300MW机组联锁、保护系统逻辑资料

前前 言言 近年来，随着我国不断加快的经济发展步伐，电力工业也在发生翻天覆地的变近年来，随着我国不断加快的经济发展步伐，电力工业也在发生翻天覆地的变 化。化。300MW 机组已经成为中国各大电网中的主力机组。随着自动控制技术的发展，机组已经成为中国各大电网中的主力机组。随着自动控制技术的发展， 在发电企业中过程控制的重要性被逐渐体现出来，而过程控制中联锁、保护功能的在发电企业中过程控制的重要性被逐渐体现出来，而过程控制中联锁、保护功能的 完善性是发电机组安全、稳定的运行在电网中的基础，完善性是发电机组安全、稳定的运行在电网中的基础，300MW 机组联锁、保护系机组联锁、保护系 统包括两大系统：一是顺序控制系统，另一是燃烧器管理系统系统。统包括两大系统：一是顺序控制系统，另一是燃烧器管理系统系统。 本书介绍了火电机组联锁、保护系统控制理论，并以本书介绍了火电机组联锁、保护系统控制理论，并以 300MW 火力发电单元机火力发电单元机 组为控制对象，重点对机组的锅炉燃烧器管理系统、机组顺序控制系统进行了讨论，组为控制对象，重点对机组的锅炉燃烧器管理系统、机组顺序控制系统进行了讨论， 内容包括的被控设备的工艺流程、控制系统的任务、被控对象的控制逻辑的设计等，内容包括的被控设备的工艺流程、控制系统的任务、被控对象的控制逻辑的设计等， 并对实际运行中的一些细节问题进行了剖析。并对实际运行中的一些细节问题进行了剖析。 本书第一篇内容主要介绍顺序控制系统的设计原则、并根据每个控制系统的特本书第一篇内容主要介绍顺序控制系统的设计原则、并根据每个控制系统的特 点，分别介绍了被控设备的逻辑；第二篇内容主要介绍锅炉燃烧器管理系统，点，分别介绍了被控设备的逻辑；第二篇内容主要介绍锅炉燃烧器管理系统， 。本。本 书注重它的实用性和可操作性，根据以往书注重它的实用性和可操作性，根据以往 300MW 机组的联锁、保护系统的调试经机组的联锁、保护系统的调试经 验，提出一些意见供读者参考和借鉴。验，提出一些意见供读者参考和借鉴。 由于作者水平有限，加之编写时间仓促，书中的描述地不够详细，谬误和不妥由于作者水平有限，加之编写时间仓促，书中的描述地不够详细，谬误和不妥 之处也在所难免，敬请各位批评指正。之处也在所难免，敬请各位批评指正。 高峰高峰 二二 0000 三年十月三年十月 目目 录录 第一篇第一篇 顺序控顺序控制制系统（系统（SCS）1 第一章第一章 顺序控制系统（顺序控制系统（SCS）系统概况）系统概况1 第二章第二章 SCS 系系统统的设计原则的设计原则2 第一节第一节 SCS 系统设计概况系统设计概况2 第二节第二节 SCS 系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则2 第三节第三节 SCS 系统其他设计系统其他设计6 第三章第三章 300MW 机组锅炉风烟系统顺序控制机组锅炉风烟系统顺序控制10 第一节第一节 风烟系统概述风烟系统概述10 第二节第二节 空预器空预器 A 子功能组顺序控制子功能组顺序控制15 第三节第三节 吸风机吸风机 A 子功能组顺序控制子功能组顺序控制21 第四节第四节 送风机送风机 A 子功能组顺序控制子功能组顺序控制30 第五节第五节 一次风机一次风机 A 子功能组顺序控制子功能组顺序控制33 第四章第四章 主蒸汽和再热蒸汽系统顺序控制主蒸汽和再热蒸汽系统顺序控制36 第一节第一节 主蒸汽和再热蒸汽系统系统概述主蒸汽和再热蒸汽系统系统概述36 第二节第二节 主蒸汽、再热蒸汽系统顺序控制主蒸汽、再热蒸汽系统顺序控制43 第五章第五章 高压加热器系统顺序控制高压加热器系统顺序控制49 第一节第一节 高加系统概述高加系统概述49 第二节第二节 高加运行高加运行52 第三节第三节 高压加热器顺序控制高压加热器顺序控制53 第六章第六章 除氧器系统的顺序控制除氧器系统的顺序控制61 第一节第一节 除氧器系统概述除氧器系统概述61 第二节第二节 除氧器运行除氧器运行62 第三节第三节 除氧器设备级控制除氧器设备级控制63 第七章第七章 给水系统顺序控制给水系统顺序控制65 第一节第一节 给水系统概述给水系统概述65 第二节第二节 给水系统运行给水系统运行70 第三节第三节 锅炉电动给水泵子组顺序控制锅炉电动给水泵子组顺序控制73 第四节第四节 汽动给水泵顺控控制逻辑汽动给水泵顺控控制逻辑77 第八章第八章 凝结水系统顺序控制凝结水系统顺序控制82 第一节第一节 凝结水系统概述凝结水系统概述82 第二节第二节 凝结水系统运行凝结水系统运行86 第三节第三节 凝结水系统顺序控制凝结水系统顺序控制87 第九章第九章 其它顺序控制系统其它顺序控制系统93 第一节第一节 辅助蒸汽系统顺序控制辅助蒸汽系统顺序控制93 第二节第二节 润滑油系统顺序控制润滑油系统顺序控制96 第三节第三节 开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统顺序控制开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统顺序控制100 第四节第四节 真空系统逻辑控制真空系统逻辑控制107 第二篇第二篇 锅炉燃烧器管理系统（锅炉燃烧器管理系统（BMS）108 第一章第一章 