火电机组报警系统逻辑画面设计与应用

王南洋 王 攀 李俊飞 陈籽君

（1.国能智深控制技术有限公司，北京 102200；2.北京市电站自动化工程技术研究中心，北京 102200）

火电厂生产系统中包括汽轮机、锅炉、发电机、给水泵以及加热器等涉及热加工的很多机械设备，根据以往设备控制系统资料可知，火电厂生产系统工艺复杂，设备很多，需要运行人员监视的参数更多，特别是随着机组容量的增大，对应的操作类设备以及监视参数逐步增多。为保障现场生产过程安全稳定，在现代电厂控制系统中应用报警系统[1-2]。

火电机组报警系统是指当DCS 控制系统采集到的现场生产工艺系统参数与工艺系统正常状态下的系统参数有差异时，通过声音或光子牌报警等报警形式，向运行人员传递生产工艺系统报警的过程。火电机组报警系统不仅减少了运行人员的工作强度，而且在工艺系统出现问题时，可以帮助运行人员及时发现系统问题，提高解决问题的效率[3]。

1 报警系统分析

报警监视是DCS 非常重要的功能之一。火电机组自动报警监视的内容应包括DCS 控制系统报警监视和火电机组工艺系统报警监视。

DCS 控制系统报警指的是当DCS 控制系统的硬件、软件、供电系统等发生故障时，发出DCS 控制系统报警。火电机组工艺系统报警指的是火电机组工艺系统中各系统的运行参数以及各系统的运行设备出现问题时的报警，火电机组工艺系统报警一般包括火电机组工艺系统模拟量参数报警和火电机组工艺系统数字量参数报警。其中模拟量参数报警又可分为两类，一类为从现场采集的硬件模拟量报警，如现场的温度、压力以及流量等；另一类为系统逻辑中计算出来的模拟量。数字量参数报警和模拟量类似，也可以分为由现场采集来的火电机组工艺系统硬件数字量参数报警，如振动大、温度高以及液位高等；另一类为系统逻辑中计算出来的数字量[4-7]。由此可见，火电机组需要监视的参数很多，需要一套完善的报警系统帮助运行人员更好地监视现场工艺系统参数，操作现场设备。

2 报警系统逻辑设计

2.1 报警系统逻辑设计原则

报警系统设计的关键是让运行人员能看到最重要且最紧迫的报警。在工程应用中根据报警的轻重缓急将报警级别分为I 级报警和II 级报警，I 级报警包括比较急、后果比较严重的报警，I 级报警一般为重要的设备跳闸、重要设备的保护跳闸信号超限或部分重要参数故障等；II 级报警信息包括不太紧急、后果不太严重的报警，可能会影响机组运行效率，但不至于对机组造成RB 或跳机等严重状况出现，例如一些不重要的辅助设备停运、备用设备联锁启动等[8-9]。

2.2 报警系统设计

针对报警系统需要分级要求，该文提出报警系统逻辑实现方法。此报警分级方法采用基础算法块搭建，如图1 所示，算法块1 为软键盘算法，该算法没有输入连接，有4 个开关量输出PK1～PK4。当接收到操作员站发送的命令PK1～PK4时，会在相应的输出端输出一个单脉冲。算法块2 为高限监视算法，该算法根据给定的高限值对输入模拟量进行检查。如果输入等于或超过高限值，则输出开关量为1，否则为0。高限值可以是一个变量，通过连接一个模拟量点实现（HISP输入端），也可以是一个常量。算法块3 为单脉冲器算法，该算法开关量输入（DIN）由0 变为1 时，输出（OUT）一个单脉冲信号。脉冲期间输入的跳变对输出无影响。输出脉冲宽度值可以连接一个外部模拟量（TARG）。如果无连接，则使用设定的静态参数值。脉冲宽度的单位为秒。当输入信号由0 变为1 时，算法变量ACT 开始计时。当 ACT ≥脉冲宽度时，脉冲结束，ACT 的值不再变化。算法块4 为RS 触发器算法，该算法的开关量输入分别为置位端（S）和复位端（R），它们的数值决定了输出端（1）和反相输出端（0）。反相输出端始终是输出端的逻辑非。

如图1 所示，当某设备轴承温度高于120℃时，DP01 为1，此时会发1s 脉冲信号，对应的RS 会锁住，即DP02 为1，当运行人员通过KEYBOARD 在画面上确认此报警后，RS 触发器的输出DP02 变为0。可以利用DP01 和DP02 两个测点的0 或1 状态来代表报警的状态。DP01 和DP02 共有4 种状态，以及所代表的报警状态见表1。

