順序控制系統(tǒng)在熱電廠中的應用

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通過計算機對熱電廠中的有關設備進行一系列操作，如鍋爐的燃油系統(tǒng)，只要條符合件，系統(tǒng)便會自動完成鍋爐燃燒系統(tǒng)相關設備的一系列操作。順序控制系統(tǒng)能監(jiān)視和控制機組鍋爐所有設備的保護和連鎖，如鍋爐送風系統(tǒng)中一臺風機及其相關設備的保護和連鎖。順序控制系統(tǒng)可以使一系列的設備自動啟動、停止，減少操作人員的工作量和數量。在未投入順序控制狀態(tài)的情況下，各設備可以單獨通過DCS進行操作。

對每一個順序控制系統(tǒng)來說，每臺設備的開關狀態(tài)、啟動條件、操作順序都應顯示在系統(tǒng)畫面上，方便工作人員掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)。設備開關運行狀態(tài)一般是紅色為開到位或運行狀態(tài)，綠色為關到位或停止狀態(tài)，黃色為故障或報警狀態(tài)。此外，DCS操作人員可以對設備開關運行狀態(tài)顏色進行設置。

DCS專工登錄系統(tǒng)后可以在操作員站對順序組態(tài)進行修改或跳步。在順序控制過程中如果出現條件不符合的情況（如狀態(tài)信號未到位），順序控制會中斷。待條件符合后，順序控制自動向下進行。系統(tǒng)設備在未投入順控狀態(tài)時，操作人員可以對每一個設備進行單獨操作。SCS應通過聯鎖、聯跳和保護跳閘功能來保證被控對象的安全。SCS系統(tǒng)中的執(zhí)行級應使用可獨立于邏輯控制處理單元的二進制控制模件[1]。

SCS控制邏輯應由DCS的多功能控制器實現，并保證控制的響應速度。根據控制要求定義回路時間，一般要求回路時間不大于500 ms。對具有聯鎖保護要求快速響應的回路，回路時間要求不大于50 ms?？刂葡到y(tǒng)組態(tài)應不影響機械設備的冗余度，并不降低總利用率。對有冗余的機械設備，控制系統(tǒng)應考慮由不同的控制器執(zhí)行，若其中一個控制器發(fā)生故障時，不會導致所有冗余設備失效。

1 SCS基本形式和設計原則

1.1 驅動控制接口

驅動控制接口可以由標準控制接口卡的形式或以標準控制算法（如STARSTOP、OPENCLOS算法）的形式提供。驅動控制接口為指令發(fā)出設備和電廠動力開關設備之間的標準接口，驅動控制接口擔負指令處理和驅動裝置狀態(tài)的監(jiān)視功能。驅動控制接口的監(jiān)視功能可監(jiān)視執(zhí)行機構狀態(tài)，包括監(jiān)視不對位故障[2]。

驅動控制接口應滿足下列條件。第一，驅動控制接口既可接收控制室的手動指令，也可接收順序控制系統(tǒng)發(fā)來的自動指令，還可接收保護指令。保護指令擁有最高的優(yōu)先等級，手動指令的優(yōu)先級高于自動指令。第二，閥門和擋板的終端位置信號應來自開位置和關位置的動合型終端開關接點。電動機的接通、斷開反饋信號應取自動力開關的動合型接點[3]。第三，發(fā)電機、電動機事故跳閘報警顯示。當發(fā)出的指令未被執(zhí)行時，一定時間后會發(fā)出報警信號，并顯示在畫面上（一般為黃色）。狀態(tài)監(jiān)視應能在液晶顯示屏上顯示狀態(tài)信息。第四，送至動力開關電氣回路的控制指令要在DCS內轉換為該回路接口的形式。

1.2 元件控制

元件控制是一對一的操作，即一個起/停操作對應一個驅動裝置[4]。

1.3 子組控制

子組控制也叫設備控制，是一種以一個設備為主包括其輔助設備和關聯設備在內的設備。例如，一個風機及其油泵、進出口擋板等，一個操作指令發(fā)出后，按實際運行條件依次自動操作輔助設備和主設備[5]。子組控制迭加于驅動控制接口之上。

