PLC及觸摸屏在鍋爐FSSS系統中的應用

陶桂霞（中國石化集團南京化學工業有限公司，江蘇 南京 210048）

PLC及觸摸屏在鍋爐FSSS系統中的應用

陶桂霞
（中國石化集團南京化學工業有限公司，江蘇 南京 210048）

摘要：本文以西門子S7400的產品介紹了可編程控制器PLC和觸摸屏在鍋爐保護系統FSSS中的應用，介紹了FSSS系統的結構、系統硬件構成、邏輯功能及在觸摸屏上的顯示。

關鍵詞：FSSS；PLC；觸摸屏；MFT

1　現場設備概況

南化公司動力部鍋爐裝置配有三臺220T/h鍋爐，每臺鍋爐均設計有爐膛燃燒保護系統（簡稱FSSS系統）。每臺鍋爐配有2臺送風機、2臺引風機、2臺排粉機、8臺給粉機、16個二次風門、四個角12個火檢（其中每個角2個煤層和1個油層）。

2　FSSS系統的概述

FSSS系統，即鍋爐爐膛安全監控系統（Furnace Safeguard Supervisory System），是監控鍋爐安全燃燒的不可缺少的部分。FSSS系統包括PLC（可編程控制器）、觸摸屏、火焰檢測系統等。

FSSS系統是現代大型火電機組鍋爐必須具備的一種監控系統，它能使鍋爐燃燒系統中各個設備按規定的操作順序和條件安全啟（投）、停（切），并能在危急工況下迅速切斷進入鍋爐爐膛的全部燃料（煤粉和油），防止爆燃、爆炸等破壞性事故發生，還能避免操作人員在操作時的誤動作，并能及時執行手操來不及的快動作，如緊急切斷和跳閘。

3　FSSS系統的構成

南化公司三臺鍋爐的3套FSSS系統共用一臺工程師站和一臺SOE站，三套FSSS系統分別有一臺PLC控制站和一臺觸摸顯示屏，三臺PLC控制器通過冗余E太網與觸摸顯示屏、工程師站、SOE站連在一起。PLC控制部分采用的是西門子S7400，操作員接口使用的是西門子觸摸屏。

3.1 控制器配置

控制器采用的是西門子公司的CPU 414-4H高性能處理器冗余配置，完全實現無擾切換。PLC控制器與I/O模塊之間采用雙纜冗余結構，該網絡符合ICE控制網絡標準。

3.2 I/O模塊配置

PLC的I/O卡件冗余配置，I/O模塊有故障自診斷能力，I/O卡（包括備用卡）均能在不受軟件版本限制的條件下隨時使用。FSSS系統冗余配置三種模塊：DI（數字量輸入）6ES73217BH010AB0卡、DO（數字量輸出）6ES73228BH010AB0卡和AI（模擬量輸入）6ES73317NF000AB0 卡 ，為了提高系統的安全性和可靠性，每個DI卡件的通道都使用了繼電器隔離后輸入；每個DO卡件的通道都使用了繼電器隔離后輸出；每個AI卡具有錯誤診斷，對所有的電壓及0-20mA的電流具有短路保護作用。每套鍋爐的FSSS系統有AI點23個，DI點110個，DO點39個。本著危險分散的原則，引起跳車的條件分散在不同的DI卡件上，如測量爐膛壓力高的三個壓力開關輸入信號分布在三塊DI卡上。

3.3操作員接口

操作員接口采用的是西門子 12″盤裝式的TFT 觸摸屏，通過雙以太網與PLC相連，顯示FSSS爐膛吹掃、火焰檢測、OFT、MFT等功能狀態，滿足相應的監控、操作需要。

3.4工程師站、事件順序記錄（SOE）站

工程師站和SOE站通過雙以太網跟PLC相連，工程師站采用西門子PCS7軟件，用于PLC系統的組態、編程、故障診斷、狀態監測、系統診斷，同時具有SOE站的功能，SOE站實時記錄PLC事件，用于事故分析等。

4　FSSS控制邏輯功能組成

FSSS控制邏輯功能包括爐膛吹掃、火焰檢測、OFT（油燃料散失）、MFT（主燃料散失）、油泄漏測試、 自動點火六個部分，下面結合觸摸屏介紹南化公司現場FSSS在用的幾個重要功能。

