摘要：機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)（APS）是熱工自動(dòng)化技術(shù)的最新發(fā)展方向之一。以某國(guó)產(chǎn)600MW 機(jī)組DCS系統(tǒng)改造為實(shí)例，介紹了在老機(jī)組改造項(xiàng)目中設(shè)計(jì)和應(yīng)用APS系統(tǒng)的方法，并重點(diǎn)探討了功能組設(shè)計(jì)和閉合控制回路投自動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。APS系統(tǒng)在給運(yùn)行人員操作指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步
DCS 控制系統(tǒng)的發(fā)展及其在火電機(jī)組中應(yīng)用的成熟，為熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。而如何改進(jìn)火電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在保證機(jī)組運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，增強(qiáng)電力企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，始終是熱工自動(dòng)化發(fā)展的方向。機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shutdown System , 簡(jiǎn)稱 APS）作為提高自動(dòng)化水平行之有效的方法，受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視。
APS 是實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)和停止過(guò)程自動(dòng)化的系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于可以提高機(jī)組啟停的正確性、規(guī)范性，大大減輕運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，縮短機(jī)組啟停時(shí)間，從整體上提高機(jī)組的自動(dòng)化水平。因而，如何設(shè)計(jì)和完善APS 機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)，使其強(qiáng)大的功能得到充分發(fā)揮，是值得深入研究的問(wèn)題。
本文以華東某電廠600MW機(jī)組DCS系統(tǒng)改造項(xiàng)目為實(shí)例，介紹了APS 機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)在老機(jī)組改造中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并探討了功能組設(shè)計(jì)和閉環(huán)控制回路投自動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
一、APS 系統(tǒng)的構(gòu)成
(1) APS 系統(tǒng)硬件分配
APS系統(tǒng)涉及到大量設(shè)備啟停和自動(dòng)控制，為APS特別設(shè)置一個(gè)控制器以實(shí)現(xiàn)其功能，在電廠控制系統(tǒng)改造工程中實(shí)用性不大。將APS 控制功能分散在SCS（順序控制系統(tǒng)）中，既可以減少系統(tǒng)通信負(fù)荷壓力，也能保障APS安全運(yùn)行，不致于出現(xiàn)一個(gè)控制器故障造成 APS 所有功能不能使用的情況。
(2) APS 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
在實(shí)際功能設(shè)計(jì)中，APS系統(tǒng)采用分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，將熱力系統(tǒng)工藝流程分解成若干局部的獨(dú)立過(guò)程。由設(shè)備級(jí)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的啟停階段；再由功能組級(jí)聯(lián)系設(shè)備級(jí)完成單系統(tǒng)啟停和自動(dòng)控制；最終由機(jī)組級(jí)協(xié)調(diào)功能組級(jí)、相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備和控制系統(tǒng)等，來(lái)共同實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全程啟停控制。分級(jí)控制使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰嚴(yán)謹(jǐn)，有利于提高設(shè)計(jì)、組態(tài)及調(diào)試的工作效率。同時(shí)，分級(jí)控制在同級(jí)之間相互獨(dú)立，具有很大的靈活性，有利于投運(yùn)后的運(yùn)行管理和熱工維護(hù)，運(yùn)行人員可以根據(jù)具體情況選擇各種控制方式。如在凝結(jié)水流程圖上，運(yùn)行人員可以單操某臺(tái)凝泵及其相應(yīng)閥門，完成設(shè)備級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)單設(shè)備操作；也可啟動(dòng)凝結(jié)水泵子組，完成從開啟放氣閥到凝泵再循環(huán)閥投自動(dòng)的一系列功能組控制。
