CN103616854A - 火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的递阶优化实现方法。该方法通过设计采用监控模式、断点模式、跳步模式和一键启停等不同的自启停操作模式及其切换管理逻辑；以及具有可变约束和柔性控制结构的软、硬断点与串、并行分支的组合，并辅以各种动态预判、预警条件，有效地提高了机组自启停控制功能的实用性和适用性，简化了自启停控制系统的功能和操作接口。

Description

火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂热工过程控制系统，尤其是涉及一种火电厂单元机组自启停控制系统逻辑结构的递阶优化实现方法。

背景技术

火电厂单元机组自启停控制系统(Automatic Plant Start-up and Shut-down ControlSystem，简称APS)是机组自动控制系统中最高一级的控制功能。上世纪80年代起我国从日本三菱重工MHI等公司成套进口的一些火力发电机组，如宝钢、河津、三河、珠海等电厂都曾设计了APS功能^[1]-[5]。但由于国内电厂基建调试周期、机组运行管理模式、主辅机设备可靠性和可控性、以及机组整体自动化水平等诸多因素的差异和制约，该功能迄今仍未能在国内设计的大型火力发电机组中得到推广应用。

近年来，随着国内新建火力发电机组的参数和容量不断提升，对机组自动化水平的要求也随之提高，APS功能又得到了更多的关注。国内不少单位都着手开展了APS的研究和应用工作，也取得了一些成效^[6]-[12]。

通过技术调研和文献检索发现，迄今为止国内现有的APS设计大多为照搬移植上世纪80年代从日本成套进口机组的APS设计框架，自启停控制逻辑分别采用5～6个串接并且顺序固定的断点(Break Point，简称BP)来实现其机组启停控制功能。由于对APS认识上的简单、偏颇，以及在功能设计的合理性等方面存在不足，实际应用效果仍不尽人意。不少项目即便在调试时曾经投入，但最终仍然成为虚设。

国内的大型火力发电机组多为燃煤机组并且在电网中占有绝对的比例。虽然这些燃煤机组均设计为中间负荷运行方式，并参与电网AGC调节，但作为电网主力机组的大容量、高参数的亚临界和超临界煤电机组实际绝少采用两班制等频繁启停的运行方式，正常情况下机组计划及非计划启停次数一般不会超过2～3次／年。据统计，华东电网近五年来新投产的1000MW超超临界机组也能与运行成熟的300MW／600MW亚临界机组一样，平均启停次数低于2～3次／年。而且大型发电机组的计划停机往往安排有重大的技术改造和设备检修，因此，机组再次启动首先要确保的是机组主辅设备的安全可靠性，而不是机组频繁启停时的快速、准时。操作步序很难完全按照单一的设计模式执行，运行人员的操作强度和关注侧重点也与频繁启停的机组不能类比。这种情况下，国内过份推崇的所谓“一键启停”式的自启停控制系统^[13]-[15]，其虚夸意义远大于实际功效。国内某1000MW超超临界机组设计的“一键启停”APS系统实际增设了百余个操作／选择按键，而实现的功能主要还是简单的大顺控，目前这种简单定式的APS设计模式对极少启停的大容量单元机组的运行监控是否真的合理和便利，值得商榷。

因此，APS作为单元机组最高一级的控制功能，其功能必须根据机组型式、运行方式、机组各个控制系统的设计特点合理配置和取舍，不能简单地追求所谓逻辑上的“全自动”。首先必须充分考虑其功能安全性和实用性，特别是有针对性地提高APS控制功能和逻辑结构的适应性。

本发明人在所承担的上海市科技创新专项及依托示范工程中，对APS的功能优化、人机操作界面以及APS与各控制子系统间的接口(中国专利CN201010522321.X、CN201210180956.5)，以及汽机自启停控制、锅炉燃烧、给水全程控制等的功能完整性和适应性进行了深入的分析研究，从提高实际功效出发提出了一种APS控制逻辑结构的递阶优化设计方案。

参考文献：

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[10]中国专利：火电厂单元机组自启停优化控制系统CN201010522321.X.