锅炉燃烧器管理系统概述锅炉燃烧器管理系统概述108 第一节第一节 锅炉燃烧器管理系统设计概念锅炉燃烧器管理系统设计概念108 第二节第二节 形成炉膛爆炸的原因和防止措施形成炉膛爆炸的原因和防止措施113 第三节第三节 炉膛安全监控系统的主要安全功能炉膛安全监控系统的主要安全功能117 第二章第二章 燃烧系统及设备燃烧系统及设备119 第一节第一节 风烟系统风烟系统120 第二节第二节 煤粉制备系统煤粉制备系统121 第三章第三章 BMS 系统逻辑程序系统逻辑程序127 第一节第一节 炉膛吹扫（炉膛吹扫（Furnace Purge）127 第二节第二节 主燃料跳闸（主燃料跳闸（MASTER FUEL TRIP）与油燃料跳闸（）与油燃料跳闸（OIL FUEL TIRP）128 第三节第三节 燃烧器系统公用逻辑燃烧器系统公用逻辑134 第四节第四节 点火油枪控制点火油枪控制139 第五节第五节 磨煤机组控制（以磨组磨煤机组控制（以磨组 A 为例）为例）146 第六节第六节 锅炉炉水循环泵控制锅炉炉水循环泵控制160 第四章第四章 BMS 系统的调试经验系统的调试经验164 第一节第一节 关于锅炉灭火保护的经验关于锅炉灭火保护的经验164 第二节第二节 燃烧器管理的经验燃烧器管理的经验173 1 第一篇第一篇 顺序控制系统（顺序控制系统（SCS） 第一章第一章 顺序控制系统（顺序控制系统（SCSSCS）系统概况）系统概况 顺序控制系统是指顺序控制系统是指 300MW 机组的辅机顺序控制系统，简称为机组的辅机顺序控制系统，简称为 SCS（Sequence Control System） ，它的任务主要是对大型单元机组的辅机包括电动机、阀门、挡板，它的任务主要是对大型单元机组的辅机包括电动机、阀门、挡板 等设备的启停或开关进行自动控制。它可以根据生产过程的工况和被控制设备的状等设备的启停或开关进行自动控制。它可以根据生产过程的工况和被控制设备的状 态等条件，按照控制系统中所预先设定的顺序实现被控设备的启停或开关。态等条件，按照控制系统中所预先设定的顺序实现被控设备的启停或开关。 SCS 所采用的顺序控制策略是根据所采用的顺序控制策略是根据 300MW 机组的运行的客观规律的要求而制机组的运行的客观规律的要求而制 定的，它是将电厂的辅机运行规程采用顺序控制系统的逻辑实现。采用顺序控制系定的，它是将电厂的辅机运行规程采用顺序控制系统的逻辑实现。采用顺序控制系 统后，只需通过控制画面的单按钮操作，辅机及相关设备的启停、开关就会按照设统后，只需通过控制画面的单按钮操作，辅机及相关设备的启停、开关就会按照设 备的安全启停的规定顺序和一定的时间间隔自动动作，而运行人员可通过监视器监备的安全启停的规定顺序和一定的时间间隔自动动作，而运行人员可通过监视器监 视各控制步序的执行情况，无须人为干涉，减少了大量的、繁琐的操作。同时在顺视各控制步序的执行情况，无须人为干涉，减少了大量的、繁琐的操作。同时在顺 序控制系统的设计中，各设备的动作都设计了安全联锁条件，只要设备的动作条件序控制系统的设计中，各设备的动作都设计了安全联锁条件，只要设备的动作条件 不满足，设备动作将被闭锁进行，这样可避免运行人员的误操作，保证设备的安全不满足，设备动作将被闭锁进行，这样可避免运行人员的误操作，保证设备的安全 运行。运行。 顺序控制系统一般分为三级：机组级、功能组级和设备级。顺序控制系统一般分为三级：机组级、功能组级和设备级。 （1）机组级是最高一级控制，它是在少量的人为干预下自动的完成整个机组由机组级是最高一级控制，它是在少量的人为干预下自动的完成整个机组由 起始状态到高负荷，甚至是起始状态到高负荷，甚至是 100%负荷的启停控制。在实现机组级的控制时，各功负荷的启停控制。在实现机组级的控制时，各功 能组均处于自动状态，每个功能组接受机组级控制命令执行操作程序，完成后向机能组均处于自动状态，每个功能组接受机组级控制命令执行操作程序，完成后向机 组级反馈完成信息，由机组级向下一个功能组发送启动命令。组级反馈完成信息，由机组级向下一个功能组发送启动命令。 （2）功能组级是实现顺序控制的核心部分，设备的顺序控制逻辑及步序设置均功能组级是实现顺序控制的核心部分，设备的顺序控制逻辑及步序设置均 在此实现，当操作人员发出功能组启动指令，同一功能组的辅机及相关设备都将按在此实现，当操作人员发出功能组启动指令，同一功能组的辅机及相关设备都将按 照预定的设备安全操作顺序和一定的时间间隔实现自动启动。照预定的设备安全操作顺序和一定的时间间隔实现自动启动。 （3）设备级是顺序控制系统的基础级，它对就地控制设备直接进行控制，所有设备级是顺序控制系统的基础级，它对就地控制设备直接进行控制，所有 2 的辅机等设备的联锁逻辑的最终实现也在设备级。的辅机等设备的联锁逻辑的最终实现也在设备级。 根据我国的现有的国产根据我国的现有的国产 300MW 机组的可控性水平的实际情况，机组级在实际机组的可控性水平的实际情况，机组级在实际 运行使用上还不能实现，一般在顺序控制系统的设计中只考虑功能组级和设备级两运行使用上还不能实现，一般在顺序控制系统的设计中只考虑功能组级和设备级两 种模式。种模式。 第二章第二章 SCSSCS 系统的设计原则系统的设计原则 第一节第一节 SCS 系统设计概况系统设计概况 SCS 系统是电厂中那些相互之间操作关系复杂，而且具有一定规律可循的机组系统是电厂中那些相互之间操作关系复杂，而且具有一定规律可循的机组 辅助设备启动、停止运行的顺序控制系统。