火電機組報警系統(tǒng)邏輯畫面設計與應用

王南洋 王 攀 李俊飛 陳籽君

（1.國能智深控制技術有限公司，北京 102200；2.北京市電站自動化工程技術研究中心，北京 102200）

火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)中包括汽輪機、鍋爐、發(fā)電機、給水泵以及加熱器等涉及熱加工的很多機械設備，根據(jù)以往設備控制系統(tǒng)資料可知，火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)工藝復雜，設備很多，需要運行人員監(jiān)視的參數(shù)更多，特別是隨著機組容量的增大，對應的操作類設備以及監(jiān)視參數(shù)逐步增多。為保障現(xiàn)場生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定，在現(xiàn)代電廠控制系統(tǒng)中應用報警系統(tǒng)[1-2]。

火電機組報警系統(tǒng)是指當DCS 控制系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場生產(chǎn)工藝系統(tǒng)參數(shù)與工藝系統(tǒng)正常狀態(tài)下的系統(tǒng)參數(shù)有差異時，通過聲音或光子牌報警等報警形式，向運行人員傳遞生產(chǎn)工藝系統(tǒng)報警的過程。火電機組報警系統(tǒng)不僅減少了運行人員的工作強度，而且在工藝系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可以幫助運行人員及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題，提高解決問題的效率[3]。

1 報警系統(tǒng)分析

報警監(jiān)視是DCS 非常重要的功能之一?；痣姍C組自動報警監(jiān)視的內容應包括DCS 控制系統(tǒng)報警監(jiān)視和火電機組工藝系統(tǒng)報警監(jiān)視。

DCS 控制系統(tǒng)報警指的是當DCS 控制系統(tǒng)的硬件、軟件、供電系統(tǒng)等發(fā)生故障時，發(fā)出DCS 控制系統(tǒng)報警?；痣姍C組工藝系統(tǒng)報警指的是火電機組工藝系統(tǒng)中各系統(tǒng)的運行參數(shù)以及各系統(tǒng)的運行設備出現(xiàn)問題時的報警，火電機組工藝系統(tǒng)報警一般包括火電機組工藝系統(tǒng)模擬量參數(shù)報警和火電機組工藝系統(tǒng)數(shù)字量參數(shù)報警。其中模擬量參數(shù)報警又可分為兩類，一類為從現(xiàn)場采集的硬件模擬量報警，如現(xiàn)場的溫度、壓力以及流量等；另一類為系統(tǒng)邏輯中計算出來的模擬量。數(shù)字量參數(shù)報警和模擬量類似，也可以分為由現(xiàn)場采集來的火電機組工藝系統(tǒng)硬件數(shù)字量參數(shù)報警，如振動大、溫度高以及液位高等；另一類為系統(tǒng)邏輯中計算出來的數(shù)字量[4-7]。由此可見，火電機組需要監(jiān)視的參數(shù)很多，需要一套完善的報警系統(tǒng)幫助運行人員更好地監(jiān)視現(xiàn)場工藝系統(tǒng)參數(shù)，操作現(xiàn)場設備。

2 報警系統(tǒng)邏輯設計

2.1 報警系統(tǒng)邏輯設計原則

報警系統(tǒng)設計的關鍵是讓運行人員能看到最重要且最緊迫的報警。在工程應用中根據(jù)報警的輕重緩急將報警級別分為I 級報警和II 級報警，I 級報警包括比較急、后果比較嚴重的報警，I 級報警一般為重要的設備跳閘、重要設備的保護跳閘信號超限或部分重要參數(shù)故障等；II 級報警信息包括不太緊急、后果不太嚴重的報警，可能會影響機組運行效率，但不至于對機組造成RB 或跳機等嚴重狀況出現(xiàn)，例如一些不重要的輔助設備停運、備用設備聯(lián)鎖啟動等[8-9]。

