吹灰程控在DCS組態(tài)中實現(xiàn)的方法和步驟

辛 巖，叢日成，劉昕成, 董立南，韓孟健

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國電投清河電廠，遼寧 鐵嶺 112003；3.遼寧省送變電工程有限公司，遼寧 沈陽 110021)

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)階段的發(fā)電企業(yè)已進入大機組、高參數(shù)、高自動化階段[1]。鍋爐加熱器和換熱器的積灰、結(jié)焦影響受熱面的傳熱效率，使鍋爐排煙溫度上升，導致鍋爐的熱效率下降。理論計算和運行經(jīng)驗表明，鍋爐排煙溫度升高20 ℃，鍋爐熱效率就會下降1%。同樣嚴重的是積灰，結(jié)焦達到一定程度時會引起鍋爐受熱面的腐蝕和意外停工，造成重大的經(jīng)濟損失[2]。長期以來鍋爐受熱面的除灰問題一直是鍋爐運行中特別受關注的問題之一，多年來為了解決此類問題，陸續(xù)研制了蒸汽吹灰、高壓水力吹灰、鋼珠清灰、壓縮空氣吹灰和聲波吹灰。現(xiàn)代大型火電廠吹灰控制一般采用DCS控制或者PLC控制來實現(xiàn)，本文通過在國電投清河電廠1號機組煙水復合吹灰系統(tǒng)實例，來說明如何利用DCS控制系統(tǒng)，通過聯(lián)鎖程控來實現(xiàn)煙水復合吹灰控制。

1 吹灰程控需滿足的工藝要求

1.1 熱工信號

每臺吹灰器有一個啟動脈沖指令，吹灰器啟動信號為5 s脈沖；反饋信號為進、退、過載、運行，用來顯示吹灰器狀態(tài)。吹灰器分組為左側(cè)吹灰器(單數(shù))，右側(cè)吹灰器(雙數(shù))，進、退反饋信號公用，過載反饋信號和運行信號每臺吹灰器一對一，后退脈沖指令為1 s脈沖每組吹灰器公用，為控制聯(lián)鎖用。

1.2 吹灰器運行特征

a. 給一個啟動脈沖指令，吹灰器將被啟動，吹灰器在前進過程中將反饋一個G信號(組信號，表示吹灰器前進)。

b. 進到位后吹灰器自動后退，后退過程中給一個反饋信號E(組信號，表示吹灰器在后退)。

c. 進退途中吹灰器運行信號均為 1; G、E全為0時，運行信號為0且延時3 s不變、無電源故障表示吹灰器在停止狀態(tài)已后退到位。運行信號主要用于判斷吹灰器是否運行超時，只要該信號長期為1，說明吹灰器沒有后退到位。

d. 若吹灰器過載，回路將切斷動力，并向DCS給出一個過載信號H。

吹灰器有如下狀態(tài)：正常運行、進、退、過載。要控制一臺吹灰器，只需發(fā)一個啟動脈沖，然后就是監(jiān)視其運行狀態(tài)，若出現(xiàn)故障要進行故障處理。

1.3 要求DCS完成的功能

a. 一個操作臺畫面，可從該畫面中選擇自動狀態(tài)(按下有效)；選擇煙道吹灰程序或低溫省煤器吹灰程序；有吹灰程序的“啟動、暫停/恢復、停止”按鈕；有吹灰器緊急返回按鈕(左側(cè)單數(shù)吹灰器返回、右側(cè)雙數(shù)吹灰器返回)；按下啟動按鈕，程序?qū)⒆詣哟祷遥话聪聲和０粹o，程序暫停；按恢復按鈕，程序從斷點處繼續(xù)執(zhí)行；按停止按鈕，程序退回正在運行的吹灰器，待吹灰器退回后，進行閥門操作，然后結(jié)束程序；按緊急退回按鈕，正在前進的吹灰器退回。

b. 一個鍋爐模擬圖畫面，反映吹灰器在鍋爐上的大約布置位置，吹灰器的編號和系統(tǒng)圖提供的一致；該畫面可顯示每臺吹灰器的狀況，顯示吹灰管道閥門的開關狀況；可顯示每側(cè)吹灰器的運行時間。

