Excel表格代替仿真系统在火电机组DEH逻辑时序分析中的运用

粟宣淞

(广东粤电靖海发电有限公司 ，广东 汕头 515200)



Excel表格代替仿真系统在火电机组DEH逻辑时序分析中的运用

粟宣淞

(广东粤电靖海发电有限公司 ，广东 汕头 515200)

摘要：通过运用Excel表格对控制逻辑进行运算，分析功能块在每个周期的具体变化，为分析逻辑时序问题提供简便有效的手段。此方法具备大型仿真系统所没有的经济、简便、实用的特点。

关键词：仿真系统；时序；Excel表格

随着火力发电机组参数的不断提高、容量的不断增大，为满足机组功率动态响应、抗蒸汽参数扰动及自动化水平的要求，汽轮机数字电液(DEH)系统在火力发电机组中得到了广泛的应用，成为大型汽轮发电机组必不可少的组成部分。DEH系统主要完成自动检测、自动保护、自动调解及自动启停等几个方面的内容，实现发电机组从启动、升速、并网、升负荷至额定负荷及停机的全程自动控制。广东粤电靖海发电有限公司二期工程2×1 000 MW东方电气机组，采用ABB贝利公司Symphony系统为硬件基础的数字电液控制系统，实现DEH系统与分布式控制系统(DCS)一体化的设计要求，DEH系统成为整个DCS控制系统环路上的一个节点。

在DEH控制逻辑组态中，功能块是逻辑组态的基本元素。组态软件中功能码是实现不同功能的软件模块，在控制组态中为功能码指定一个块地址，确定了块地址的功能码就叫做功能块。功能块是DEH系统被组态修改的最小对象，DEH的所有功能都需要用功能块来实现[1]。不同的功能块按照一定的编排处理顺序组合在一起就可以完成过程控制功能，这种编排处理顺序也称作算法时序[2]。

广东粤电靖海发电有限公司4#机组在某次阀门活动试验时，出现调门快速关闭现象，这是由功能块时序排列先后存在问题所导致的。

1问题陈述

汽轮发电机组定期做阀门活动试验是为了防止阀门卡涩，以及避免汽轮机出现超速，甚至飞车事故。4#机组DEH系统设计有功率回路，当机组做阀门活动试验时，投入功率回路可以有效防止机组负荷大幅波动。功率回路设计内容是：机组正常运行，DEH锅炉控制模式投入，负荷设定值(target)跟踪协调控制系统(CCS)汽机主控输出；做阀门活动试验前，先切除DEH锅炉控制模式，负荷设定值(target)切手动控制。当功率回路投入瞬间，发0.5 s脉冲(mw just in)，负荷设定值(target)在0.5 s内跟踪负荷实际值加上一次调频修正值。当脉冲结束后，负荷设定值切手动控制，由操作员手动设定，初始值为在功率回路投入信号(mw just in)0.5 s脉冲内跟踪到的值，完成由阀门百分比控制切至负荷设定控制。逻辑修改前功率回路逻辑框图见图1。

2013年4#机组做阀门活动试验过程中，当运行人员投入功率回路时，调门迅速关闭。通过对历史趋势记录进行分析后得知，4#机组运行人员投入功率回路时，目标值信号(target)由68%变为475 MW，而设定值信号(setpoint)未发生变化，保持原来的68%；在投入功率回路后，逻辑判定机组负荷设定值为68 MW，机组负荷实际值为475 MW,功率回路pid运算自动关闭调门。本次事件的直接原因为回路中触发了hold信号，导致设定值没有跟踪目标值，而保持了之前的值。

2问题处理分析

事故发生后，运行人员按照原来的步骤再进行一次阀门活动时，试验过程正常，未发生之前的情况；观察之前多次做活动试验的记录后得知，hold信号的出现并没有规律，有时仅为一瞬间，有时持续较长时间。当持续时间过长时，就会出现设定值未能跟踪目标值的情况。

注：T块的S3=1时，输出=S2；T块的S3=0时，输出=S1；target功能块S3=1时，跟踪输入；target功能块的S3=0时保持当前值且只能运行人员手动设置。

图1逻辑修改前功率回路逻辑框图

要查出根本原因，还得从逻辑结构分析入手。常见的逻辑结构分析手段是采用仿真系统对逻辑进行仿真，大多数仿真系统直接采用了实际生产现场的流程图和控制组态的结果[3]，从仿真系统的运算结果中分析逻辑结构的合理性。仿真系统需要利用计算机和各种物理设备相连，通过仿真软件平台，复现所模拟的对象行为[4]。在经济条件上及现场实用上存在一定的局限性。