根据辅助设备启动、停止运行的顺序控制系统。根据 SCS 系统分级控制的基本原则，系统分级控制的基本原则， 可分为：功能组级、子组级和驱动级。目前，由于功能组级控制复杂、影响因素众可分为：功能组级、子组级和驱动级。目前，由于功能组级控制复杂、影响因素众 多而难以投入，因此，我国大型机组的多而难以投入，因此，我国大型机组的 SCS 系统一般只设计子组级和驱动级两级系统一般只设计子组级和驱动级两级 控制。大机组普遍采用控制。大机组普遍采用 DCS 系统作为主要控制系统，根据系统作为主要控制系统，根据 DCS 系统自身特点以及系统自身特点以及 对对 SCS 系统的控制水平要求的不同，两级控制的设计方法也是不尽相同的。系统的控制水平要求的不同，两级控制的设计方法也是不尽相同的。SCS 系统的逻辑回路可以设计得非常复杂，也可以设计得很简单。合理的系统的逻辑回路可以设计得非常复杂，也可以设计得很简单。合理的 SCS 系统逻系统逻 辑回路设计必须兼顾技术和经济两方面，逻辑设计应该基于满足控制要求的前提下，辑回路设计必须兼顾技术和经济两方面，逻辑设计应该基于满足控制要求的前提下， 使用尽量少的使用尽量少的 I/O 点数，以期使点数，以期使 DCS 系统有最合理的性能和价格比。系统有最合理的性能和价格比。 发电机组能否安全、稳定的运行发电机组能否安全、稳定的运行,SCS 系统在其中起着重要作用系统在其中起着重要作用,而优良的设计而优良的设计 是系统正常运转的关键。因此在设计中是系统正常运转的关键。因此在设计中,必须了解设备和运行情况必须了解设备和运行情况,并与调试人员、并与调试人员、 运行人员共同商讨运行人员共同商讨,使设计方案尽可能符合实际工况使设计方案尽可能符合实际工况,为机组的安全经济运行创造条为机组的安全经济运行创造条 件。件。 第二节第二节 SCS 系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则 根据被控设备的控制方式及工艺系统的运行规律，子组级和驱动级的控制逻辑根据被控设备的控制方式及工艺系统的运行规律，子组级和驱动级的控制逻辑 可分为基本逻辑和可变逻辑两种。可变逻辑是与工艺系统运行相关的逻辑，依工艺可分为基本逻辑和可变逻辑两种。可变逻辑是与工艺系统运行相关的逻辑，依工艺 系统运行方式的不同而改变；基本逻辑是接受系统运行方式的不同而改变；基本逻辑是接受 SCS 系统控制的典型被控设备固有系统控制的典型被控设备固有 3 的控制方式和相对固定的动作逻辑，每种被控设备都有相对应的基本逻辑。可变逻的控制方式和相对固定的动作逻辑，每种被控设备都有相对应的基本逻辑。可变逻 辑和基本逻辑有机结合，才能实现对被控设备运行的顺序控制，其中基本逻辑是辑和基本逻辑有机结合，才能实现对被控设备运行的顺序控制，其中基本逻辑是 SCS 系统的基础，就像组成自动调节系统的系统的基础，就像组成自动调节系统的 PID 调节器一样，基本逻辑是组成调节器一样，基本逻辑是组成 SCS 系统的基本单元。系统的基本单元。 一、一、基本逻辑分类及相互关系基本逻辑分类及相互关系 1 1、 驱动级基本逻辑分类驱动级基本逻辑分类 SCS 系统所控制的就地设备主要有：电动机、电动门、电磁阀、电加热器等，系统所控制的就地设备主要有：电动机、电动门、电磁阀、电加热器等， 它们是驱动级直接控制的设备，根据各自控制方式的不同，驱动级的基本逻辑可分它们是驱动级直接控制的设备，根据各自控制方式的不同，驱动级的基本逻辑可分 为：不调整电动门基本逻辑；可调整电动门基本逻辑；高等级电动机基本逻辑；低为：不调整电动门基本逻辑；可调整电动门基本逻辑；高等级电动机基本逻辑；低 等级电动机基本逻辑；双线圈电磁阀基本逻辑；单线圈电磁阀基本逻辑；电加热器等级电动机基本逻辑；双线圈电磁阀基本逻辑；单线圈电磁阀基本逻辑；电加热器 基本逻辑等。基本逻辑等。 2 2、 子组级基本逻辑子组级基本逻辑 受驱动级控制的设备除了其自身的基本逻辑外，当它们结合在一起组成工艺系受驱动级控制的设备除了其自身的基本逻辑外，当它们结合在一起组成工艺系 统时，往往有一些动作逻辑是相对固定不变的，这就是驱动级的上一级统时，往往有一些动作逻辑是相对固定不变的，这就是驱动级的上一级子组级子组级 的基本逻辑。根据动作规律，子组级基本逻辑可分为：子组启动的基本逻辑。根据动作规律，子组级基本逻辑可分为：子组启动/停止基本逻辑；停止基本逻辑； 互为备用型基本逻辑；选线控制基本逻辑等。互为备用型基本逻辑；选线控制基本逻辑等。 子组级和驱动级两者既是相互独立的，又是具有一定的关系，它们之间的关系子组级和驱动级两者既是相互独立的，又是具有一定的关系，它们之间的关系 如图如图 1 所示。所示。 子组启动基本逻辑 互为备用基本逻辑 选线控制基本逻辑 子组级基本逻辑 电 磁 阀 基 本 逻 辑 电 动 机 基 本 逻 辑 电 动 门 基 本 逻 辑 驱动级基本逻辑 软连接 可 变 逻 辑 软连接软连接 图1 子组级和驱动级基本逻辑的相互关系 4 二、二、基本逻辑的组成及功能基本逻辑的组成及功能 1、 子组级子组级 子组级基本逻辑由信号及指令处理逻辑和状态显示逻辑两部分组成，如图子组级基本逻辑由信号及指令处理逻辑和状态显示逻辑两部分组成，如图 2 虚虚 线框内所示。