c. 能自動完成整個吹灰過程。

d. 根據(jù)輸入信號，顯示鍋爐燃料是否正常、主汽壓力偏高、偏低或正常。

e. 能對吹灰系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行報警并記錄。報警內(nèi)容包括：吹灰器過載；吹灰器啟動失敗(啟動指令發(fā)出5 s后沒收到反饋信號)；運行超時(該值根據(jù)現(xiàn)場吹灰器實際情況調(diào)整)。

f. 顯示閥門的開關狀況。

g. 吹灰程序運行步序：開疏水—開主汽閥—疏水—疏水時間(或溫度)到—關疏水門—吹灰—關主汽閥—開疏水門—程序結(jié)束。其中“吹灰”的順序：煙氣旁路吹灰器運行順序是C1、C3、C2、C4、C5、C7、C6、C8、C9、C11、C10、C12、C13、C15、C14、C16、C17、C19、C18、C20。低省吹灰器運行順序是B1、B3、B5、B7、B9、B11、B13、B15、B2、B4、B6、B8、B10、B12、B14、B16。

2 DCS組態(tài)前的準備工作

DCS測點分配。本套吹灰系統(tǒng)共有143個測點，其中包括DI、DO、AI、RTD等測點，要合理分配測點位置，并要保證有適當?shù)膫溆糜嗔浚嗤O備的測點要分配在不同的卡鍵上，盡量要做到測點分配最優(yōu)最合理。

導入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是DCS組態(tài)的基礎[3]，其中包括測點的卡鍵位置、通道號、模擬量上下限、報警信息等相關設置。數(shù)據(jù)庫的導入可以通過制作Excel表格，填入相關信息，統(tǒng)一導入。

3 DCS下位機組態(tài)

首先進行設備單操組態(tài)。其中需要特別注意：①由于吹灰器單體無推進和退出的到位信號，只能通過邏輯判斷來表示其單體的行程位置，其中推進信號用本吹灰器運行和剛觸發(fā)的后退信號 “與”來表示其進到位，退出信號用本吹灰器未運行來表示其退到位信號；②由于吹灰器本身進到位后自動退出，不需要DCS發(fā)退出指令，但為避免DCS系統(tǒng)報故障信息，要在吹灰器進到位后發(fā)自動關信號，保證DCS畫面顯示正常。其余需要注意的包括過載信號要引進來；在自動關信號觸發(fā)的同時要觸發(fā)關允許；自動開信號為常零信號。在DCS組態(tài)中的實際邏輯如圖1所示。

圖1 設備單操組態(tài)邏輯圖

操作按鈕下位機組態(tài)：運行操作按鈕包括啟動、停止、暫停、恢復、遠方、就地、左側(cè)急停、右側(cè)急停、C側(cè)切除、B側(cè)切除、全部投入11個按鈕，其中需要注意的是，在吹灰程控進行中不能進行C側(cè)切除、B側(cè)切除、全部投入操作，只能在吹灰程控啟動前進行選擇，另外只能選擇C側(cè)切除、B側(cè)切除、全部投入3個模式中的1個，其組態(tài)如圖2和圖3所示。

圖2 操作按鈕組態(tài)邏輯圖A

圖3 操作按鈕組態(tài)邏輯圖B

程控聯(lián)鎖組態(tài)：程控的步驟是在指令發(fā)出后，待完成信號反饋發(fā)出時，發(fā)出本步驟完成信號，觸發(fā)下一步程控指令，依次進行，直到程控結(jié)束。在這個過程中，必須保證吹灰程控是在進行時和程控未在暫停階段。觸發(fā)指令組態(tài)：當上一步觸發(fā)指令發(fā)出后，上一步驟完成時觸發(fā)本步驟指令，觸發(fā)指令為脈沖信號。步驟完成信號：對于吹灰器，當設備出現(xiàn)故障需要檢修時，為避免影響整個吹灰程控，需要在吹灰器禁操時跳過本步驟，直接進行下一步。為滿足這樣的要求，步驟完成信號包括兩部分，禁操或吹灰器退到位后都應看做本步驟完成。另外在暫停時不能觸發(fā)下一步指令，只有恢復后才能發(fā)出指令。其組態(tài)如圖4所示。

