660MW机组脱硫控制系统自启停设计及应用
时间：2022-05-13 阅读：960
文章作者：技术中心/王维
摘要：机组自启停控制系统（APS）是热工自动化技术的发展方向之一，我们以大唐南京660MW机组脱硫DCS系统为例，介绍了APS系统的应用和设计方法，对APS设计和调试过程中的技术难点及解决方法进行了重点阐述。通过APS系统的投运，进一步减少了人为干预，提高了机组的自动化水平。
关键词：机组自启停、顺序控制系统、APS、660MW机组、NT6000集散控制系统、逻辑结构
1.概述
大唐南京电厂2×660MW机组于2010 年12月顺利通过168小时性能验收，其中辅助车间集中控制和烟气脱硫控制系统全部采用南京科远自动化集团股份有限公司的NT6000集散控制系统，控制总点数达到13000 多点。如此大型的机组在运行期间，特别是在启、停系统的操作过程中，如果全靠操作人员手动进行，则需要大量准确地操作才能保证机组顺利启停。而在烟气脱硫系统采用的APS，即机组自启停系统这一控制理念既提高了机组启停的正确性、规范性，又大大减轻了运行人员的工作强度，从整体上提高机组的自动化水平。本文将就APS系统在烟气脱硫控制系统的设计及应用做详细地阐述。
2. APS逻辑设计
2.1基本结构设计
APS系统使用断点方式实现机组自启停控制，可实现从系统准备到出口烟气完成脱硫以及解列烟气脱硫的自动控制。APS分启动模式和停止模式，分别包含6个断点程序，启动过程分为:系统准备断点、启动循环泵断点、启动除雾器断点、启动石膏排出泵断点、启动石灰石浆液泵断点、启动氧化风机断点；停止过程分为：停止氧化风机断点、停止灰石浆液泵断点、停止石膏排出泵断点、停止除雾器断点、停止循环泵断点、停止真空皮带机断点。
2.2软件逻辑设计
从APS系统软件逻辑上分析，机组自启停系统可分为三层。
2.2.1
其中操作管理逻辑是APS的层，其作用为：
（1）选择启动模式还是停止模式；
（2）选择和判断APS是否投入；当非APS投入模式时，可以任意选择一个或若干个断点，在进行下一个断点程序之前，其产生的指令会判断之前的断点是否已完成，当选择APS投入模式时，可以实现机组的整机启动或停止。
（3）选择操作提示模式（手动模式）、自动操作模式；考虑到APS 控制涉及到大量的现场设备,常常出现由于设备本体的原因无法保证所有设备均能接受远方自动控制,因此受控设备(回路) 均设计有“操作提示”和“自动操作”两种模式。运行人员可根据需要,将相应的设备切到“操作指导”模式,APS逻辑对此设备将只作闪光提示而不直接启动,调节回路输出将跟踪执行机构的位置反馈。由运行人员手动完成相关操作,操作完成后,反馈信号将触发逻辑进入下一步序的控制。在自动操作模式时，将根据选择的断点自动完成设备的启停操作。因此在APS投入模式时，一定是自动操作模式。
（4）选择设备的备用关系；互为备用的设备，在APS启动过程中，选择主工作设备和备用设备。
下图为APS投入及断点选择的逻辑框图，从图中可知，APS投入时，每个断点都将被执行，若APS没有投入，则选择到的断点将会被执行，此功能可用于在系统投运前，对每个分断点（子系统）进行分别调试或有选择性的组合联调。
2.2.2
APS系统软件逻辑的第二层为步进程序。它是APS构成的核心内容，每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进程序(SFC)。其作用为：
(1) 判断每个断点启动和停止的允许条件；
(2) 给每个断点提供人工干预的手段，比如跳步、暂停、复位等；
(3) 显示断点中每一步的步序号、执行时间、设定时间、剩余时间等；当前步序号必须保证每个子步都不一样，当步序号变化时给当前步运行时间清零后开始计时、而当子步序处于暂停时，剩余时间是不计时的。
2.2.3
第三层为各断点子步进行时产生的指令，即产生送至各个设备的功能组命令。其作用为：
（1）选择设备的手动或自动模式；
（2）根据每个断点子步序的触发条件去动作设备；
（3）互为备用的设备启动组，若选择的设备组启动失败时，需自动切换至启动备用设备组有提示运行人员。