子組控制的邏輯設計應滿足下列要求。第一，能從控制室人工啟動和停止程序。程序也須能由上級功能組控制所啟動。子組控制的程序啟動后，子組所有的驅動裝置應自動和相繼啟動或停止，以滿足過程需要。第二，子組控制的每一現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)行進度和順序控制是否正常。控制所需信號的狀態(tài)（斷開或順序步邏輯）須在液晶顯示屏上顯示。在子組控制程序中，每一個步序需要達到的條件必須是從設備上傳來的反饋信號。第三，提供從控制室繞過過程條件核對人工指令使程序向前一步（跳步）的功能。

1.4 局部子組自動控制

局部子組自動控制是使用局部自啟動控制，如在故障條件下備用設備自啟動。風機子組中備用油泵自啟動控制是局部子組自動控制的例子。當功能組或子組控制切除時，尚須運行的局部子組自動控制的功能應能自動實現。

1.5 自動備用設備控制

這種控制是局部子組自動控制對兩個或多個并列運行的設備實施的自動控制。每一個設備可作為另外設備的備用，但是也能夠并列運行。

自動備用設備控制應滿足兩方面要求。一方面，設備自動備用連鎖投入時，若一個正在運行的設備出現故障不能正常運行，另一臺設備需自動運行起來。當一臺運行的設備不能滿足生產現場需要時（如水壓低于限值），系統(tǒng)自動啟動備用設備并列運行，以滿足現場生產需求。另一方面，自動備用設備控制應可通過人工或功能組控制指令選擇備用設備處于備用狀態(tài)或退出備用狀態(tài)。備用設備自動起動時應有“正在運行”信號顯示。

1.6 功能組控制

功能組控制是一種以一個工藝流程為主的包括有關設備在內的自動順序控制。功能組控制的特點和實施原則是把在工藝流程上有相互聯系并具有連續(xù)不斷的順序性控制特征的設備集作為一個整體來控制。功能組控制包括較多的元件或子組。

在工藝過程需要的基礎上，編制熱電廠過程區(qū)域和所包含的功能組設備。功能組控制設計應遵循下列原則[6]。第一，功能組控制系統(tǒng)包括啟動和停止。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。編制“步對步”式程序時，如果執(zhí)行步內的任何指令遭到拒絕引起事故，應使操作人員有富余的時間采取必要的措施。第二，當在自動控制過程中出現可能導致奮不顧身狀態(tài)的限制因素時，系統(tǒng)應自動返回到出現限制因素前的狀態(tài)或穩(wěn)定的安全狀態(tài)。在步進式控制中，基本的保護措施是在排除限制因素前停止程序。第三，功能組控制應根據工藝系統(tǒng)特點和需要設置斷點。在程序序列的斷點處，可由人工決定程序是否執(zhí)行，也可選擇自動繼續(xù)執(zhí)行下面的程序步。斷點應設在能穩(wěn)定運行的斷點上。第四，程序啟動后，程序的第一步和以后的每一步都必須自動檢查和執(zhí)行這一步所需的所有輸入條件（一次判據），如果不具備條件，需向操作人員發(fā)出關停信號。第五，功能組控制應保證動作具有最大的獨立性，在某組范圍的故障不應影響另外組的工作。功能組在自動工況時，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，功能組恢復自動工況時可以重復啟動程序，同時檢查執(zhí)行步的條件并越過故障發(fā)出前的各步。第六，功能組應具有下列工況：信息工況使用于由操作人員用直接單個操作電氣驅動裝置的方法執(zhí)行程序；半自動或步進工況是按操作人員選定的步執(zhí)行程序，當輸入信號源故障或異常以及需要越過某些步時，操作人員可以用步進工況執(zhí)行程序；自動工況是在無操作人員干預的情況下完成功能組的自動控制程序。第七，功能組的啟動/停止，工況選擇均應能在DCS操作人員站的液晶顯示屏/鍵盤上進行。在液晶顯示屏上應顯示功能組控制的有關信息，包括執(zhí)行步次、執(zhí)行情況和每一個步序需要的條件是否達到。