为此，我们用Excel文档建立表格，表格的竖列将逻辑框图中各功能块按块地址大小从小到大排列，横列为控制器每个扫描周期各功能块的运算值。已知逻辑框图，逻辑运算规则也是已知的，只要选定一个初始状态，然后根据这个状态就可以计算出每个周期任何一个功能块的值。周期1为选定的事件状态初始值(本次3#机组做阀门活动试验时，机组负荷为475 MW，汽机调门指令target为68%，DEH锅炉控制模式切除，功率回路还未投入)，周期2功率回路投入，余下周期根据初始值按功能块大小从小到大进行计算。如果出现小地址块需要调用大地址块值的情况，根据寄存器运算规则，小地址块调用的则是大地址块上一个周期运算存储的结果。控制器扫描周期已在软件中配置为100 ms。

3论证及改进处理

按照功率回路控制逻辑进行运算得出表1。从表1中可以看出，在周期3时，hold信号必然发生，而在周期4以后，hold信号的状态开始不稳定，hold值可能为阀位值(68%)或者功率值(475 MW)，而hold信号不稳定的因素就是机组负荷波动和一次调频动作。如果机组负荷波动过大，或者一次调频动作量过大时，就可能导致周期4以后的hold信号一直持续发生。如果负荷波动不大且一次调频动作量不大的话，hold信号在周期4以后就不会产生。如果hold信号从周期4开始一直产生，并持续到功率回路投入信号0.5 s脉冲结束，就会导致hold值保持为阀位值(68%)，并没有按照设计想法跟踪切换到功率值(475 MW)。

表1　逻辑时序更改前数据分析表

表1　(续)

注：proce(强制)、hold(保持)、mw in(功率回路投入)、just in(回路刚投入)的值均为布尔0或1，其他均为实数，如475t2指在第二个周期时采集到的475左右的实数。

功能块排序的原则是将输出尽量放置在右侧，功能块排列是从小到大，从左到右，然后从上至下。分析逻辑和查阅相关资料发现，回路中opc test的块地址1449大于后面target的块地址1439，opc test并未出现在最初设计资料中，而是后来追加的。组态工程师未严格遵守时序排列原则,在执行插入功能块、追加工作时犯了错误。可以判定，导致本次事故的根本原因就是逻辑时序不当。正确分析和处理时序问题是DCS系统内的一个关键，在进行DCS系统组态或修改控制组态时，要特别注意时序的问题[5]。

按照时序排列的原则，采取以下办法，对功率回路控制逻辑进行修改：将功能块1449移至功能块1433的前面，并将块地址由1449改为1432(要求比1433小)，如图2所示。

经过处理后，同样用Excel建立表格，按照之前的方法进行运算得出表2。从表2中可以看出，在功能回路信号投入后，hold信号自始至终一直保持为0(未触发)，hold值在周期3就由阀位值(62%)自动跟踪切换至功率值(500 MW)，完全避免了负荷设定值(target)与阀位设定值(setpoint)出现跟踪不一致的情况。

图2　逻辑修改后功率回路逻辑框图

名称功能块周期1周期2周期3周期4周期5周期6周期7周期8forceFC142900111110opctestFC143268t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6setpointFC143368t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6targetFC143968t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6holdFC144600000000mwinFC173301111111

表2　(续)

注：force、hold、mw in、just in的值均为布尔0或1，其他均为实数，如475t2指在第二个周期时采集到的475左右的实数。

4结论

通过运用Excel表格对控制逻辑进行运算，我们可以清晰地看到功能块在每个周期的具体变化，为分析逻辑时序问题提供非常简便有效的手段，在局部或者针对性问题分析上可以起到仿真系统类似作用。此方法要求不高，不需要大型硬件设备和软件基础，却具备大型仿真系统所没有的经济、简便的特点，在逻辑时序问题分析上可以得到良好的应用。

参考文献：

[1]蔡少展.控制逻辑中功能块的处理时序对DEH控制品质的影响[J].自动化应用,2012,27(2)：49-52.

[2]赵军.运算周期和算法块时序对机组超速保护逻辑的影响[J].自动化博览,2008(2)：100-102.

[3]苟小龙，杨晨，唐胜利，等.利用DCS组态的仿真机软件设计[J].计算机仿真，2003，20(3)：77-79.

[4]王华，周淑秋.仿真技术在电力系统中的应用[J].国际电力,2001,5(4)：13-18.

[5]宋梅林.时序问题引起锅炉MFT的分析与对策[J].湖南电力,2005,25(5)：15-17.

A Study on Excel As a Substitute for the Simulation System and Its Application in DEH Logical Time Sequence Analysis

SU Xuansong

(Jinghai Power Plant of Guangdong Yudean Group Co., Ltd.，Shantou Guangdong 515200，P.R.China)

Abstract：This paper introduces the application of Word or Excel in the control logic operation and the analysis of the changes of functional blocks in each cycle，which can realize effective and simple logical time sequence analysis．Besides，it is featured by economy，simplicity and practicability，which are what a large-scale simulation system lacks．

Key words：simulation system；time sequence；Excel

收稿日期：2016-04-05

作者简介：粟宣淞(1982-)，工程师，主要从事电厂热能控制工作。

中图分类号：TM743

文献标识码：A

文章编号：1008- 8032(2016)03- 0043- 04