2.2 報警系統(tǒng)設計

針對報警系統(tǒng)需要分級要求，該文提出報警系統(tǒng)邏輯實現(xiàn)方法。此報警分級方法采用基礎算法塊搭建，如圖1 所示，算法塊1 為軟鍵盤算法，該算法沒有輸入連接，有4 個開關量輸出PK1～PK4。當接收到操作員站發(fā)送的命令PK1～PK4時，會在相應的輸出端輸出一個單脈沖。算法塊2 為高限監(jiān)視算法，該算法根據(jù)給定的高限值對輸入模擬量進行檢查。如果輸入等于或超過高限值，則輸出開關量為1，否則為0。高限值可以是一個變量，通過連接一個模擬量點實現(xiàn)（HISP輸入端），也可以是一個常量。算法塊3 為單脈沖器算法，該算法開關量輸入（DIN）由0 變?yōu)? 時，輸出（OUT）一個單脈沖信號。脈沖期間輸入的跳變對輸出無影響。輸出脈沖寬度值可以連接一個外部模擬量（TARG）。如果無連接，則使用設定的靜態(tài)參數(shù)值。脈沖寬度的單位為秒。當輸入信號由0 變?yōu)? 時，算法變量ACT 開始計時。當 ACT ≥脈沖寬度時，脈沖結束，ACT 的值不再變化。算法塊4 為RS 觸發(fā)器算法，該算法的開關量輸入分別為置位端（S）和復位端（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。

如圖1 所示，當某設備軸承溫度高于120℃時，DP01 為1，此時會發(fā)1s 脈沖信號，對應的RS 會鎖住，即DP02 為1，當運行人員通過KEYBOARD 在畫面上確認此報警后，RS 觸發(fā)器的輸出DP02 變?yōu)?。可以利用DP01 和DP02 兩個測點的0 或1 狀態(tài)來代表報警的狀態(tài)。DP01 和DP02 共有4 種狀態(tài)，以及所代表的報警狀態(tài)見表1。

表1 測點狀態(tài)與報警畫面顏色對應關系表

圖1 某設備軸承溫度高分級報警

該方法不受2 種報警級別的限制，可以根據(jù)需要自己定義很多種報警級別，可以將DP01 和DP02 這兩個點對應的報警級別設定為I 級報警，將DP03 和DP04 兩個點對應的報警級別設定為II 級報警，把DP05 和DP06 兩個點對應的報警級別設定為III 級報警。另外，該組態(tài)方法維護方便，每條報警相互獨立，相互之間沒有影響。如果需要增加新的報警或者修改原來的報警都很容易實施。

3 報警畫面設計

根據(jù)工程經(jīng)驗，報警畫面所反映出來的信息要有全面、準確和清晰的特點，能以最快速度定位到具體設備或者具體參數(shù)為最優(yōu)配置，給運行人員爭取到更多的時間來處理系統(tǒng)故障。

根據(jù)該原則對報警畫面進行設計，用分區(qū)分級的方法，使報警系統(tǒng)更全面、清晰。

分區(qū)：將所有需要報警的信息都集中于一幅主畫面上，如圖2～圖4 所示，將整個機組的報警系統(tǒng)按照系統(tǒng)分為鍋爐報警、汽機報警、電氣報警以及公用報警4 部分。在鍋爐報警大塊中又按照設備或系統(tǒng)分為若干個小的報警窗口，即MFT 監(jiān)視、A 空預器跳閘等，點擊每塊小窗口可以彈出每個設備或者每個系統(tǒng)的報警窗口，當點擊軸封系統(tǒng)報警時，出現(xiàn)如圖5 所示的報警窗口，可以監(jiān)測到軸封系統(tǒng)的相關報警信息。實現(xiàn)分區(qū)報警，報警畫面看起來全面清晰。