2 設備及系統(tǒng)保護和閉鎖功能

設備保護和閉鎖功能保護設備和系統(tǒng)的安全，可預防故障事故的發(fā)生。在熱電廠中，鍋爐、汽機的各系統(tǒng)輔機的控制系統(tǒng)中都存在設備保護和閉鎖。

輔機設備保護和閉鎖的設計按下列原則進行。第一，閉鎖的主要作用是防止和減少控制作用產生的不安全因素，即防止不安全的程序或操作被執(zhí)行。在驅動控制接口級、子組控制級、功能組控制級均應根據運行要求設置閉鎖，如作為許可條件引入工藝閉鎖[7]。第二，安全保護是當危及人身安全或設備安全的異常情況出現時，自動切除設備或自動投入設備。工藝保護應在驅動控制接口級引入，直接作用于跳閘驅動裝置或自動起動設備。相對于手動指令和自動指令，保護信號具有最高的優(yōu)先等級。第三，保護跳閘指令對控制對象的作用是硬性的，也就是說指令可以一直保持到設備完全停止和斷開，或者得到人工確認為止。保護和閉鎖能從控制室人工切除，且必須是經常有效的。所有保護功能的執(zhí)行不取決于其他控制系統(tǒng)。第四，如果一個模擬量變送器已為監(jiān)視儀表、開環(huán)或閉環(huán)所用，則這個變送器不再作為保護信號的發(fā)生器。此時，對每一個保護信號需要使用一個二進制變送器，如過程驅動開關。如果變送器是冗余的（雙重或三重）并使用比較器監(jiān)視測量值或摻和“中值計算”，保護信號可以經極限值監(jiān)視器從模擬量信號取出。第五，從報警邏輯來的斷開和接通保護指令，可用于報警信號設備、DCS或其他系統(tǒng)，但必須提供去耦以保證回路不受干擾。一個驅動裝置的保護和閉鎖邏輯應有單獨的保險保護。冗余的驅動裝置的保護邏輯出口不能共用一個保險來保護。用于保護的接點（過程驅動開關或其他開關接點）應是動合型的，以免信號源失電或回路斷線時發(fā)生誤動作，對采用斷電跳閘的重要保護除外。第六，發(fā)電機、電動機的電氣保護（過電流、接地、低電壓等）信號直接作用于電氣驅動裝置（斷路器）跳閘，不經DCS。但是，電氣保護動作應送信號到DCS，告知電氣保護動作。輔機的工藝保護邏輯由DCS處理，一般不再設置硬接線的后備保護。重要的保護信號采用“3取2”或“2取1”的信號處理邏輯。DCS對用于保護的接點輸入回路應有斷路診斷功能。

3 SCS的操作與監(jiān)視

3.1 一般要求

控制功能應能從DCS操作員站的計算機上進行監(jiān)視和操作。未投入順序控制時，每一個單獨的設備都可以單獨進行操作。投入順序控制時，操作員能從操作員站計算機上看到SCS系統(tǒng)所必須的信息。

3.2 硬接線后備操作

下列情況應考慮硬接線后備操作：重要設備（安全門、危急放水門、手動MFT等）設置直接跳閘按鈕；安全保護要求投入工作的設備，設后備操作（起/?；蜷_/閉）；為維持現實運行工況而必須投入工作的設備。

3.3 具體功能

熱電廠中，順序控制系統(tǒng)經常應用于鍋爐給水系統(tǒng)、鍋爐風煙系統(tǒng)、鍋爐點火系統(tǒng)、鍋爐吹掃系統(tǒng)、汽機高加系統(tǒng)、汽機油系統(tǒng)、除氧器系統(tǒng)以及減溫減壓器等系統(tǒng)。

4 結語

隨著控制思想的進步和自動化程度的提高，各種控制系統(tǒng)的使用逐漸普及，設計也會更加先進。但是，無論采用哪種控制系統(tǒng)，都必須結合熱電廠實際情況，遵循設計原則，以保證汽機、鍋爐的安全穩(wěn)定運行，為熱電廠創(chuàng)造更大的經濟效益。