顺序控制系统在热电厂中的应用

梁海娟

（山东滨海能源有限公司，潍坊 262737）

顺序控制系统（Sequence Control System，SCS）是分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）的一部分。操作人员可以在控制室内通过计算机对热电厂中的有关设备进行一系列操作，如锅炉的燃油系统，只要条符合件，系统便会自动完成锅炉燃烧系统相关设备的一系列操作。顺序控制系统能监视和控制机组锅炉所有设备的保护和连锁，如锅炉送风系统中一台风机及其相关设备的保护和连锁。顺序控制系统可以使一系列的设备自动启动、停止，减少操作人员的工作量和数量。在未投入顺序控制状态的情况下，各设备可以单独通过DCS进行操作。

对每一个顺序控制系统来说，每台设备的开关状态、启动条件、操作顺序都应显示在系统画面上，方便工作人员掌握系统运行状态。设备开关运行状态一般是红色为开到位或运行状态，绿色为关到位或停止状态，黄色为故障或报警状态。此外，DCS操作人员可以对设备开关运行状态颜色进行设置。

DCS专工登录系统后可以在操作员站对顺序组态进行修改或跳步。在顺序控制过程中如果出现条件不符合的情况（如状态信号未到位），顺序控制会中断。待条件符合后，顺序控制自动向下进行。系统设备在未投入顺控状态时，操作人员可以对每一个设备进行单独操作。SCS应通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。SCS系统中的执行级应使用可独立于逻辑控制处理单元的二进制控制模件[1]。

SCS控制逻辑应由DCS的多功能控制器实现，并保证控制的响应速度。根据控制要求定义回路时间，一般要求回路时间不大于500 ms。对具有联锁保护要求快速响应的回路，回路时间要求不大于50 ms。控制系统组态应不影响机械设备的冗余度，并不降低总利用率。对有冗余的机械设备，控制系统应考虑由不同的控制器执行，若其中一个控制器发生故障时，不会导致所有冗余设备失效。

1 SCS基本形式和设计原则

1.1 驱动控制接口

驱动控制接口可以由标准控制接口卡的形式或以标准控制算法（如STARSTOP、OPENCLOS算法）的形式提供。驱动控制接口为指令发出设备和电厂动力开关设备之间的标准接口，驱动控制接口担负指令处理和驱动装置状态的监视功能。驱动控制接口的监视功能可监视执行机构状态，包括监视不对位故障[2]。

驱动控制接口应满足下列条件。第一，驱动控制接口既可接收控制室的手动指令，也可接收顺序控制系统发来的自动指令，还可接收保护指令。保护指令拥有最高的优先等级，手动指令的优先级高于自动指令。第二，阀门和挡板的终端位置信号应来自开位置和关位置的动合型终端开关接点。电动机的接通、断开反馈信号应取自动力开关的动合型接点[3]。第三，发电机、电动机事故跳闸报警显示。当发出的指令未被执行时，一定时间后会发出报警信号，并显示在画面上（一般为黄色）。状态监视应能在液晶显示屏上显示状态信息。第四，送至动力开关电气回路的控制指令要在DCS内转换为该回路接口的形式。

1.2 元件控制

元件控制是一对一的操作，即一个起/停操作对应一个驱动装置[4]。

1.3 子组控制

子组控制也叫设备控制，是一种以一个设备为主包括其辅助设备和关联设备在内的设备。例如，一个风机及其油泵、进出口挡板等，一个操作指令发出后，按实际运行条件依次自动操作辅助设备和主设备[5]。子组控制迭加于驱动控制接口之上。

子组控制的逻辑设计应满足下列要求。第一，能从控制室人工启动和停止程序。程序也须能由上级功能组控制所启动。子组控制的程序启动后，子组所有的驱动装置应自动和相继启动或停止，以满足过程需要。第二，子组控制的每一现行步序须在液晶显示屏上显示，使工作人员知道顺序控制的执行进度和顺序控制是否正常。控制所需信号的状态（断开或顺序步逻辑）须在液晶显示屏上显示。在子组控制程序中，每一个步序需要达到的条件必须是从设备上传来的反馈信号。第三，提供从控制室绕过过程条件核对人工指令使程序向前一步（跳步）的功能。

1.4 局部子组自动控制

局部子组自动控制是使用局部自启动控制，如在故障条件下备用设备自启动。风机子组中备用油泵自启动控制是局部子组自动控制的例子。当功能组或子组控制切除时，尚须运行的局部子组自动控制的功能应能自动实现。

1.5 自动备用设备控制

这种控制是局部子组自动控制对两个或多个并列运行的设备实施的自动控制。每一个设备可作为另外设备的备用，但是也能够并列运行。

自动备用设备控制应满足两方面要求。一方面，设备自动备用连锁投入时，若一个正在运行的设备出现故障不能正常运行，另一台设备需自动运行起来。当一台运行的设备不能满足生产现场需要时（如水压低于限值），系统自动启动备用设备并列运行，以满足现场生产需求。另一方面，自动备用设备控制应可通过人工或功能组控制指令选择备用设备处于备用状态或退出备用状态。备用设备自动起动时应有“正在运行”信号显示。

1.6 功能组控制

功能组控制是一种以一个工艺流程为主的包括有关设备在内的自动顺序控制。功能组控制的特点和实施原则是把在工艺流程上有相互联系并具有连续不断的顺序性控制特征的设备集作为一个整体来控制。功能组控制包括较多的元件或子组。

