gè)部分，下面結(jié)合觸摸屏介紹南化公司現(xiàn)場(chǎng)FSSS在用的幾個(gè)重要功能。

4.1 爐膛吹掃

爐膛吹掃是指鍋爐點(diǎn)火前或停爐后，用合適的風(fēng)量，掃清爐膛及煙道中可能積聚的可燃物質(zhì)，以避免鍋爐爆燃或爆炸事故的發(fā)生。

FSSS系統(tǒng)滿足吹掃條件是送風(fēng)機(jī)運(yùn)行（至少有一臺(tái)送風(fēng)機(jī)在運(yùn)行）、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行（至少有一臺(tái)引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行）、全部排粉機(jī)跳閘、全部給粉機(jī)跳閘、二次風(fēng)擋板在吹掃位（二次風(fēng)擋板滿足總數(shù)的3/4在打開(kāi)位置）、鍋爐的四個(gè)角的支路油閥全部關(guān)閉、汽包水位正常（-50mmH2O～50mmH2O，三臺(tái)差壓變送器三取中）、爐膛無(wú)火、風(fēng)量滿足（風(fēng)量>30%額定風(fēng)量，此時(shí)送風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度大于30%）、火檢冷卻風(fēng)壓力正常、MFT動(dòng)作條件不存在（BTG盤(pán)上有MFT復(fù)位按鈕）、OFT動(dòng)作條件不存在（BTG盤(pán)上有OFT復(fù)位按鈕）、主油閥關(guān)閉。以上吹掃條件是否滿足在觸摸屏上都是以指示燈狀態(tài)變化反映出來(lái)，當(dāng)條件滿足時(shí)，該條件狀態(tài)顯示黃色，否則顯示綠色。當(dāng)吹掃條件全部變成黃色，表示鍋爐滿足吹掃要求，這時(shí)吹掃請(qǐng)求狀態(tài)由綠色變成黃色，按吹掃啟動(dòng)按鈕，吹掃時(shí)間為5分鐘，在吹掃進(jìn)行過(guò)程中，吹掃進(jìn)行狀態(tài)由綠色變成黃色，5分鐘時(shí)間到，吹掃完成狀態(tài)變成黃色，提示吹掃完成。在5分鐘內(nèi)如有任一吹掃條件不滿足要求，這時(shí)吹掃中斷，吹掃中斷指示狀態(tài)由綠色變成黃色，等所有吹掃條件滿足時(shí)，再次吹掃時(shí)重新計(jì)時(shí)吹掃。水位測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)變器信號(hào)通過(guò)安全柵一分為二，一路進(jìn)DCS系統(tǒng)，一路進(jìn)FSSS系統(tǒng)，由于DCS系統(tǒng)和FSSS系統(tǒng)測(cè)量不能做到完全同步，而操作人員只能在DCS畫(huà)面監(jiān)控水位值，當(dāng)DCS畫(huà)面水位值顯示正常范圍內(nèi)，F(xiàn)SSS檢測(cè)到的可能不在正常范圍，為了不影響吹掃，在鍋爐吹掃畫(huà)面中加了一個(gè)水位確認(rèn)按鈕，操作人員看到DCS上的水位值正常時(shí)，F(xiàn)SSS的水位正常指示顏色未變成黃色，此時(shí)可以按下水位確認(rèn)按鈕，使水位正常滿足條件。

4.2火焰檢測(cè)

每臺(tái)爐的火焰檢測(cè)分油層和煤層，煤層分煤一層和煤二層，鍋爐4個(gè)角各有一個(gè)油層火檢、二個(gè)煤層火檢，總共12個(gè)火檢。

當(dāng)某一角支路油閥開(kāi)，30S內(nèi)檢測(cè)到該支路油閥對(duì)應(yīng)的油層火檢信號(hào)，認(rèn)為該角油層有火焰，觸摸屏上火焰檢測(cè)對(duì)應(yīng)角的油層角火檢的指示狀態(tài)由綠色變成黃色，否則認(rèn)為該角油層無(wú)火；當(dāng)給粉機(jī)運(yùn)行，1分鐘中內(nèi)檢測(cè)到該臺(tái)給粉機(jī)對(duì)應(yīng)的煤層火檢信號(hào)，認(rèn)為該角煤層有火焰，觸摸屏上火焰檢測(cè)對(duì)應(yīng)角的煤層角火檢狀態(tài)指示由綠色變成黃色，否則認(rèn)為該角煤層無(wú)火。在剛開(kāi)爐時(shí)，火焰信號(hào)不穩(wěn)，所以在FSSS的PLC控制柜設(shè)有火檢投切開(kāi)關(guān)。剛開(kāi)爐時(shí)，12個(gè)火檢投切開(kāi)關(guān)全部置于切除位置，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，12個(gè)火檢投切開(kāi)關(guān)置于投入位置。鍋爐運(yùn)行時(shí)火檢狀態(tài)有三種情況，僅油層運(yùn)行，只存在油層火焰；僅煤層運(yùn)行，只存在煤層火焰；煤層和油層同時(shí)運(yùn)行，油層、煤層火焰都存在，三種情況都是全部火焰喪失，才認(rèn)為爐膛喪失了火焰。