圖2 鍋爐報警分區(qū)系統(tǒng)畫面

圖3 汽機報警分區(qū)系統(tǒng)畫面

圖4 電氣、公用報警分區(qū)系統(tǒng)畫面

分級：報警主圖，以及報警窗口圖，均分為2 個級別，第I 級別報警為紅色報警，第II 級別報警為黃色報警。按照每個設備報警，實現(xiàn)了分區(qū)報警；用兩個級別報警實現(xiàn)分級報警，從而實現(xiàn)了分區(qū)分級報警要求。

如圖3 中的報警畫面所示，當軸封系統(tǒng)有報警信息時，報警畫面相應矩形框圖變?yōu)辄S色與藍色交替閃爍或者紅色與藍色交替閃爍（紅色與藍色交替閃爍為I 級報警信息，黃色與藍色交替閃爍為II 級報警信息），下面詳細介紹設計中每種顏色閃爍所代表的不同報警信息：1）黃色與藍色交替閃爍。當軸封系統(tǒng)僅有II 級報警信息時。2）紅色與藍色交替閃爍。當軸封系統(tǒng)僅有I 級報警信息；軸封系統(tǒng)既有I 級報警信息又有II 級報警信息時。3）黃色。當軸封系統(tǒng)僅有II 級報警信息并且運行人員已經(jīng)確認報警信息后。4）紅色。當軸封系統(tǒng)僅有I 級報警信息。軸封系統(tǒng)既有I 級報警信息又有II 級報警信息時并且運行人員已經(jīng)確認報警信息后。5）黃色框。當軸封系統(tǒng)僅有II 級報警信息并且自已回到正常值，但是運行人員未確認此報警信息時。6）紅色框。當軸封系統(tǒng)僅有I 級報警信息并且自已回到正常值，但是運行人員未確認此報警信息；軸封系統(tǒng)既有I 級報警信息又有II 級報警信息時，并且均自已回到正常值，但是運行人員未確認此報警信息。

如圖5 所示，該畫面為分系統(tǒng)的報警信息窗口，軸加風機A 跳閘為I 級紅色報警，汽封排汽風機備用切除及聯(lián)鎖啟動為黃色II 級報警，當報警信息來時為紅色閃爍，黃色閃爍；在運行人員點擊“報警確認”按鈕后，相應信息依然保持紅色和黃色但是不再閃爍，以下詳細介紹設計中每種顏色閃爍所代表的不同報警信息：1）黃色與藍色交替閃爍。軸封系統(tǒng)中的II 級報警信息。2）紅色與藍色交替閃爍。軸封系統(tǒng)的I 級報警信息。3）黃色。當軸封系統(tǒng)有II 級報警信息并且運行人員已經(jīng)確認報警信息后。4）紅色。當軸封系統(tǒng)有I 級報警信息并且運行人員已經(jīng)確認報警信息后。5）黃色框。當軸封系統(tǒng)有II 級報警信息并且自已回到正常值，但是運行人員未確認此報警信息。6）紅色框。當軸封系統(tǒng)有I 級報警信息并且自已回到正常值，但是運行人員未確認該報警信息。

圖5 軸封系統(tǒng)報警畫面

4 結語

火電機組完善的報警系統(tǒng)可以在少人或無人巡檢機組的狀態(tài)下，對機組運行參數(shù)、設備進行自動監(jiān)測，對出現(xiàn)問題的參數(shù)和設備進行自動報警，完善的報警系統(tǒng)一方面可減輕工作人員負擔，另一方面在出現(xiàn)參數(shù)或設備故障時可最大限度地提高工作人員解決問題的效率。通過對報警系統(tǒng)邏輯畫面的設計及優(yōu)化，并針對報警邏輯畫面提出分區(qū)分級設計報警監(jiān)視畫面，使報警畫面所反映出來的信息具有全面、準確以及清晰的特征，使運行人員能以最快速度定位到具體的參數(shù)或者具體的設備，給運行人員爭取盡量多的時間處理故障，給電廠安全、可靠、穩(wěn)定運行增加保障。