功能組級(jí)實(shí)現(xiàn)某一工藝流程涉及的相關(guān)設(shè)備啟停和控制，是整個(gè)APS 系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)組級(jí)控制的前提。它根據(jù)工藝流程的需要和特點(diǎn)，按照預(yù)定的順序、時(shí)序和邏輯條件的要求進(jìn)行判斷和運(yùn)算，發(fā)送指令、控制設(shè)備，依次進(jìn)行一系列的動(dòng)作。機(jī)組級(jí)屬于系統(tǒng)最高層控制，它對(duì)機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行全面監(jiān)視，根據(jù)機(jī)組啟停過(guò)程中不同階段的需要，向各功能組或設(shè)備級(jí)、及相關(guān)其它系統(tǒng)如 DEH（汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、NCS（電氣控制系統(tǒng)）等發(fā)出控制指令，并根據(jù)各控制系統(tǒng)的工作情況，協(xié)調(diào)機(jī)爐電各系統(tǒng)的控制，以保證在少量人工干預(yù)甚至完全不用人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)地完成整臺(tái)機(jī)組的啟停。組級(jí)控制需要實(shí)現(xiàn)的基本功能是步序控制。如何保障步序指令的發(fā)送及反饋信號(hào)的接受準(zhǔn)確、及時(shí)，是設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。同時(shí)，還需要兼顧控制器的工作負(fù)荷，在完成同樣功能前提下，功能塊所占控制器資源最少。
二、APS系統(tǒng)功能
APS包括機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停止2 部分。自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程又分為熱態(tài)和冷態(tài) 2 種方式，制造廠在這方面未提供相應(yīng)劃分資料，其劃分就根據(jù)運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)，將差別主要體現(xiàn)在功能組工況要求不同。如鍋爐升溫升壓功能組，CCS 就根據(jù)APS的指令，按照不同的升溫升壓曲線實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。
構(gòu)筑完基本功能塊后，開始設(shè)計(jì)人機(jī)接口。讓運(yùn)行人員迅速掌握全新的系統(tǒng)并熟練地使用，對(duì)改造機(jī)組而言至關(guān)重要。 (l）功能組實(shí)行步序控制，即按照預(yù)定的操作順序逐一實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停和控制。每步控制指令可以發(fā)送給一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，該步操作全部完成后，若相應(yīng)狀態(tài)反饋滿足該步完成要求，則轉(zhuǎn)到下一步執(zhí)行；若該步完成要求在上步完成時(shí)就已滿足，則不發(fā)送該步指令而直接跳到下一步。步序的自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程可以由運(yùn)行人員暫停。執(zhí)行過(guò)程中，功能組顯示操作順序、設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前步號(hào)、執(zhí)行時(shí)間、功能組控制方式等信息，便于運(yùn)行人員監(jiān)視執(zhí)行情況。
(2）功能組啟動(dòng)方式分上一級(jí)自動(dòng)觸發(fā)或運(yùn)行人員手動(dòng)執(zhí)行。這 2 種方式配有切換按鈕。當(dāng)設(shè)置功創(chuàng)繃為指導(dǎo)模式（自動(dòng)切換手動(dòng)方式）時(shí)，功能組的輸出指令被閉鎖，相當(dāng)于操作指導(dǎo)，運(yùn)行人員按照顯示的操作要求完成相應(yīng)的操作。指導(dǎo)模式采用由大到小原則自動(dòng)切換，即機(jī)組級(jí)指導(dǎo)模式觸發(fā)功能組級(jí)，功膽沮級(jí)觸發(fā)設(shè)備級(jí)。當(dāng)然，無(wú)論采用何種方式啟動(dòng)，都必須滿足功能組允許條件。
