火電機組APS預選邏輯優化與應用

王南洋 歐陽智

（1．國能智深控制技術有限公司，北京 102200；2．北京市電站自動化工程技術研究中心，北京 102200；3．神華國華印尼爪哇發電有限責任公司，雅加達 40115）

0 引言

APS（Automatic Plant Start-up and Shutdown System）指的是機組自啟停控制系統。發電機組通過大量的條件和邏輯判斷自動啟停工藝過程中的相關設備，協調機、爐和電各系統的控制，在極少量人工干預的情況下，自動地完成整臺機組的啟停[1]。

目前，隨著我國電力行業的發展，國內電廠設備自身的可控性和可用率已經大幅提高，APS實現方式基本均為分層順控結構。由于火電機組工藝過程復雜多變，APS在設計和實施方面還存在一些問題，因此燃煤機組實現APS功能的機組還為數不多[2-3]。

1 功能需求分析

APS是機組在不同狀態下實現全程無人干預的啟停自動控制的過程，控制系統各功能組、功能子組和設備驅動級均要實現一鍵啟停操作。而目前火電機組現場配套的設備無法達到一鍵啟停的總目標，需要根據一鍵啟停的總目標進行APS邏輯畫面優化設計，使APS系統在保障安全的前提下可知、可控，最終達到經濟、減輕人員勞動強度的目標[4-6]。

現有APS邏輯畫面的不足主要體現在容錯能力不足、智能化程度不高以及人機界面設計不合理等等。APS至少應包括設備狀態監視、設備運行管理等內容。針對APS控制邏輯，設計對應的人機界面。人機界面是控制邏輯與運行人員間溝通的橋梁，要確保界面內容豐富、條理清晰，能向運行人員提供詳細、清晰的信息[7-8]。

2 APS邏輯畫面設計

針對有2個互為備用設備的系統，設計APS邏輯時需要設計預選邏輯和設備切換試驗邏輯，以使APS邏輯的適用性更強。

根據優化設計后的預選邏輯以及是否進行設備切換試驗邏輯，對APS控制系統的某個工藝系統的啟動邏輯進行設計，并按照以下順序啟動此工藝系統：1）判斷設備是否進行切換試驗。默認執行切換試驗。如果不進行切換試驗，就直接跳轉執行第6步，否則執行第2步。2）如果執行設備切換試驗，就啟動非預選的設備。3）預選的設備投入備用。4）停掉非預選設備，這時由于預選的設備投入備用，因此預選的設備會聯鎖啟動。5）非預選設備投入備用。6）如果不進行設備切換試驗，直接啟動預選的設備，并提示未進行切換試驗。此邏輯不僅起到測試備用邏輯及測點的效果，對系統啟動的適應性也會更強，能夠適應多種不同工況的系統啟動。例如，在某個工藝系統中2個設備互為備用，某個設備出現故障，不能正常啟動時，可以旁路此設備，直接選擇啟動另外一臺設備，不進行切換試驗即可，如此可以提高啟動效率，減少等待時間，適應各種工況。這樣的設計邏輯可以將APS利用率提高到95%，更加符合機組自啟停系統設計的初衷。

根據以上設計邏輯設計APS系統畫面，如圖1所示。該畫面設計是配合邏輯進行設計的，可以將APS利用率提高到95%。

圖1 互為備用設備系統啟動功能組

3 邏輯畫面應用

針對功能需求分析對預選邏輯、畫面進行設計，在APS執行前增加了條件掃描和確認，以提高系統執行過程中的智能化水平，使之不僅能適應工藝系統全過程啟停，還能根據工藝系統、設備的當前狀態，通過自動識別選擇合適的功能組或功能子組步序執行，在確保工藝系統啟動安全、合理的基礎上，節省啟動時間。該文以某機組送風機A潤滑油系統啟動為例，介紹優化后邏輯所對應的APS畫面。

送風機A潤滑油系統啟動允許條件為油箱油位不低，無功能子組完成條件。

送風機A潤滑油系統啟動步驟如下：1）判斷是否進行切換試驗。默認執行切換試驗，如果不進行切換試驗，就直接跳轉到第6步執行，否則執行第2步。2）如果執行設備切換試驗，啟動非預選油泵。3）預選油泵投備用。4）停止非預選油泵，預選油泵聯鎖啟動。5）非預選油泵投備用。6）如果不進行油泵切換試驗，直接啟動預選的油泵，并提示未進行切換試驗。