表1 测点状态与报警画面颜色对应关系表

图1 某设备轴承温度高分级报警

该方法不受2 种报警级别的限制，可以根据需要自己定义很多种报警级别，可以将DP01 和DP02 这两个点对应的报警级别设定为I 级报警，将DP03 和DP04 两个点对应的报警级别设定为II 级报警，把DP05 和DP06 两个点对应的报警级别设定为III 级报警。另外，该组态方法维护方便，每条报警相互独立，相互之间没有影响。如果需要增加新的报警或者修改原来的报警都很容易实施。

3 报警画面设计

根据工程经验，报警画面所反映出来的信息要有全面、准确和清晰的特点，能以最快速度定位到具体设备或者具体参数为最优配置，给运行人员争取到更多的时间来处理系统故障。

根据该原则对报警画面进行设计，用分区分级的方法，使报警系统更全面、清晰。

分区：将所有需要报警的信息都集中于一幅主画面上，如图2～图4 所示，将整个机组的报警系统按照系统分为锅炉报警、汽机报警、电气报警以及公用报警4 部分。在锅炉报警大块中又按照设备或系统分为若干个小的报警窗口，即MFT 监视、A 空预器跳闸等，点击每块小窗口可以弹出每个设备或者每个系统的报警窗口，当点击轴封系统报警时，出现如图5 所示的报警窗口，可以监测到轴封系统的相关报警信息。实现分区报警，报警画面看起来全面清晰。

图2 锅炉报警分区系统画面

图3 汽机报警分区系统画面

图4 电气、公用报警分区系统画面

分级：报警主图，以及报警窗口图，均分为2 个级别，第I 级别报警为红色报警，第II 级别报警为黄色报警。按照每个设备报警，实现了分区报警；用两个级别报警实现分级报警，从而实现了分区分级报警要求。

如图3 中的报警画面所示，当轴封系统有报警信息时，报警画面相应矩形框图变为黄色与蓝色交替闪烁或者红色与蓝色交替闪烁（红色与蓝色交替闪烁为I 级报警信息，黄色与蓝色交替闪烁为II 级报警信息），下面详细介绍设计中每种颜色闪烁所代表的不同报警信息：1）黄色与蓝色交替闪烁。当轴封系统仅有II 级报警信息时。2）红色与蓝色交替闪烁。当轴封系统仅有I 级报警信息；轴封系统既有I 级报警信息又有II 级报警信息时。3）黄色。当轴封系统仅有II 级报警信息并且运行人员已经确认报警信息后。4）红色。当轴封系统仅有I 级报警信息。轴封系统既有I 级报警信息又有II 级报警信息时并且运行人员已经确认报警信息后。5）黄色框。当轴封系统仅有II 级报警信息并且自已回到正常值，但是运行人员未确认此报警信息时。6）红色框。当轴封系统仅有I 级报警信息并且自已回到正常值，但是运行人员未确认此报警信息；轴封系统既有I 级报警信息又有II 级报警信息时，并且均自已回到正常值，但是运行人员未确认此报警信息。

如图5 所示，该画面为分系统的报警信息窗口，轴加风机A 跳闸为I 级红色报警，汽封排汽风机备用切除及联锁启动为黄色II 级报警，当报警信息来时为红色闪烁，黄色闪烁；在运行人员点击“报警确认”按钮后，相应信息依然保持红色和黄色但是不再闪烁，以下详细介绍设计中每种颜色闪烁所代表的不同报警信息：1）黄色与蓝色交替闪烁。轴封系统中的II 级报警信息。2）红色与蓝色交替闪烁。轴封系统的I 级报警信息。3）黄色。当轴封系统有II 级报警信息并且运行人员已经确认报警信息后。4）红色。当轴封系统有I 级报警信息并且运行人员已经确认报警信息后。5）黄色框。当轴封系统有II 级报警信息并且自已回到正常值，但是运行人员未确认此报警信息。6）红色框。当轴封系统有I 级报警信息并且自已回到正常值，但是运行人员未确认该报警信息。

图5 轴封系统报警画面

4 结语

火电机组完善的报警系统可以在少人或无人巡检机组的状态下，对机组运行参数、设备进行自动监测，对出现问题的参数和设备进行自动报警，完善的报警系统一方面可减轻工作人员负担，另一方面在出现参数或设备故障时可最大限度地提高工作人员解决问题的效率。通过对报警系统逻辑画面的设计及优化，并针对报警逻辑画面提出分区分级设计报警监视画面，使报警画面所反映出来的信息具有全面、准确以及清晰的特征，使运行人员能以最快速度定位到具体的参数或者具体的设备，给运行人员争取尽量多的时间处理故障，给电厂安全、可靠、稳定运行增加保障。