在具体的逻辑设计时,采用了模块化,结构化的组态方式，每个步序逻辑均采用了相同的逻辑结构,以保证程序的可读性和准确性。这样做一方面更为清晰有效地实现了控制策略;另一方面也便于调试和修改,不至于出现一处逻辑修改而引起多处连锁反应的情况,提高了系统安全性。
3. APS报警设计
在系统运行期间，DCS 系统通过操作画面与操作员进行信息互动，但为了对系统进行更有效地监控，就需要对出现事故报警的被控对象进行快速检索、判别和确认事故类别，因此我们在进行APS报警设计时需要考虑如下方面：
（1）系统设备的故障状态，例如设备跳闸、阀门故障、指令拒绝等信息必须在操作画面实时反映,以便给操作员进行监控。
（2）对报警进行分系统显示，一旦出现报警，可以准确地对报警进行定位。
（3）系统运行过程中，特别是机组发生故障的时候,过程报警是海量信息。为帮助操作员正确把握主要故障原因，报警应分等级分别报出。
（4）各种过程报警信息通过适当的途径完整体现，使操作员掌握全面的信息，例如可以采用报警光子牌的形式。
（5）系统运行过程中,报警形式可根据需要采用声音、彩色灯光、颜色等多种手段。
4. 界面设计
我们在进行APS界面设计的原则是：主操作界面需要简洁，表现出系统的运行情况即可，子界面需给出系统中各个断点及断点包含的功能组、设备的运行情况。APS的操作界面如下图所示。
下面分别介绍每个按钮及显示框的详细意思：
1） 条件满足：当执行到某个断点时，若条件满足，绿色显示；若条件不满足，红色显示。点击按钮可查看当前断点的每个条件允许与否。
2） 操作提示：点击按钮通过弹出画面可对系统投运断点、设备主备关系进行选择。
3） APS投入：当APS投入时，所有断点都将被选择。
4） 自动模式：分自动和手动模式，当APS投入时，系统进入自动模式。APS解除时，可以选择手动和自动模式，并且可以通过右键进入子图，选择哪些断点投入。
5） 系统流程：点击进入详细子图，如下图所示。
左侧为整个系统所需执行的步骤，黄色闪烁框表示当前正在执行的断点程序。可点击流程框，例如“调用#1A 吸收塔启动功能组”，在右边弹出启动功能组的详细状况，其中显示此功能组所涉及设备的运行状态、运行时间等。
6） 报警光子牌：当系统中有未确认报警时，红色/黄色闪烁；有报警但已确认时平光红色；无报警时为灰色。点击可进入详细报警信息画面。
7） 当前主步序：这里显示APS执行情况的进度显示，以及当前执行中的断点描述。
8） 当前子步序：执行断点中子功能组的步序描述以及当前步的执行时间。
9） 当前步剩余时间：根据当前步执行所需的设定时间计算出当前步的剩余时间。
10）操作按钮：系统启动、停止、确认、暂停、复位按钮，通过这些按钮完成APS的所有操作。当完成一个断点时，操作按钮将被下图所替换。点“继续”按钮，程序将自己进入下一个断点；点“暂停”按钮，程序将停留在当前断点且下方的剩余时间不再累计，当“暂停”取消时，再继续计时，当剩余时间小于或等于0秒时，自动进入下一断点；点“复位”按钮，APS程序将中止。
5. 总结
本项目在NT6000系统硬件平台实现了660MW机组脱硫控制系统的APS功能。整个系统在逻辑设计时采用模块化组态，结构清晰明了，画面和报警设计尽可能的满足了运行人员的监控方式，提供了大量的操作指导和提示信息，方便了运行人员的操作。从功能设计而言，包括了从系统投运初期到完成烟气脱硫的全过程，运行人员还可根据实际情况进行不同的操作。
由于设备自身的可控性和可用率不能满足自动化要求，以及一些工艺和技术上仍存在问题，国内APS系统的投用成功率还不高。随着本系统的成功投运，进一步减少了人为干预，提高了机组的自动化水平，也给同类型机组的脱硫控制系统提供了很好地借鉴作用。
参考文献
【1】项雷、过泉生、张岩、忻铁祥《机组自启停系统在宝钢电厂350MW机组上的应用》，发电设备，2005 No.5
【2】谢健育《700MW机组自启停系统（APS）设计特点及应用》，内蒙古电力技术，2001年第19卷第2期
【3】余振华《机组自启停系统应用策略与调试》，广西电力，2007年第五期