摘要：機組自啟?？刂葡到y(tǒng)（APS）是熱工自動化技術(shù)的最新發(fā)展方向之一。以某國產(chǎn)600MW 機組DCS系統(tǒng)改造為實例，介紹了在老機組改造項目中設(shè)計和應(yīng)用APS系統(tǒng)的方法，并重點探討了功能組設(shè)計和閉合控制回路投自動等關(guān)鍵技術(shù)問題。APS系統(tǒng)在給運行人員操作指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步
DCS 控制系統(tǒng)的發(fā)展及其在火電機組中應(yīng)用的成熟，為熱工自動化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。而如何改進(jìn)火電機組的自動控制系統(tǒng)，在保證機組運行安全性的基礎(chǔ)上，提高運行的經(jīng)濟性，增強電力企業(yè)的市場競爭能力，始終是熱工自動化發(fā)展的方向。機組自啟?？刂葡到y(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shutdown System , 簡稱 APS）作為提高自動化水平行之有效的方法，受到越來越多的關(guān)注和重視。
APS 是實現(xiàn)機組啟動和停止過程自動化的系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于可以提高機組啟停的正確性、規(guī)范性，大大減輕運行人員的工作強度，縮短機組啟停時間，從整體上提高機組的自動化水平。因而，如何設(shè)計和完善APS 機組自啟?？刂葡到y(tǒng)，使其強大的功能得到充分發(fā)揮，是值得深入研究的問題。
本文以華東某電廠600MW機組DCS系統(tǒng)改造項目為實例，介紹了APS 機組自啟?？刂葡到y(tǒng)在老機組改造中的設(shè)計和應(yīng)用，并探討了功能組設(shè)計和閉環(huán)控制回路投自動等關(guān)鍵技術(shù)問題。
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)備啟停和自動控制，為APS特別設(shè)置一個控制器以實現(xiàn)其功能，在電廠控制系統(tǒng)改造工程中實用性不大。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安全運行，不致于出現(xiàn)一個控制器故障造成 APS 所有功能不能使用的情況。
(2) APS 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
在實際功能設(shè)計中，APS系統(tǒng)采用分級控制結(jié)構(gòu)，將熱力系統(tǒng)工藝流程分解成若干局部的獨立過程。由設(shè)備級控制設(shè)備實現(xiàn)相對獨立的啟停階段；再由功能組級聯(lián)系設(shè)備級完成單系統(tǒng)啟停和自動控制；最終由機組級協(xié)調(diào)功能組級、相對獨立的設(shè)備和控制系統(tǒng)等，來共同實現(xiàn)機組的全程啟?？刂?。分級控制使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰嚴(yán)謹(jǐn)，有利于提高設(shè)計、組態(tài)及調(diào)試的工作效率。同時，分級控制在同級之間相互獨立，具有很大的靈活性，有利于投運后的運行管理和熱工維護(hù)，運行人員可以根據(jù)具體情況選擇各種控制方式。如在凝結(jié)水流程圖上，運行人員可以單操某臺凝泵及其相應(yīng)閥門，完成設(shè)備級控制，實現(xiàn)單設(shè)備操作；也可啟動凝結(jié)水泵子組，完成從開啟放氣閥到凝泵再循環(huán)閥投自動的一系列功能組控制。
功能組級實現(xiàn)某一工藝流程涉及的相關(guān)設(shè)備啟停和控制，是整個APS 系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)機組級控制的前提。它根據(jù)工藝流程的需要和特點，按照預(yù)定的順序、時序和邏輯條件的要求進(jìn)行判斷和運算，發(fā)送指令、控制設(shè)備，依次進(jìn)行一系列的動作。機組級屬于系統(tǒng)最高層控制，它對機組的運行工況進(jìn)行全面監(jiān)視，根據(jù)機組啟停過程中不同階段的需要，向各功能組或設(shè)備級、及相關(guān)其它系統(tǒng)如 DEH（汽機電液調(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，自動地完成整臺機組的啟停。組級控制需要實現(xiàn)的基本功能是步序控制。如何保障步序指令的發(fā)送及反饋信號的接受準(zhǔn)確、及時，是設(shè)計時重點考慮的問題。同時，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包括機組自動啟動和自動停止2 部分。自動啟動過程又分為熱態(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)運行人員經(jīng)驗，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現(xiàn)相應(yīng)操作。