完成條件：1）一臺油泵啟動，另外一臺油泵投入備用，或掛起或啟動條件不滿足。2）泵出口母管壓力滿足。

送風機A潤滑油系統啟動的預選邏輯如圖2所示。1）算法塊1為單脈沖器算法。該算法開關量輸入（DIN）由0變為1時，輸出（OUT）一個單脈沖信號。脈沖期間輸入的跳變對輸出無影響。輸出脈沖寬度值可以連接一個外部模擬量（TARG）。如果無連接，則使用設定的靜態參數值。脈沖寬度的單位為s。當輸入信號由0變為1時，算法變量ACT開始計時。當ACT≥脈沖寬度時，脈沖結束，ACT的值不再變化。2）算法塊2為開關量邏輯或算法。該算法從第一個輸入開始按順序檢查所有已連接的輸入的數值和品質，當所有連接的輸入點都為0時輸出為0，如果遇到等于1的輸入，不再檢查后面的輸入，輸出等于1。3）算法塊3為開關量邏輯與算法。該算法從第1個輸入開始按順序檢查所有已連接的輸入的數值和品質，當所有連接的輸入點都為1時輸出為1，如果遇到等于0的輸入，不再檢查后面的輸入，輸出等于0。4）算法塊4為RS觸發器算法。該算法的開關量輸入分別為置位端（S）和復位端（R），它們的數值決定了輸出端（1）和反相輸出端（0）。反相輸出端始終是輸出端的邏輯非。5）算法塊5為邏輯非算法。該算法輸入為開關量。輸入為1時，輸出為0；輸入為0時，輸出為1。6）算法塊6為軟鍵盤算法。該算法沒有輸入連接，有4個開關量輸出PK1～PK4。當接收到操作員站發送的命令PK1～PK4時，會在相應的輸出端輸出一個單脈沖。

圖2 A送風機油泵預選邏輯

分析圖2可知，APS投入后，A設備的油站或輔助系統自動默認預選泵為A泵，B泵默認為備選泵，但是允許運行人員根據現場實際情況進行手動預選。A送風機B油泵掛起或故障時，B油泵已經運行且A油泵、B油泵均未有掛起或故障時以及運行人員手動選擇A油泵為預選泵時，均會把A油泵作為預選泵。A送風機A油泵掛起或故障時，A油泵已經運行且A油泵、B油泵均未有掛起或故障時以及運行人員手動選擇B油泵為預選泵時，均會把B油泵作為預選泵。

是否進行切換試驗如圖3所示。圖3中的算法塊用法可參考圖2。分析圖3可知，如果設備均沒有問題，APS投入后，默認為進行切換試驗，允許運行人員根據現場實際情況進行選擇。A送風機潤滑油泵A、B有任何一個油泵處于掛起狀態或有故障狀態，系統都會自動判斷為不進行切換試驗。

圖3 A送風機油泵切換試驗預選邏輯

下面分幾種情況對此邏輯和畫面進行分析：1）對于油站A泵故障或掛起，B泵未運行的情況，APS子組檢查B泵，直接將其選為預選泵，A泵無法選擇為預選泵。不允許進行切換試驗，選擇按鈕切不到允許進行切換試驗。畫面按鈕顯示預選B泵，不進行切換試驗。啟動功能組時，跳過第1步～第5步，直接執行第6步。2）對于油站B泵故障或掛起，A泵未運行的情況，APS子組檢查A泵，直接將其選為預選泵，B泵無法選擇為預選泵。不允許進行切換試驗，選擇按鈕切不到允許進行切換試驗。畫面按鈕顯示預選B泵，不進行切換試驗。啟動功能組時，跳過第1步～第5步，直接執行第6步。3）對于油站A泵故障或掛起，B泵運行的情況，APS子組檢查B泵，直接將其默認為預選泵，A泵無法選擇為預選泵。不允許進行切換試驗，選擇按鈕切不到允許進行切換試驗，畫面按鈕顯示預選B泵，不進行切換試驗。但由于完成條件已經滿足，因此此功能組直接顯示完成狀態，不會重復執行此功能組，節省啟動時間。4）對于油站B泵故障或掛起，A泵運行的情況，APS子組檢查A泵，直接將其默認為預選泵，B泵無法選擇為預選泵。不允許進行切換試驗，選擇按鈕切不到允許進行切換試驗，畫面按鈕顯示預選B泵，不進行切換試驗。但由于完成條件已經滿足，因此此功能組直接顯示完成狀態，不會重復執行此功能組，節省啟動時間。5）對于油泵A、油泵B正常，都未運行的情況，選A為預選泵，子組啟動運行正常。畫面按鈕顯示預選A泵，進行切換試驗。啟動功能組時，會從第1步執行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執行完畢。6）對于油泵A、油泵B正常，都未運行的情況，選B為預選泵，子組啟動運行正常。畫面按鈕顯示預選B泵，進行切換試驗。啟動功能組時，會從第1步執行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執行完畢。7）對于油泵A、油泵B正常，A運行的情況，直接默認B為預選泵，A泵無法選擇為預選泵。畫面按鈕顯示預選B泵，進行切換試驗。啟動功能組時，會從第1步執行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執行完畢。8）對于油泵A、油泵B正常，B運行的情況，直接默認A為預選泵，B泵無法選擇為預選泵。畫面按鈕顯示預選A泵，進行切換試驗。啟動功能組時，會從第1步執行到第6步，待滿足完成條件后，判斷為此功能組執行完畢。

根據以上說明，結合送風機A油站系統功能子組畫面，具體如圖4所示。

4 總結

該文的APS邏輯畫面設計從實際應用出發．將APS在電廠生產過程中的利用率提高到了95%。進行優化后的APS預選邏輯及畫面，提高了程序控制智能化，增強了APS控制系統容錯能力，控制策略及畫面設計較為完善，能夠滿足火電機組生產中實際應用的要求。