线框内所示。 总线及软连接 总线软连接 信 号 及 指 令 处 理 逻 辑 软连接 总线及软连接 其他子组级信号 键盘信号 现场信号 状态显示逻辑总线软连接CRT 去驱动级或 子组基本逻辑 图2 子组级基本逻辑 信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级的联系信号、键盘操信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级的联系信号、键盘操 作指令等进行逻辑处理，确定各个指令的优先级，形成有条件的最终控制指令形式作指令等进行逻辑处理，确定各个指令的优先级，形成有条件的最终控制指令形式 （长脉冲或短脉冲）（长脉冲或短脉冲） 。 状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑送来的状态信号经过逻辑处理、运用色状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑送来的状态信号经过逻辑处理、运用色 彩变化、闪光彩变化、闪光/平光、文字指示、音响提示等显示处理方法在显示屏上为运行人员平光、文字指示、音响提示等显示处理方法在显示屏上为运行人员 提供子组运行状态。提供子组运行状态。 2、 驱动级驱动级 驱动级基本逻辑一般由信号及指令处理逻辑、控制指令形成逻辑、状态显示逻驱动级基本逻辑一般由信号及指令处理逻辑、控制指令形成逻辑、状态显示逻 辑三部分组成，如图辑三部分组成，如图 3 所示。所示。 5 总线及软连接 总线软连接 信 号 及 指 令 处 理 逻 辑 软连接 软连接 其他子组级信号 键盘信号 现场信号 状态显示逻辑总线软连接CRT 去驱动级 现场设备 图3 驱动级基本逻辑 后备手操信号 控制指令 形成逻辑 软连接 信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级联系信号、后备手操信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级联系信号、后备手操 信号、键盘指令等进行逻辑处理，确定各指令的优先级，形成对驱动级的控制指令。信号、键盘指令等进行逻辑处理，确定各指令的优先级，形成对驱动级的控制指令。 控制指令形成逻辑是对信号和指令处理逻辑送来的驱动级控制指令，针对被控控制指令形成逻辑是对信号和指令处理逻辑送来的驱动级控制指令，针对被控 设备控制方式，控制该被控设备具体的动作过程，最终转换成被控设备能够接受的设备控制方式，控制该被控设备具体的动作过程，最终转换成被控设备能够接受的 具体指令信号，并对动作过程的正确和错误作出判断。如：发长脉冲还是短脉冲指具体指令信号，并对动作过程的正确和错误作出判断。如：发长脉冲还是短脉冲指 令信号，动作过程正在进行还是已经完成，动作完成后取消还是保持控制指令等逻令信号，动作过程正在进行还是已经完成，动作完成后取消还是保持控制指令等逻 辑。辑。 状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑和控制指令形成逻辑送来的状态信号，状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑和控制指令形成逻辑送来的状态信号， 经过逻辑处理，运用色彩变化、闪光经过逻辑处理，运用色彩变化、闪光/平光、文字指示、音响提示等显示处理方法，平光、文字指示、音响提示等显示处理方法， 在显示屏上为运行人员提供本驱动及运行状况。如一台电动门用慢闪光表示正在开在显示屏上为运行人员提供本驱动及运行状况。如一台电动门用慢闪光表示正在开 启、正在关闭，用平光显示已经打开、已经关闭，用黄色快闪光表示打开无效、关启、正在关闭，用平光显示已经打开、已经关闭，用黄色快闪光表示打开无效、关 闭无效、电动门故障等状态显示。闭无效、电动门故障等状态显示。 3、 举例说明举例说明 下面以下面以“送风机顺序控制系统送风机顺序控制系统”为例，说明基本逻辑在为例，说明基本逻辑在 SCS 系统中的具体运系统中的具体运 用方法及特点。用方法及特点。 送风机顺序控制系统由一下被控设备组成：送风机电动机、送风机出入口不调送风机顺序控制系统由一下被控设备组成：送风机电动机、送风机出入口不调 整电动挡板、送风机润滑油泵电动机组。根据这些设备的控制方式，采用一下几种整电动挡板、送风机润滑油泵电动机组。根据这些设备的控制方式，采用一下几种 基本逻辑可以完成该系统的控制：子组级启停基本逻辑；高等级电动机基本逻辑基本逻辑可以完成该系统的控制：子组级启停基本逻辑；高等级电动机基本逻辑 （用于送风机）（用于送风机） ；互为备用基本逻辑（用于润滑油泵组）；互为备用基本逻辑（用于润滑油泵组） ；低等级电动机基本逻辑；低等级电动机基本逻辑 6 （用于每台润滑油泵）（用于每台润滑油泵） ；不调整电动门基本逻辑（用于出、入口门）；不调整电动门基本逻辑（用于出、入口门） 。 低等级电动机基本逻辑 （1号润滑油泵） 子组启停基本逻辑 互为备用型基本逻辑 （润滑油泵组） 可变逻辑 低等级电动机基本逻辑 （2号润滑油泵） 不调整电动门基本逻辑 （送风机出口门） 不调整电动门基本逻辑 （送风机进口门） 高等级电动机基本逻辑 （送风机） 图4 送风机启停逻辑构成 总线或软接线 该系统如图该系统如图 4 所示。