4.3 OFT（油燃料跳閘）

OFT（OIL FUEL TRIP）油燃料跳閘的功能是當(dāng)油路系統(tǒng)出現(xiàn)故障或鍋爐MFT時(shí)，迅速切斷供油，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。該控制邏輯具有OFT首次跳閘原因指示，它能對(duì)引起OFT跳閘的第一個(gè)原因記憶并在觸摸屏上顯示出來(lái)。

OFT首出的含義是顯示第一個(gè)產(chǎn)生OFT的條件，引起OFT條件有鍋爐主油閥關(guān)閉；四個(gè)角的支路油閥全部關(guān)閉；四個(gè)角的油層火焰全部喪失；油母管油壓低于0.8MPa（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量元件是壓力開(kāi)關(guān)）；發(fā)生MFT；手動(dòng)OFT（BTG盤(pán)上手動(dòng)OFT急停）。當(dāng)以上任一條件第一個(gè)產(chǎn)生時(shí)，觸摸屏上OFT相應(yīng)的首出條件指示狀態(tài)由綠色變成黃色。 OFT后，關(guān)閉全部支路油閥和主油閥。當(dāng)無(wú)OFT跳閘條件存在、MFT已復(fù)位、操作人員從BTG盤(pán)上按下OFT復(fù)位按鈕時(shí)，OFT才能復(fù)位。

4.4 MFT（主燃料跳閘）

MFT（Main Fuel Trip）燃料跳閘是FSSS系統(tǒng)中最重要的安全功能，當(dāng)出現(xiàn)任何危及鍋爐安全運(yùn)行的危險(xiǎn)工況時(shí)，MFT動(dòng)作將快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料（煤和油），實(shí)現(xiàn)緊急停爐，以保證設(shè)備安全，避免重大事故發(fā)生。同時(shí)，該功能中具有首次跳閘原因指示，它能對(duì)引起主燃料跳閘的第一個(gè)原因記憶并在觸摸屏上顯示出來(lái)，在SOE站上有時(shí)間記錄，為故障原因分析及解決提供了條件。

MFT首出的含義是顯示第一個(gè)產(chǎn)生MFT的條件，引起MFT的條件有二臺(tái)送風(fēng)機(jī)全停；二臺(tái)引風(fēng)機(jī)全停；汽包水位高（大于200 mmH2O，水位變送器三取中）；汽包水位低（小于-230 mmH2O，水位變送器三取中）；爐膛壓力高（大于1764Pa ，壓力開(kāi)關(guān)三取二）；爐膛壓力低（小于-1470Pa，壓力開(kāi)關(guān)三取二）；全爐膛滅火（12個(gè)火檢無(wú)火檢信號(hào)）；燃料失去（全部支路油閥關(guān)和全部給粉機(jī)停運(yùn)）；手動(dòng)MFT（BTG盤(pán)上手動(dòng)MFT急停）；點(diǎn)火延時(shí)。當(dāng)以上任一條件首先產(chǎn)生時(shí)，觸摸屏上MFT相應(yīng)的首出條件指示狀態(tài)變成黃色， MFT后，會(huì)引發(fā)一系列的設(shè)備跳閘和關(guān)閉，如跳停8臺(tái)鍋爐給粉機(jī)，鍋爐A/B側(cè)排粉機(jī)，關(guān)閉主油閥和支路油閥，關(guān)閉鍋爐左右側(cè)一級(jí)減溫水閥門(mén)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。當(dāng)爐膛吹掃完成、MFT跳閘條件不存在、操作人員從BTG盤(pán)上按下MFT復(fù)位按鈕時(shí)，MFT才能復(fù)位。

結(jié)語(yǔ)

南化公司動(dòng)力部鍋爐裝置FSSS系統(tǒng)自從投用以來(lái)，PLC系統(tǒng)和觸摸屏一直運(yùn)行穩(wěn)定，滿足鍋爐監(jiān)控需要，滿足三臺(tái)鍋爐長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)行需要。

參考文獻(xiàn)

[1]孫曉峰.PLC在鍋爐FSSS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 2010 （04）：85-86.