4.1 爐膛吹掃

爐膛吹掃是指鍋爐點火前或停爐后，用合適的風量，掃清爐膛及煙道中可能積聚的可燃物質，以避免鍋爐爆燃或爆炸事故的發生。

FSSS系統滿足吹掃條件是送風機運行（至少有一臺送風機在運行）、引風機運行（至少有一臺引風機在運行）、全部排粉機跳閘、全部給粉機跳閘、二次風擋板在吹掃位（二次風擋板滿足總數的3/4在打開位置）、鍋爐的四個角的支路油閥全部關閉、汽包水位正常（-50mmH2O~50mmH2O，三臺差壓變送器三取中）、爐膛無火、風量滿足（風量＞30%額定風量，此時送風機擋板開度大于30%）、火檢冷卻風壓力正常、MFT動作條件不存在（BTG盤上有MFT復位按鈕）、OFT動作條件不存在（BTG盤上有OFT復位按鈕）、主油閥關閉。以上吹掃條件是否滿足在觸摸屏上都是以指示燈狀態變化反映出來，當條件滿足時，該條件狀態顯示黃色，否則顯示綠色。當吹掃條件全部變成黃色，表示鍋爐滿足吹掃要求，這時吹掃請求狀態由綠色變成黃色，按吹掃啟動按鈕，吹掃時間為5分鐘，在吹掃進行過程中，吹掃進行狀態由綠色變成黃色，5分鐘時間到，吹掃完成狀態變成黃色，提示吹掃完成。在5分鐘內如有任一吹掃條件不滿足要求，這時吹掃中斷，吹掃中斷指示狀態由綠色變成黃色，等所有吹掃條件滿足時，再次吹掃時重新計時吹掃。水位測量的現場變器信號通過安全柵一分為二，一路進DCS系統，一路進FSSS系統，由于DCS系統和FSSS系統測量不能做到完全同步，而操作人員只能在DCS畫面監控水位值，當DCS畫面水位值顯示正常范圍內，FSSS檢測到的可能不在正常范圍，為了不影響吹掃，在鍋爐吹掃畫面中加了一個水位確認按鈕，操作人員看到DCS上的水位值正常時，FSSS的水位正常指示顏色未變成黃色，此時可以按下水位確認按鈕，使水位正常滿足條件。

4.2火焰檢測

每臺爐的火焰檢測分油層和煤層，煤層分煤一層和煤二層，鍋爐4個角各有一個油層火檢、二個煤層火檢，總共12個火檢。

當某一角支路油閥開，30S內檢測到該支路油閥對應的油層火檢信號，認為該角油層有火焰，觸摸屏上火焰檢測對應角的油層角火檢的指示狀態由綠色變成黃色，否則認為該角油層無火；當給粉機運行，1分鐘中內檢測到該臺給粉機對應的煤層火檢信號，認為該角煤層有火焰，觸摸屏上火焰檢測對應角的煤層角火檢狀態指示由綠色變成黃色，否則認為該角煤層無火。在剛開爐時，火焰信號不穩，所以在FSSS的PLC控制柜設有火檢投切開關。剛開爐時，12個火檢投切開關全部置于切除位置，鍋爐負荷穩定時，12個火檢投切開關置于投入位置。鍋爐運行時火檢狀態有三種情況，僅油層運行，只存在油層火焰；僅煤層運行，只存在煤層火焰；煤層和油層同時運行，油層、煤層火焰都存在，三種情況都是全部火焰喪失，才認為爐膛喪失了火焰。

4.3 OFT（油燃料跳閘）

OFT（OIL FUEL TRIP）油燃料跳閘的功能是當油路系統出現故障或鍋爐MFT時，迅速切斷供油，防止事故的進一步擴大。該控制邏輯具有OFT首次跳閘原因指示，它能對引起OFT跳閘的第一個原因記憶并在觸摸屏上顯示出來。

OFT首出的含義是顯示第一個產生OFT的條件，引起OFT條件有鍋爐主油閥關閉；四個角的支路油閥全部關閉；四個角的油層火焰全部喪失；油母管油壓低于0.8MPa（現場測量元件是壓力開關）；發生MFT；手動OFT（BTG盤上手動OFT急停）。當以上任一條件第一個產生時，觸摸屏上OFT相應的首出條件指示狀態由綠色變成黃色。 OFT后，關閉全部支路油閥和主油閥。當無OFT跳閘條件存在、MFT已復位、操作人員從BTG盤上按下OFT復位按鈕時，OFT才能復位。

4.4 MFT（主燃料跳閘）

MFT（Main Fuel Trip）燃料跳閘是FSSS系統中最重要的安全功能，當出現任何危及鍋爐安全運行的危險工況時，MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料（煤和油），實現緊急停爐，以保證設備安全，避免重大事故發生。同時，該功能中具有首次跳閘原因指示，它能對引起主燃料跳閘的第一個原因記憶并在觸摸屏上顯示出來，在SOE站上有時間記錄，為故障原因分析及解決提供了條件。

MFT首出的含義是顯示第一個產生MFT的條件，引起MFT的條件有二臺送風機全停；二臺引風機全停；汽包水位高（大于200 mmH2O，水位變送器三取中）；汽包水位低（小于-230 mmH2O，水位變送器三取中）；爐膛壓力高（大于1764Pa ，壓力開關三取二）；爐膛壓力低（小于-1470Pa，壓力開關三取二）；全爐膛滅火（12個火檢無火檢信號）；燃料失去（全部支路油閥關和全部給粉機停運）；手動MFT（BTG盤上手動MFT急停）；點火延時。當以上任一條件首先產生時，觸摸屏上MFT相應的首出條件指示狀態變成黃色， MFT后，會引發一系列的設備跳閘和關閉，如跳停8臺鍋爐給粉機，鍋爐A/B側排粉機，關閉主油閥和支路油閥，關閉鍋爐左右側一級減溫水閥門，從而實現保護功能。當爐膛吹掃完成、MFT跳閘條件不存在、操作人員從BTG盤上按下MFT復位按鈕時，MFT才能復位。

結語

南化公司動力部鍋爐裝置FSSS系統自從投用以來，PLC系統和觸摸屏一直運行穩定，滿足鍋爐監控需要，滿足三臺鍋爐長周期、滿負荷運行需要。

參考文獻

[1]孫曉峰．PLC在鍋爐FSSS系統中的應用[J]．工業控制計算機， 2010 （04）：85-86．

中圖分類號：TP2

文獻標識碼：A