选用以上所示。选用以上 5 种基本逻辑，再根据送风机启停运行发行，设种基本逻辑，再根据送风机启停运行发行，设 计相应的可变逻辑，并将基本逻辑和可变逻辑相互联接起来，即构成了完整的送风计相应的可变逻辑，并将基本逻辑和可变逻辑相互联接起来，即构成了完整的送风 机顺序控制系统。机顺序控制系统。 从上面例子可以看出，运用基本逻辑，使从上面例子可以看出，运用基本逻辑，使 SCS 系统具有以下系统具有以下 4 个特点：个特点： （1）标准化程度高，控制界面清晰；标准化程度高，控制界面清晰； （2）编程工作简化，主要工作是设计可变逻辑，即做好基本逻辑的接口工作；编程工作简化，主要工作是设计可变逻辑，即做好基本逻辑的接口工作； （3）易于修改和扩展，相互影响小；易于修改和扩展，相互影响小； （4）适用于硬件结构不同的适用于硬件结构不同的 DCS 系统。系统。 SCS 系统是大型机组控制的重要组成部分，基本逻辑则是系统是大型机组控制的重要组成部分，基本逻辑则是 SCS 系统的基础，系统的基础， 在此基础上，还需结合具体工程的实际情况，注重从整体出发完善在此基础上，还需结合具体工程的实际情况，注重从整体出发完善 SCS 系统的设系统的设 计。要特别注意基本逻辑与被控设备的强电回路的衔接设计，合理的利用基本逻辑计。要特别注意基本逻辑与被控设备的强电回路的衔接设计，合理的利用基本逻辑 的功能，设计出实用的的功能，设计出实用的 SCS 系统，从而提高机组的自动化水平。系统，从而提高机组的自动化水平。 第三节第三节 SCS 系统其他设计系统其他设计 一、一、工艺联锁开关的设置工艺联锁开关的设置 大型机组整个大型机组整个 SCS 的被控对象多的被控对象多,彼此相互关联彼此相互关联,若各被控对象间的工艺保护联若各被控对象间的工艺保护联 7 锁接死锁接死,会带来许多不利影响。工艺保护联锁信号均为电平信号会带来许多不利影响。工艺保护联锁信号均为电平信号,在常规在常规 SCS 中中,一经一经 接上将不能变动。通常一些重要辅机都设有工艺联锁开关接上将不能变动。通常一些重要辅机都设有工艺联锁开关,可根据系统情况投可根据系统情况投/切联切联 锁开关锁开关,但大量挡板、阀门等设备仍会出现但大量挡板、阀门等设备仍会出现“咬尾巴咬尾巴”现象。如风烟系统调试或检现象。如风烟系统调试或检 修后修后,希望启动前对所有挡板、阀门逐个操作就变得相当困难希望启动前对所有挡板、阀门逐个操作就变得相当困难,更无法在集控室内完更无法在集控室内完 成。成。 应用应用 DCS 设计构成设计构成 SCS 可摆脱常规方式约束可摆脱常规方式约束,充分利用计算机软件优势充分利用计算机软件优势,结合结合 CRT 显示功能实现常规方式无法或难以实现的功能。为方便分期调试和检修后的显示功能实现常规方式无法或难以实现的功能。为方便分期调试和检修后的 试验试验,在每个被控对象的驱动级都设置一个软联锁开关。软联锁开关可按功能子组在每个被控对象的驱动级都设置一个软联锁开关。软联锁开关可按功能子组 划分划分,集中在集中在 CRT 画面上显示操作画面上显示操作,可成组、单个投切可成组、单个投切,也可自动投、手动投也可自动投、手动投/切切,但切但切 除软联锁开关需加确认。采用设置这种软联锁开关的方法除软联锁开关需加确认。采用设置这种软联锁开关的方法,在系统退出运行时在系统退出运行时,某一某一 个功能子组软联锁开关切除时个功能子组软联锁开关切除时,该功能子组的各个对象被分解为独立的设备该功能子组的各个对象被分解为独立的设备,可随意可随意 操作。为确保机组运行过程中所有对象的软联锁开关都投入状态操作。为确保机组运行过程中所有对象的软联锁开关都投入状态,任何一个功能子任何一个功能子 组投入自动后组投入自动后,将自动将该功能子组内的所有对象软联锁开关合上并保持将自动将该功能子组内的所有对象软联锁开关合上并保持;任何一个任何一个 对象的软联锁开关未投对象的软联锁开关未投,都将在都将在 CRT 上的报警框内产生闪光报警上的报警框内产生闪光报警,仅当所有对象的软仅当所有对象的软 联锁开关全部投入联锁开关全部投入,闪光报警方能自动解除。闪光报警方能自动解除。 二、二、报警信息的处理报警信息的处理 采用采用 DCS 后后,所有需报警的信息所有需报警的信息(模拟量、开关量模拟量、开关量)均已进入均已进入 DCS,充分利用充分利用 DCS 的运算及逻辑综合功能的运算及逻辑综合功能,使得在使得在 CRT 报警显示方面的功能大大增强报警显示方面的功能大大增强;另一方面另一方面,可减可减 少常规信号报警点数少常规信号报警点数,突出重点地只将少数重要报警对象放在常规报警光字牌上显突出重点地只将少数重要报警对象放在常规报警光字牌上显 示示,减少了因报警频繁、声减少了因报警频繁、声/光交错对运行人员的干扰。在某些光交错对运行人员的干扰。在某些 DCS 中的顺序控制设中的顺序控制设 计中计中,也有要求也有要求 DCS 的顺序控制输出对象报警信息的功能的顺序控制输出对象报警信息的功能,主要基于主要基于 DCS 内部易于内部易于 综合出报警信号。但每输出一个这样的信号综合出报警信号。但每输出一个这样的信号,需占用一个需占用一个 I/O 通道通道,代价较大。通常代价较大。