圖4 程控聯(lián)鎖組態(tài)邏輯圖

其余下位機組態(tài)還有如下內(nèi)容。

a. 在整個程控完成后，要觸發(fā)程控完成信號，用此信號來復位程控進行中、C側(cè)切除、B側(cè)切除、全部投入等信號。

b. 在疏水這一步中，疏水時間到或疏水溫度到都算本步驟完成，所以要設置操作員設置窗口，可以人工設置時間和溫度參數(shù)，保證在任何一個滿足條件后就可進行下一步程控。

c. 吹灰程控允許條件組態(tài)。本吹灰程控設置的允許條件包括無MFT、無蒸汽管道壓力低、任選一種運行模式。

d. 當蒸汽管道壓力低信號觸發(fā)時，觸發(fā)程控暫停指令。

e. 當機組MFT時，急停全部吹灰器，同時關疏水閥和吹灰主蒸汽閥。當運行操作停止按鈕時，先急停全部吹灰器，再關吹灰主蒸汽閥，最后開疏水閥。

4 DCS上位機組態(tài)

在上位機組態(tài)中，要保證每個吹灰器都有自己的操作端，要有吹灰程控操作端，必要的參數(shù)顯示和閥門狀態(tài)顯示，要保證與機組其他系統(tǒng)的畫面顯示和風格一致[4]，其系統(tǒng)圖和吹灰控制操作端如圖5、圖6所示。首先要把系統(tǒng)畫面組態(tài)完，包括管道位置，吹灰器分布等；接下來布置參數(shù)和幫助提示等信息，包括開關量和模擬量測點，對應參數(shù)要放在臨近設備的位置；最后再制作操作端，操作端要有二次確認功能，防止運行人員誤操作，操作端要保證能完成DCS下位機所需要完成的內(nèi)容，測點參數(shù)要填寫正確，保證上位機可用。

圖5 吹灰系統(tǒng)圖

圖6 吹灰控制操作端

5 吹灰程控調(diào)試過程中常見問題分析

在吹灰程控實際調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很多問題，以下列舉2個有代表性的問題。

a. 吹灰程控在暫停之后再恢復，不進行下一步程控。其主要原因在于原邏輯中，只是單純對上一步指令進行了記憶，而未記憶完成信號，由于完成信號為脈沖信號，在脈沖信號恢復后，即使程控恢復也無法觸發(fā)下一步指令，如圖4所示。所以對邏輯進行了改進，對完成信號也進行了記憶，保證在恢復暫停后可以進行下一步程控。

b. 由于運行可以選擇操作模式，不同的模式對應不同的程控步序，所以程控中涉及到跳步功能，在原邏輯中部分編寫錯誤導致此項功能不能完全實現(xiàn)。主要原因在于只針對觸發(fā)開始階段進行了改進，而后來在跳轉(zhuǎn)回正常步序時未做正確的編寫。所以在涉及到有跳轉(zhuǎn)的程控時，既要注意跳轉(zhuǎn)切入位置，又要注意返回時的切入位置。

6 結(jié)束語

機組安全性是系統(tǒng)在運行過程中表現(xiàn)出來的一種特性[5]，吹灰系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的重要系統(tǒng)，必須保證其安全可靠。吹灰程控是DCS中比較大的程控，關系復雜，邏輯繁瑣，控制設備多，其中一步錯誤會導致整個吹灰程控不能正確執(zhí)行。在組態(tài)過程中，要清楚程控的步驟，實現(xiàn)的功能要能滿足工藝要求，對于其中的脈沖、延時等信號要處理得當，注意前后聯(lián)系，這樣才能做出正確的控制策略，滿足現(xiàn)場實際的要求。

[1] 蔣大偉，于龍斌.汽輪發(fā)電機安全運行極限圖繪制方法[J].東北電力技術，2016，37(7)：9-10.

[2] 于慶廣, 丁仁杰, 丁曉春. 300 MW機組鍋爐吹灰計算機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].國內(nèi)外機電一體化技術，2000(4)：30-34.

[3] 姚 遠，潘秀秦，揭其良，等.火電機組汽動引風機改造控制策略研究[J].東北電力技術，2014，35(4)：24-26.

[4] 周俊虎, 靳彥濤, 楊衛(wèi)娟，等.電站鍋爐吹灰優(yōu)化的研究應用現(xiàn)狀[J].熱力發(fā)電，2003，32(4)：24-27.

[5] 蔡 幟，戴 賽，趙 昆.未來國內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度與控制模式展望[J].東北電力技術，2016，37(8)：1-2.