[11]中国专利：一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法CN201210180956.5.

[12]中国专利：一种超临界机组给水系统全程自动控制系统CN201110125760.1.

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[15]GE分散控制系统智能化机组一键启停解决方案(APS)[Z].GE新华控制工程有限公司，2010.5.

发明内容

本发明的目的在于克服现有APS设计方案的不足，提出一种基于递阶逻辑结构和具有柔性断点切换功能的机组自启停控制逻辑设计方案，从根本上提高APS的功能适应性。其中，自启停控制逻辑根据单元机组的启动工况“Start-up Phase，简称SU”或停机工况“Shut-down Phase，简称SD”分别设计有多个断点“Break Point，简称BP”及相关的步序控制逻辑；本发明的改进之处在于在自启停控制逻辑中还设计有一套APS操作模式切换逻辑，以实现具有递阶控制结构的APS管理功能，包括：①APS投入“APSON”或APS切除“APS OFF”逻辑；②启动或停机工况的人工和自动选择逻辑；③指导模式“BP Guide Mode，又称监控模式Supervisory，Mode”、断点步进模式“BP Step byStep Mode，简称断点模式”、断点跳步模式“BP Jump Step Mode，简称跳步模式”和一键启停模式“One Push Mode”等不同的APS操作模式及其切换逻辑；④软、硬断点，串、并行分支结构及其柔性切换逻辑；⑤具有动态预判“Prediction”、预检“Pre-Check”、预警“Pre-Warning”及分级闭锁的断点基本控制逻辑“BP Basic Logic，又称断点宏逻辑，BP MACRO”，⑥步序基本控制逻辑“Step Control Block”，本发明的主要技术方案具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤1.1.根据工况自动判断或由运行操作人员按下“APS ON”按钮，投入自启停控制逻辑的执行；

步骤1.2.根据锅炉或汽轮机的温度、压力以及机组负荷参数自动判断或由运行操作人员按下相应的“启动”或“停机”按钮选择启动或停机工况；

步骤1.3.APS操作模式切换逻辑将自动置为缺省模式，即“指导模式”被置位；运行操作人员也可以通过模式切换按钮选择该模式，在“指导模式”下：

.自启停控制逻辑输出到与其接口的相关控制回路的控制指令均被闭锁；

.根据启动或停机工况的不同，所有的启动或停机断点将被自动选中；

.断点准备、自动、允许条件被有选择地旁路；

·断点触发条件被自动激活；

在“指导模式”下，自启停控制逻辑可根据上一断点的完成条件自动触发执行各个断点及相关的步序控制逻辑，并在人机接口站显示各断点及相关步序的条件判断和处理结果，但不会被输出至与自启停控制逻辑接口的相关控制回路；

步骤1.4.每种APS操作模式均设计有对应的模式切换按钮，包括：“指导模式”按钮、“断点模式”按钮、“跳步模式”按钮和“一键启停”按钮；在满足触发条件的情况下，运行操作人员可以通过上述模式切换按钮实现APS操作模式的切换；在运行操作人员选中某种APS操作模式时，APS操作模式切换逻辑将自动复置其它APS操作模式；

步骤1.5.在机组冷态、温态、热态或极热态启动，以及短期、长期停机工况下，运行操作人员可以通过模式切换按钮选择“断点模式”；

“断点模式”被选中时，之前曾被选中的目标断点将被复位，运行操作人员需重新选择本次启动或停机的目标断点；如果在规定的时间延迟之后，运行操作人员未进行目标断点的选择，APS操作模式切换逻辑将自动从“断点模式”回复到“指导模式”；