通常 各各 DCS 的平均价格约为的平均价格约为 350450 美元美元/点。点。 三、三、人人-机界面的设计机界面的设计 人人-机界面机界面(CRT)是操作人员与是操作人员与 SCS 的接口的接口,是实现其全部功能的唯一用户操作是实现其全部功能的唯一用户操作 界面。除了硬件的保证、逻辑设计的合理性与正确外界面。除了硬件的保证、逻辑设计的合理性与正确外,SCS 设计如何及其最终使用设计如何及其最终使用 率关键在于人率关键在于人-机界面的设计。功能完善、操作方便灵活、信息齐全及操作人员易机界面的设计。功能完善、操作方便灵活、信息齐全及操作人员易 于接受于接受,是是 SCS 设计成败的关键设计成败的关键,应给予足够的重视。根据设计、调试及投运应给予足够的重视。根据设计、调试及投运 SCS 经经 8 验验,大致应有如下画面种类及要求。大致应有如下画面种类及要求。 SCS 操作画面：操作画面： 正常操作画面正常操作画面 顺控操作画面顺控操作画面 冗余设备备用投冗余设备备用投/切操作画面切操作画面 具有示意指导的单操具有示意指导的单操/组操画面组操画面 各驱动级手动联锁开关投各驱动级手动联锁开关投/切操作画面切操作画面 异常操作画面异常操作画面 事故报警检索确认操作画面事故报警检索确认操作画面 SCS 提示画面提示画面 顺控启顺控启/停允许条件一览画面停允许条件一览画面 工艺联锁及保护跳闸一览画面工艺联锁及保护跳闸一览画面 1、 操作画面操作画面 （1）功能组或功能子组的顺序控制操作画面采用工艺流程图和文字操作指导相功能组或功能子组的顺序控制操作画面采用工艺流程图和文字操作指导相 结合的表示方式较为理想结合的表示方式较为理想,以便操作人员可进行功能组或功能子组的自动顺序操作以便操作人员可进行功能组或功能子组的自动顺序操作, 同时工艺流程图可直观显示被控对象的状态变化。操作人员也可借助操作指导在同同时工艺流程图可直观显示被控对象的状态变化。操作人员也可借助操作指导在同 一画面内的工艺流程图上直接进行规定次序的单操。通常完成一个功能组或功能子一画面内的工艺流程图上直接进行规定次序的单操。通常完成一个功能组或功能子 组的顺序控制操作宜在一个画面内进行组的顺序控制操作宜在一个画面内进行,不宜在多幅画面内切换不宜在多幅画面内切换;相反相反,顺序控制操作顺序控制操作 指导指导(启动和停止过程启动和停止过程)不宜同时在一幅画面内进行不宜同时在一幅画面内进行,可依据当前操作按钮自动弹出和可依据当前操作按钮自动弹出和 转换。转换。 （2）操作步序的状态表示。执行顺序控制操作时操作步序的状态表示。执行顺序控制操作时,每一个操作步序可由每一个操作步序可由 4 种状种状 态进行描述态进行描述,且应由不同颜色定义加以区分且应由不同颜色定义加以区分,如如:初始状态时为白色初始状态时为白色(操作步序的文字颜操作步序的文字颜 色或步序指示灯的颜色色或步序指示灯的颜色);本步指令正在执行时为青色本步指令正在执行时为青色;本步指令执行完成时为绿色本步指令执行完成时为绿色; 本步指令执行超时为黄色。本步指令执行超时为黄色。 2、 冗余设备的备用投冗余设备的备用投/切操作画面切操作画面 9 在在 SCS 中中,属于重要辅机且具有属于重要辅机且具有 100%冗余设备的备用投冗余设备的备用投/切操作步骤很少切操作步骤很少,但需但需 显示的状态较多显示的状态较多,一般无需设计成功能子组。但在这类设备设计时应考虑便于操作一般无需设计成功能子组。但在这类设备设计时应考虑便于操作, 以及状态显示完善的备用投以及状态显示完善的备用投/切操作画面。这类设备主要有凝结水泵、凝升泵、凝切操作画面。这类设备主要有凝结水泵、凝升泵、凝 汽器真空泵、开式循环泵和发电机定子冷却水泵等。汽器真空泵、开式循环泵和发电机定子冷却水泵等。 3、 具有示意指导的单操具有示意指导的单操/组操作画面组操作画面 此类操作画面主要适用于汽水系统、锅炉排汽和疏水系统等此类操作画面主要适用于汽水系统、锅炉排汽和疏水系统等,这些系统较为繁这些系统较为繁 杂杂,许多被控对象间即构不成功能子组也非简单的单操许多被控对象间即构不成功能子组也非简单的单操,而是受到运行规则、工艺参而是受到运行规则、工艺参 数或工艺联锁的约束。如串联门操作、除氧器汽源间的切换联锁和汽轮机防进水保数或工艺联锁的约束。如串联门操作、除氧器汽源间的切换联锁和汽轮机防进水保 护等。这类操作画面较灵活护等。这类操作画面较灵活,画面形成将因操作系统不同而各异。但无论画面形式画面形成将因操作系统不同而各异。但无论画面形式 如何如何,都需要在画面中给操作人员提供足够的操作揭示都需要在画面中给操作人员提供足够的操作揭示(文字形式、状态指示和其它文字形式、状态指示和其它 任何直观形式任何直观形式)。 4、 驱动级联锁开关手动投驱动级联锁开关手动投/切操作画面切操作画面 以功能子组或若干相关功能子组为单位划分画面以功能子组或若干相关功能子组为单位划分画面,即一个功能子组即一个功能子组(或相关功能或相关功能 子组子组)内的各被控对象的驱动级联锁开关归入一个操作画面。每个驱动级的联锁开内的各被控对象的驱动级联锁开关归入一个操作画面。每个驱动级的联锁开 关以相应被控对象的测点名加被控对象的示意图表示。关以相应被控对象的测点名加被控对象的示意图表示。 