火電廠主副機與輔助設(shè)備順序控制系統(tǒng)分析

馬亮

（陜西渭河發(fā)電有限公司，陜西 咸陽 712038）

火電廠中所用的順控系統(tǒng)能夠保障火電廠安全、穩(wěn)定運行。順控的特點與含義為在火電廠作業(yè)的過程中，一些大型設(shè)備與工藝系統(tǒng)包括與之相關(guān)的輔助設(shè)備啟動、運行以及停止事故處理會按照預(yù)先設(shè)定的程序，包括判據(jù)、時間等因素實現(xiàn)自動化控制。在火電廠的輔助設(shè)備中，系統(tǒng)包括兩部分，一類是汽輪、鍋爐熱力系統(tǒng)，這些設(shè)備的運行狀態(tài)和發(fā)電機、汽輪機、鍋爐輔助設(shè)備與系統(tǒng)有直接的關(guān)系，比如發(fā)電機氫油水、汽輪機油汽、給水、制粉、燃油、煙風等等。另外一部分為電廠生產(chǎn)中必需的設(shè)備與系統(tǒng)，包括化學水處理、燃料運輸以及除灰除渣系統(tǒng)與設(shè)備。

1 順控系統(tǒng)歷程

我國對順控技術(shù)的研究是從上個世紀60年代開始的。對當時的我國來說順控技術(shù)有著極為突出的地位。在原電科院自動化研究所的帶領(lǐng)下，一大批科研單位紛紛響應(yīng)與參加。在多年的研究下終于實現(xiàn)了應(yīng)用固態(tài)元器件和繼電器完成鍋爐定期排污、吹灰、高壓加熱啟停順控操作。至70年代，國內(nèi)的一些科研單位與設(shè)計院投入了更多資金、技術(shù)、人力用于順控裝置和技術(shù)的開發(fā)與研究，到1974年的西安熱工所自動化室組建了專業(yè)的順控技術(shù)研究團隊。從我國對其的研究可以看出，發(fā)展順控技術(shù)的關(guān)鍵就是狠抓基礎(chǔ)工作。作為其中最基礎(chǔ)的內(nèi)容，閥門電動必須引起高度的關(guān)注。

1.1 PLC核心

在20世紀80年代以后，我國陸續(xù)引進火電機組及自控裝置與自控系統(tǒng)。其中的PLC順控系統(tǒng)就可以看做是其中最具價值的自控系統(tǒng)之一。我國在1985年所興修的元寶山電廠所用進口機組為600MW，所用的自控設(shè)備為西門子-110FPLC。該自控設(shè)備為油燃燒順控、鍋爐保護體完成了功能組級、驅(qū)動級、保護順控。所用的設(shè)備和REC-70儀表共同組成了當時的汽輪機控制裝置，達成了自啟動汽輪機的要求。

在PLC進入國內(nèi)以后，許多國內(nèi)的廠家紛紛開始學習PLC技術(shù)，有的廠家則直接銷售PLC。西安熱工所在1984年的控制組所用的就是美國M-84型PLC補給水順控系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功的在首陽山電廠電機組使用。隨后由航天部210與西北電力設(shè)計院一同研發(fā)的輸煤順控系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用的PLC為584型，在石橫電廠得到了成功的投運。經(jīng)過近10年的發(fā)展，PLC成功的成為了該電廠各類設(shè)備與輔助系統(tǒng)的順控系統(tǒng)。比如煤場堆取、石子煤排放、撈渣、除灰、除渣、吹灰、汽輪機旁路等等。在80年代末電聯(lián)電廠、華能福州所引進的日本三菱350MW機組中的汽輪機、鍋爐順控系統(tǒng)是由小型計算機與PLC共同組成的。其中汽輪機側(cè)與鍋爐各自應(yīng)用一臺PLC，并為其設(shè)計了功能組級與驅(qū)動級。此外機組的協(xié)調(diào)功能是在機組管理計算機當中的，能夠完成汽輪機停運、降負荷等全部工作。

在PLC快速成為國內(nèi)電廠順控主流系統(tǒng)的過程中，DCS實際上也在快速發(fā)展與逐漸成熟。該時期順控系統(tǒng)大多采用自動與手動雙重功能和手段。國內(nèi)外都是如此，比如大連電廠和福州電廠除了在主控室應(yīng)用順控功能組與協(xié)調(diào)啟停，同時還為順控功能設(shè)計了模擬屏，每一項設(shè)備都配備了手動啟停按鈕與自動開關(guān)。PLC系統(tǒng)人機界面可以實現(xiàn)傳統(tǒng)控制盤和操作監(jiān)視的全面兼顧，工作人員只需要按鈕就可以切換控制狀態(tài)、工藝過程、監(jiān)控情況。軟件開發(fā)即所謂的系統(tǒng)組態(tài)在此過程中獲得了很大的進步，編程器以語句或圖形方式變成具有模擬、修改、監(jiān)視的手段，使得順控功能的維護、調(diào)試、開發(fā)獲得了新的高度。對比于固態(tài)元器件、繼電器裝置來說是一次技術(shù)上的重大革命。