在工艺过程需要的基础上，编制热电厂过程区域和所包含的功能组设备。功能组控制设计应遵循下列原则[6]。第一，功能组控制系统包括启动和停止。功能组控制程序可以在主控制室由操作人员人工指令启动。编制“步对步”式程序时，如果执行步内的任何指令遭到拒绝引起事故，应使操作人员有富余的时间采取必要的措施。第二，当在自动控制过程中出现可能导致奋不顾身状态的限制因素时，系统应自动返回到出现限制因素前的状态或稳定的安全状态。在步进式控制中，基本的保护措施是在排除限制因素前停止程序。第三，功能组控制应根据工艺系统特点和需要设置断点。在程序序列的断点处，可由人工决定程序是否执行，也可选择自动继续执行下面的程序步。断点应设在能稳定运行的断点上。第四，程序启动后，程序的第一步和以后的每一步都必须自动检查和执行这一步所需的所有输入条件（一次判据），如果不具备条件，需向操作人员发出关停信号。第五，功能组控制应保证动作具有最大的独立性，在某组范围的故障不应影响另外组的工作。功能组在自动工况时，可由操作人员决定执行程序的全部或一部分。在任意一步上中断程序，略去某些操作步。在故障排除后，功能组恢复自动工况时可以重复启动程序，同时检查执行步的条件并越过故障发出前的各步。第六，功能组应具有下列工况：信息工况使用于由操作人员用直接单个操作电气驱动装置的方法执行程序；半自动或步进工况是按操作人员选定的步执行程序，当输入信号源故障或异常以及需要越过某些步时，操作人员可以用步进工况执行程序；自动工况是在无操作人员干预的情况下完成功能组的自动控制程序。第七，功能组的启动/停止，工况选择均应能在DCS操作人员站的液晶显示屏/键盘上进行。在液晶显示屏上应显示功能组控制的有关信息，包括执行步次、执行情况和每一个步序需要的条件是否达到。

2 设备及系统保护和闭锁功能

设备保护和闭锁功能保护设备和系统的安全，可预防故障事故的发生。在热电厂中，锅炉、汽机的各系统辅机的控制系统中都存在设备保护和闭锁。

辅机设备保护和闭锁的设计按下列原则进行。第一，闭锁的主要作用是防止和减少控制作用产生的不安全因素，即防止不安全的程序或操作被执行。在驱动控制接口级、子组控制级、功能组控制级均应根据运行要求设置闭锁，如作为许可条件引入工艺闭锁[7]。第二，安全保护是当危及人身安全或设备安全的异常情况出现时，自动切除设备或自动投入设备。工艺保护应在驱动控制接口级引入，直接作用于跳闸驱动装置或自动起动设备。相对于手动指令和自动指令，保护信号具有最高的优先等级。第三，保护跳闸指令对控制对象的作用是硬性的，也就是说指令可以一直保持到设备完全停止和断开，或者得到人工确认为止。保护和闭锁能从控制室人工切除，且必须是经常有效的。所有保护功能的执行不取决于其他控制系统。第四，如果一个模拟量变送器已为监视仪表、开环或闭环所用，则这个变送器不再作为保护信号的发生器。此时，对每一个保护信号需要使用一个二进制变送器，如过程驱动开关。如果变送器是冗余的（双重或三重）并使用比较器监视测量值或掺和“中值计算”，保护信号可以经极限值监视器从模拟量信号取出。第五，从报警逻辑来的断开和接通保护指令，可用于报警信号设备、DCS或其他系统，但必须提供去耦以保证回路不受干扰。一个驱动装置的保护和闭锁逻辑应有单独的保险保护。冗余的驱动装置的保护逻辑出口不能共用一个保险来保护。用于保护的接点（过程驱动开关或其他开关接点）应是动合型的，以免信号源失电或回路断线时发生误动作，对采用断电跳闸的重要保护除外。第六，发电机、电动机的电气保护（过电流、接地、低电压等）信号直接作用于电气驱动装置（断路器）跳闸，不经DCS。但是，电气保护动作应送信号到DCS，告知电气保护动作。辅机的工艺保护逻辑由DCS处理，一般不再设置硬接线的后备保护。重要的保护信号采用“3取2”或“2取1”的信号处理逻辑。DCS对用于保护的接点输入回路应有断路诊断功能。

3 SCS的操作与监视

3.1 一般要求

控制功能应能从DCS操作员站的计算机上进行监视和操作。未投入顺序控制时，每一个单独的设备都可以单独进行操作。投入顺序控制时，操作员能从操作员站计算机上看到SCS系统所必须的信息。

3.2 硬接线后备操作

下列情况应考虑硬接线后备操作：重要设备（安全门、危急放水门、手动MFT等）设置直接跳闸按钮；安全保护要求投入工作的设备，设后备操作（起/停或开/闭）；为维持现实运行工况而必须投入工作的设备。

3.3 具体功能

热电厂中，顺序控制系统经常应用于锅炉给水系统、锅炉风烟系统、锅炉点火系统、锅炉吹扫系统、汽机高加系统、汽机油系统、除氧器系统以及减温减压器等系统。

4 结语

随着控制思想的进步和自动化程度的提高，各种控制系统的使用逐渐普及，设计也会更加先进。但是，无论采用哪种控制系统，都必须结合热电厂实际情况，遵循设计原则，以保证汽机、锅炉的安全稳定运行，为热电厂创造更大的经济效益。