5、 事故报警确认操作画面事故报警确认操作画面 SCS 主要用于单元机组的辅机启主要用于单元机组的辅机启/停操作停操作,贯穿于机组从点火直至停机的各个阶贯穿于机组从点火直至停机的各个阶 段段,但但 SCS 操作不是连续进行的操作不是连续进行的,因此操作员长期连续监视的画面主要是工艺流程图因此操作员长期连续监视的画面主要是工艺流程图 或协调控制系统的画面。而控制系统的任何一个被控对象出现事故报警或协调控制系统的画面。而控制系统的任何一个被控对象出现事故报警,只能通过只能通过 工艺流程图或协调系统操作画面上方的工艺流程图或协调系统操作画面上方的 SCS 报警栏给出指示。为了能对出现事故报警栏给出指示。为了能对出现事故 报警的被控对象进行快速检索、判别和确认事故类别报警的被控对象进行快速检索、判别和确认事故类别(跳闸、断线及执行指令超时跳闸、断线及执行指令超时 等等),就需要定义且合理、有效地组织事故报警确认操作画面。就需要定义且合理、有效地组织事故报警确认操作画面。 6、 SCS 提示画面提示画面 主要指功能组或功能子组中主要辅机顺序控制的启、停允许条件和能引起主要主要指功能组或功能子组中主要辅机顺序控制的启、停允许条件和能引起主要 辅机跳闸的保护跳闸信号一览画面辅机跳闸的保护跳闸信号一览画面,此类画面通常主要用于功能组或功能子组启、此类画面通常主要用于功能组或功能子组启、 停操作时的条件检查。停操作时的条件检查。 四、四、设计建议：设计建议： 10 顺序控制的设计尚有许多问题需要在实践中探索和完善。采用顺序控制的设计尚有许多问题需要在实践中探索和完善。采用 DCS 后后,与常规与常规 联锁间的界面以何种方式处理更好联锁间的界面以何种方式处理更好,人人-机界面应为运行人员提供哪些最基本的操作机界面应为运行人员提供哪些最基本的操作 和提示和提示,才能更有效地利用好顺序控制功能才能更有效地利用好顺序控制功能,这些都需要同行及上级主管部门讨论这些都需要同行及上级主管部门讨论,尽尽 早制定一个相应规范早制定一个相应规范,以宏观指导今后的以宏观指导今后的 SCS 设计设计,特别是给特别是给 DCS 的国外承包商一的国外承包商一 个明确的顺序控制设计技术规范书个明确的顺序控制设计技术规范书,使其设计的系统更适合于技术要求和操作习惯使其设计的系统更适合于技术要求和操作习惯, 为为 SCS 的设计、应用向更加实用化的方向推进。的设计、应用向更加实用化的方向推进。 第三章第三章 300MW300MW 机组锅炉风烟系统顺序控制机组锅炉风烟系统顺序控制 锅炉风烟系统是电厂中最重要的辅机系统之一。本章重点介绍锅炉风烟系统是电厂中最重要的辅机系统之一。本章重点介绍 300MW300MW 机组锅炉机组锅炉 风烟系统的主要设备，包括送风机、吸风机、一次风机和空气预热器及其附属设备风烟系统的主要设备，包括送风机、吸风机、一次风机和空气预热器及其附属设备 和风烟通道挡板的顺序控制。和风烟通道挡板的顺序控制。 第一节第一节 风烟系统概述风烟系统概述 一、一、300MW300MW 机组锅炉风烟系统简介机组锅炉风烟系统简介 300MW300MW 机组一般采用图所示风烟系统。系统配置两台轴流式送风机、两台离心机组一般采用图所示风烟系统。系统配置两台轴流式送风机、两台离心 式吸风机、两台离心式一次风机以及两台三分仓回转式空气预热器，具有相互独立式吸风机、两台离心式一次风机以及两台三分仓回转式空气预热器，具有相互独立 的一次风和二次风系统。的一次风和二次风系统。 一次风总风量由一次风总风量由 CCSCCS 通过改变一次风机进口调节挡板一度进行调节。通过改变一次风机进口调节挡板一度进行调节。 二次风由送风机出来，经过空气预热器加热，送至炉膛前后墙，通过各层二次二次风由送风机出来，经过空气预热器加热，送至炉膛前后墙，通过各层二次 风调节挡板等进入炉膛。二次风总量由风调节挡板等进入炉膛。二次风总量由 CCSCCS 通过调整送风机动叶角度进行调节。通过调整送风机动叶角度进行调节。 11 预 热 器 1A 预 热 器 1B 炉 膛 烟 井 12 两台吸风机提供抽吸烟气的动力。从炉膛出来的高温烟气经过过热器、再热器、两台吸风机提供抽吸烟气的动力。从炉膛出来的高温烟气经过过热器、再热器、 省煤器和空气预热器释入热量后，进入静电除尘器除尘，经吸风机排入烟囱。烟气省煤器和空气预热器释入热量后，进入静电除尘器除尘，经吸风机排入烟囱。烟气 流量由流量由 CCSCCS 通过调整吸风机调节挡板开度进行调节。通过调整吸风机调节挡板开度进行调节。 风烟通道分为风烟通道分为 A A、B B 两个通道。连结送风机两个通道。连结送风机 A A、空预器、空预器 A A 和吸风机和吸风机 A A 的风烟通的风烟通 道称为道称为 A A 通道，连结送风机通道，连结送风机 B B、空预器、空预器 B B 和吸风机和吸风机 B B 的通道称为的通道称为 B B 通道。在每台一通道。在每台一 次风机、送风机出口，吸风机出口，以及空预器烟气侧和一次风侧进出口、二次风次风机、送风机出口，吸风机出口，以及空预器烟气侧和一次风侧进出口、二次风 进出口以及除尘器进口均设置有截止挡板。再加上一次风机、吸风机调节挡板，送进出口以及除尘器进口均设置有截止挡板。再加上一次风机、吸风机调节挡板，送 风机动叶总计有许多块。这些挡板用于开通和关闭烟风通道。在入口导叶送风机出风机动叶总计有许多块。这些挡板用于开通和关闭烟风通道。