1.2 DCS

20世紀90年代是國內(nèi)電廠對DCS應(yīng)用最廣泛的時期，國內(nèi)在該階段新修的300MW以及更強大的機組所用的監(jiān)視系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)都是DCS系統(tǒng)。此外國內(nèi)近些年對于國產(chǎn)300MW、東歐進口300MW以及過去的200MW老機組也在應(yīng)用DCS進行改造，為的是提高機組監(jiān)視、控制能力。因為DCS主要是面向系統(tǒng)，而PLC面向的是對象，因此對比來看DCS適合大型機組主輔機、系統(tǒng)控制工作，PLC更傾向于小型系統(tǒng)控制需求。DCS憑借著先進的CRT顯示技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)，能夠為操作人員提供有好的人機界面，工作人員可以利用CRT畫面、鍵鼠裝置流暢的完成系統(tǒng)操作和監(jiān)控，電廠并不需要配備額外的PLC順控裝置。

20世紀80年代末一些電廠（主要是300MW機組）引進了美國NETWORK-90系統(tǒng)。電廠的汽輪機主輔機系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)等等都是其控制內(nèi)容。隨后的一段時間內(nèi)，又有眾多型號的DCS進入到國內(nèi)的電廠，這些DCS系統(tǒng)除去包括我們所了解的順控功能以外，一些DCS還兼具啟停汽輪機功能?，F(xiàn)階段國內(nèi)電氣順控開始也引入DCS。雖然不同設(shè)計者、不同DCS在機組順空中會應(yīng)用到不同方法、結(jié)構(gòu)與裝置，不過分級層次結(jié)構(gòu)仍舊是主流方式。DCS順控有四個等級，包括機組協(xié)調(diào)級、功能組級、子功能組級、驅(qū)動級。國外的SCS包括上述全部功能。國內(nèi)設(shè)計者一般會根據(jù)電廠需求進行設(shè)計。

2 順控系統(tǒng)特征

2.1 結(jié)構(gòu)

DCS順控系統(tǒng)總共兩種形式，是按照控制方式即順序控制所組成的SCS，以及根據(jù)熱力工藝劃分的控制子系統(tǒng)。SCS優(yōu)點在于子系統(tǒng)控制方式簡單，可以將其控制在單獨系統(tǒng)內(nèi)部，其調(diào)試、組態(tài)、設(shè)計全部由熟悉策略、順控邏輯的工程師負責，不會與閉環(huán)系統(tǒng)工程師工作內(nèi)容沖突，可以大幅提高工作效率。此外PLC/上位機順控系統(tǒng)同樣也是順控系統(tǒng)重要的結(jié)構(gòu)，包括信號采集、顯示、單回路PID調(diào)節(jié)等功能。

2.2 功能

DCS功能有多個層級結(jié)構(gòu)，不同DCS有著不同的使用途徑和控制功能。順控分級對提高系統(tǒng)維護性、可用性、可靠性中發(fā)揮著很大的作用，包括電機、泵、電動門、氣動閥啟停與開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)補給水置換、進酸、反洗。電廠沖灰、除灰、制水、再生。

3 順控系統(tǒng)趨勢

實際上不論是PLC/上位機順控系統(tǒng)還是DCS都需要依賴系統(tǒng)軟件和硬件，無互操作、互換、開放性。此外PLC與DCS本身的集成概念與結(jié)構(gòu)限制了自控系統(tǒng)的發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)狀以及技術(shù)特征來看，未來的數(shù)字與模擬DCS或?qū)⒈籉CS所取代。FCS能夠做到真正的設(shè)備保護、連鎖、啟停。利用數(shù)字信號控制系統(tǒng)，從主控室修改和下載組態(tài)、控制邏輯，豐富功能性和自動化水平，對提高電廠工作效率有重要的意義。

4 結(jié)語

對火電廠來說，未來自身的發(fā)展會更加智能、更加系統(tǒng)，這樣才能夠滿足社會發(fā)展需要，提高問題處理的有效性與針對性。工作人員與科研人員必須積極研究，了解順控系統(tǒng)對操作人員的實際要求，為操作人員提供更為準確、方便的操作模式，保障順控系統(tǒng)同時兼顧保障生產(chǎn)有效性、安全性的要求。