構(gòu)筑完基本功能塊后，開始設(shè)計人機接口。讓運行人員迅速掌握全新的系統(tǒng)并熟練地使用，對改造機組而言至關(guān)重要。 (l）功能組實行步序控制，即按照預(yù)定的操作順序逐一實現(xiàn)設(shè)備的啟停和控制。每步控制指令可以發(fā)送給一個或多個設(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。步序的自動執(zhí)行過程可以由運行人員暫停。執(zhí)行過程中，功能組顯示操作順序、設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前步號、執(zhí)行時間、功能組控制方式等信息，便于運行人員監(jiān)視執(zhí)行情況。
(2）功能組啟動方式分上一級自動觸發(fā)或運行人員手動執(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（自動切換手動方式）時，功能組的輸出指令被閉鎖，相當(dāng)于操作指導(dǎo)，運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切換，即機組級指導(dǎo)模式觸發(fā)功能組級，功膽沮級觸發(fā)設(shè)備級。當(dāng)然，無論采用何種方式啟動，都必須滿足功能組允許條件。
(3）功能組能對故障進(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，功能組會自動中斷步序執(zhí)行，以避免繼續(xù)執(zhí)行造成無效操作，導(dǎo)致聯(lián)鎖和保護(hù)動作。當(dāng)設(shè)備故障解決后，功能組會自動執(zhí)行下一步；若故障無法解決，則運行人員可以通過復(fù)置退出功能組執(zhí)行，也可以用跳步選項，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，便于運行人員在功能組執(zhí)行過程中人為干預(yù)暫停程序。
（4）功能組還具備一些方便機組級控制的操作。如旁路功能可以直接將功能組置為順控完成狀態(tài)；斷點功能為運行人員提供重要操作執(zhí)行前確認(rèn)的手段；后備預(yù)選功能使運行人員能設(shè)定互備設(shè)備的啟動順序等。
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)使用多重功能組來實現(xiàn)啟停。其功能組內(nèi)容包括：風(fēng)煙系統(tǒng)主組、送風(fēng)機子組、引風(fēng)機子組、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)啟動某側(cè)引風(fēng)機子組
l）啟動引風(fēng)機潤滑油系統(tǒng)設(shè)備級控制；
2）啟動引風(fēng)機頂軸油系統(tǒng)設(shè)備級控制；
3）開啟引風(fēng)機隔離擋板設(shè)備級控制；
4）啟動引風(fēng)機設(shè)備級控制（原 DCS 設(shè)計的順控功能，包含與 CCS 系統(tǒng)動葉控制的接口）；
5）停止引風(fēng)機頂軸油系統(tǒng)設(shè)備級控制。
(2)確認(rèn)第 2 臺引風(fēng)機進(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行方式
(4)啟動相應(yīng)方式下的送風(fēng)機子組
l）啟動送風(fēng)機潤滑油系統(tǒng)設(shè)備級控制；
2）啟動送風(fēng)機設(shè)備級控制（原DCS 設(shè)計的順控功能，包含與 CCS 系統(tǒng)動葉控制的接口）。
(5)確認(rèn)第2臺送風(fēng)機出口隔離檔板關(guān)
(6)自動設(shè)里爐膛壓力定值，投入引風(fēng)機控制自動
(7)確認(rèn)爐膛負(fù)壓正常
(8)自動設(shè)顯爐膛總風(fēng)量，投入送風(fēng)機控制自動
(9)投入暖風(fēng)器設(shè)備級控制
3.2 功能組聯(lián)系及功能實現(xiàn)
方案原理圖見圖l 。
處理好功能組內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)間的接口是實現(xiàn)功能組正常投運的關(guān)鍵。在風(fēng)煙系統(tǒng)功能組中，步驟(6)的自動設(shè)置爐膛壓力定值，投引風(fēng)機控制自動，涉及SCS與CCS 間信號交換。
具體過程是：CCS 收到自動設(shè)置定值指令后，將當(dāng)前值自動以一定速率變化到給定值，此時判斷實際爐膛壓力是否隨之變化，當(dāng)實際值接近設(shè)定值時， CCS 再自動觸發(fā)引風(fēng)機控制自動。
四、總結(jié)
火電機組的工藝復(fù)雜，而且安全性要求很高，有許多情況需要運行人員的判斷和確診；另外，有些手動閥門等設(shè)置需要運行人員到現(xiàn)場去操作和檢查，尤其是老機組。所以火電機組要做到一鍵啟動幾乎是不可能的，切實的 APS 實施方法，應(yīng)該是以操作指導(dǎo)為基礎(chǔ)的機組自動啟停。目前，國內(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化要求外，還存在一些工藝和技術(shù)上的問題。這些問題需要通過長期、深入地分析研究才能得到解決。
（轉(zhuǎn)載）