在入口导叶送风机出 口，空预器一次风、二次风出口均分别设有口，空预器一次风、二次风出口均分别设有 A A、B B 侧连通风道，在空预器烟气侧出侧连通风道，在空预器烟气侧出 口设有口设有 A A、B B 侧连通烟道。这些连通风道和连通烟道和各截止挡板开关位置适当组侧连通烟道。这些连通风道和连通烟道和各截止挡板开关位置适当组 合，能满足单侧空预器，单侧送、吸风机，以及送、吸风机和空预器交叉运行的要合，能满足单侧空预器，单侧送、吸风机，以及送、吸风机和空预器交叉运行的要 求。该系统在除尘器进出口均设连通烟道，因此除尘器和吸风机可以交叉运行。求。该系统在除尘器进出口均设连通烟道，因此除尘器和吸风机可以交叉运行。 二、二、风烟系统顺序控制概述风烟系统顺序控制概述 风烟系统的顺序控制设功能组级顺序，子功能组级和设备级控制三级。整个风风烟系统的顺序控制设功能组级顺序，子功能组级和设备级控制三级。整个风 烟系统根据主要设备划分为烟系统根据主要设备划分为 8 8 个子功能组，即空预器个子功能组，即空预器 A A、空预器、空预器 B B、吸风机、吸风机 A A、吸、吸 风机风机 B B、送风机、送风机 A A、送风机、送风机 B B、一次风机、一次风机 A A 和一次风机和一次风机 B B。每个子功能组设有自动启。每个子功能组设有自动启 动顺序，有的子功能组还没有自动停止顺序，每个设有启停控制逻辑和部分保护逻动顺序，有的子功能组还没有自动停止顺序，每个设有启停控制逻辑和部分保护逻 辑，启动停止（或开关）均必须满足规定的安全联锁条件，保证锅炉和风烟系统设辑，启动停止（或开关）均必须满足规定的安全联锁条件，保证锅炉和风烟系统设 备的运行安全。备的运行安全。 根据风烟系统的运行要求，风烟系统投入运行，首先开通整个风烟通路，即把根据风烟系统的运行要求，风烟系统投入运行，首先开通整个风烟通路，即把 风烟系统所有截止挡板和调节挡板均打开，再停吸风机，最后停空预器。一次风机风烟系统所有截止挡板和调节挡板均打开，再停吸风机，最后停空预器。一次风机 则根据锅炉燃烧系统的要求启停。每台风机启动时必须满足通路条件，即除了风机则根据锅炉燃烧系统的要求启停。每台风机启动时必须满足通路条件，即除了风机 本身进出口挡板外，其余通路已打开。同时，风机本身附属设备已正常投运，如轴本身进出口挡板外，其余通路已打开。同时，风机本身附属设备已正常投运，如轴 承润滑油系统等，风机启动时要求在空载下运行，出口挡板应关闭，对于轴流风机，承润滑油系统等，风机启动时要求在空载下运行，出口挡板应关闭，对于轴流风机， 动叶位置应调至动叶位置应调至 0%0%位置，离心式风机进口调节挡板应关闭。位置，离心式风机进口调节挡板应关闭。 从本章第二节起，将具体介绍各功能组的控制逻辑，由于从本章第二节起，将具体介绍各功能组的控制逻辑，由于 A A 通路设备与通路设备与 B B 通路通路 设备的控制逻辑基本相同，因此只介绍设备的控制逻辑基本相同，因此只介绍 A A 通路的四个子功能组。通路的四个子功能组。 13 三、三、挡板电动执行器基本控制逻辑挡板电动执行器基本控制逻辑 目前大型火电机组风烟通道中有许多截止挡板，它们一般均由电动执行器驱动。目前大型火电机组风烟通道中有许多截止挡板，它们一般均由电动执行器驱动。 电动执行器控制回路一般由两个部分组成，即基本控制逻辑和根据被控对象在生产电动执行器控制回路一般由两个部分组成，即基本控制逻辑和根据被控对象在生产 工艺过程中特点决定的联锁逻辑。目前基本控制逻辑一般是由继电器电路硬件实现工艺过程中特点决定的联锁逻辑。目前基本控制逻辑一般是由继电器电路硬件实现 的。这里以某机组送风机的。这里以某机组送风机 A A 出口挡板为例，介绍一种具有代表性的风烟通道挡板电出口挡板为例，介绍一种具有代表性的风烟通道挡板电 动执行器的基本控制逻辑。在以后的讨论中，挡板控制逻辑重点介绍挡板开关的指动执行器的基本控制逻辑。在以后的讨论中，挡板控制逻辑重点介绍挡板开关的指 令和联锁逻辑。令和联锁逻辑。 送风机口挡板控制逻辑：送风机口挡板控制逻辑： 1 1、 挡板开启挡板开启 当按下挡板就地开启按钮或存在从当按下挡板就地开启按钮或存在从 SCSSCS 来开挡板指令（按来开挡板指令（按 CRTCRT 开启挡板按钮或开启挡板按钮或 由自动顺序来的开挡板信号）由自动顺序来的开挡板信号） ，满足下列所有条件：，满足下列所有条件： 挡板处于关闭状态或未全开；挡板处于关闭状态或未全开； 挡板开力矩开关未动作（即开力矩在许可范围内）挡板开力矩开关未动作（即开力矩在许可范围内） ； 挡板不在就地操作的关闭过程中挡板不在就地操作的关闭过程中 没有从没有从 SCSSCS 发来关挡板指令；发来关挡板指令； 无电气故障信号。无电气故障信号。 则挡板开始开启，如在开启过程中上述条件始终满足，则当挡板行程开关送到则挡板开始开启，如在开启过程中上述条件始终满足，则当挡板行程开关送到 全开位置时，电路切断，电机停转，挡板状态指示灯呈红色。如在开启过程中有从全开位置时，电路切断，电机停转，挡板状态指示灯呈红色。如在开启过程中有从 SCSSCS 发来关闭指令，则以达反向旋转，关闭挡板，如有电气故障信号，则马达停转，发来关闭指令，则以达反向旋转，关闭挡板，如有电气故障信号，则马达停转， 挡板位置维护不变。挡板位置维护不变。 2 2、 挡板关闭挡板关闭 当按下挡板就地关闭按钮或存在从当按下挡板