(3）功能組能對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)視和處理。若當(dāng)前執(zhí)行步中有設(shè)備出現(xiàn)故障，功能組會(huì)自動(dòng)中斷步序執(zhí)行，以避免繼續(xù)執(zhí)行造成無(wú)效操作，導(dǎo)致聯(lián)鎖和保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)設(shè)備故障解決后，功能組會(huì)自動(dòng)執(zhí)行下一步；若故障無(wú)法解決，則運(yùn)行人員可以通過(guò)復(fù)置退出功能組執(zhí)行，也可以用跳步選項(xiàng)，讓功能組從下一步接著往下執(zhí)行。為靈活起見，我們還設(shè)置中斷按鈕，便于運(yùn)行人員在功能組執(zhí)行過(guò)程中人為干預(yù)暫停程序。
（4）功能組還具備一些方便機(jī)組級(jí)控制的操作。如旁路功能可以直接將功能組置為順控完成狀態(tài)；斷點(diǎn)功能為運(yùn)行人員提供重要操作執(zhí)行前確認(rèn)的手段；后備預(yù)選功能使運(yùn)行人員能設(shè)定互備設(shè)備的啟動(dòng)順序等。
三、風(fēng)煙系統(tǒng)APS功能
3.1 風(fēng)煙系統(tǒng)功能組構(gòu)成
風(fēng)煙系統(tǒng)使用多重功能組來(lái)實(shí)現(xiàn)啟停。其功能組內(nèi)容包括：風(fēng)煙系統(tǒng)主組、送風(fēng)機(jī)子組、引風(fēng)機(jī)子組、同CCS 相應(yīng)控制回路的閉環(huán)接口等。
風(fēng)煙系統(tǒng)主組的具體構(gòu)成如下：
(1)啟動(dòng)某側(cè)引風(fēng)機(jī)子組
l）啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)備級(jí)控制；
2）啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)頂軸油系統(tǒng)設(shè)備級(jí)控制；
3）開啟引風(fēng)機(jī)隔離擋板設(shè)備級(jí)控制；
4）啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)設(shè)備級(jí)控制（原 DCS 設(shè)計(jì)的順控功能，包含與 CCS 系統(tǒng)動(dòng)葉控制的接口）；
5）停止引風(fēng)機(jī)頂軸油系統(tǒng)設(shè)備級(jí)控制。
(2)確認(rèn)第 2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)檔板、出口隔離擋板關(guān)
(3)選擇是否采用交又運(yùn)行方式
(4)啟動(dòng)相應(yīng)方式下的送風(fēng)機(jī)子組
l）啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)備級(jí)控制；
2）啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)設(shè)備級(jí)控制（原DCS 設(shè)計(jì)的順控功能，包含與 CCS 系統(tǒng)動(dòng)葉控制的接口）。
(5)確認(rèn)第2臺(tái)送風(fēng)機(jī)出口隔離檔板關(guān)
(6)自動(dòng)設(shè)里爐膛壓力定值，投入引風(fēng)機(jī)控制自動(dòng)
(7)確認(rèn)爐膛負(fù)壓正常
(8)自動(dòng)設(shè)顯爐膛總風(fēng)量，投入送風(fēng)機(jī)控制自動(dòng)
(9)投入暖風(fēng)器設(shè)備級(jí)控制
3.2 功能組聯(lián)系及功能實(shí)現(xiàn)
方案原理圖見圖l 。
處理好功能組內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)間的接口是實(shí)現(xiàn)功能組正常投運(yùn)的關(guān)鍵。在風(fēng)煙系統(tǒng)功能組中，步驟(6)的自動(dòng)設(shè)置爐膛壓力定值，投引風(fēng)機(jī)控制自動(dòng)，涉及SCS與CCS 間信號(hào)交換。
具體過(guò)程是：CCS 收到自動(dòng)設(shè)置定值指令后，將當(dāng)前值自動(dòng)以一定速率變化到給定值，此時(shí)判斷實(shí)際爐膛壓力是否隨之變化，當(dāng)實(shí)際值接近設(shè)定值時(shí)， CCS 再自動(dòng)觸發(fā)引風(fēng)機(jī)控制自動(dòng)。
四、總結(jié)
火電機(jī)組的工藝復(fù)雜，而且安全性要求很高，有許多情況需要運(yùn)行人員的判斷和確診；另外，有些手動(dòng)閥門等設(shè)置需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)去操作和檢查，尤其是老機(jī)組。所以火電機(jī)組要做到一鍵啟動(dòng)幾乎是不可能的，切實(shí)的 APS 實(shí)施方法，應(yīng)該是以操作指導(dǎo)為基礎(chǔ)的機(jī)組自動(dòng)啟停。目前，國(guó)內(nèi)APS系統(tǒng)的投用成功率還不高。除了設(shè)備自身的可控性和可用率不能滿足自動(dòng)化要求外，還存在一些工藝和技術(shù)上的問(wèn)題。這些問(wèn)題需要通過(guò)長(zhǎng)期、深入地分析研究才能得到解決。
（轉(zhuǎn)載）