在“断点模式”下，每个断点执行完毕时，需运行操作人员进行下一断点的激活确认，即按下“GO”按钮，才会继续下一个断点的执行，直至按预置或逻辑判断的顺序完成所选的全部目标断点的执行，在断点执行过程中，运行操作人员可以通过断点基本控制逻辑中的旁路“BYPASS”、暂停“HOLD”、继续“GO”或复位“RESET”按钮实现断点及相关步序控制逻辑的条件忽略、指令暂停、重启和中止断点执行；

“断点模式”是APS的常规控制模式，被选中的目标断点及相关步序控制逻辑将在逐次确认后顺序执行，并输出控制指令到与自启停控制逻辑接口的相关控制回路，同时在人机接口站显示断点及相关步序的条件判断、控制指令和处理结果；

步骤1.6.在满足每日启停、热态或极热态启动，快速停机或其它预置的全程自动条件的情况下，运行操作人员可以选择更高一级的“一键启停”模式；该模式在被运行操作人员选中之前，必须先处于“断点模式”且目标断点被正确设置；

“一键启停”设计为自启停控制逻辑在执行过程中不需要运行操作人员进行各断点的逐一确认，即可自动顺序完成所选目标断点及相关步序控制逻辑的执行，以实现全自动启动或停机；

即便是在“一键启停”的全自动模式下，运行操作人员仍可通过断点基本控制逻辑中的暂停、复位或继续按钮完成自启停控制逻辑的暂停、重启和中止；但为了确保机组启停安全，该模式下旁路按钮将被闭锁，即不再允许进行人为的条件忽略操作；；当出现断点异常及超时报警时，“一键启停”模式将自动回复到“断点模式”；

步骤1.7.在机组首次启动、检修后再启动、故障停机及其它非常规工况下，如某些断点因为故障或试验等原因不需要或不能被选中执行时，运行操作人员可以根据实际需要选择“跳步模式”；

在“跳步模式”下，运行操作人员可任意复选一个或多个相邻或间隔的目标断点，并跳过不希望在本次启动或停止过程中被执行的那部分断点；在选择“跳步模式”时，之前曾被选中的目标断点将被复位，如果在规定的时间延迟之后，运行操作人员未重新进行目标断点的选择，APS操作模式切换逻辑将自动从“跳步模式”回复到“指导模式”；

在“跳步模式”下，顺序在前的被选目标断点执行完毕后，经过运行操作人员进行断点激活确认，即可开始下一个相邻或间隔的被选目标断点及相关步序控制逻辑的执行，直至最后一个被选中的目标断点执行完成；

步骤1.8.在每次启动或停机的自启停控制逻辑执行完成，或发生锅炉主燃料跳闸MFT、机组快速减负荷切回FCB、辅机故障减负荷RB等重大故障，或自启停控制逻辑执行过程中由运行操作人员按下“APS OFF”按钮，自启停控制逻辑的全部运算处理和控制功能均将被立刻中止。

APS的一个重要功能就是机组启停过程的在线指导，而“指导模式”包含了机组启动或停机工况下的运行安全条件判断和主要运行参数的监控，因此，APS操作模式切换逻辑设计有工况自动触发逻辑，可以在机组开始启动或停机时自动置为“指导模式”；这时，运行操作人员不能直接通过“APS OFF”按钮退出APS断点及相关步序控制逻辑的执行，而必须采用以下两种步骤和方法：

步骤2.1.在机组未开始启动或停止且工况自动触发逻辑未被置位前，即按下“APSOFF”按钮退出自启停控制逻辑的执行；

步骤2.2.先切为“断点模式”，再按下“APS OFF”按钮退出自启停控制逻辑的执行。

另外，在传统的APS设计方案中，每个断点的执行均顺序固定，而本发明的自启停控制逻辑中的断点分别设计为软断点和硬断点、并可采用串行分支“Serial Branch”或并行分支“Parallel Branch”的组合，通过断点触发条件“Kick-offCondition，简写为K”、准备条件“Preparation Condition，简写为R”、定时条件“又称同步条件，TimingCondition，简写为T”、允许条件“Permission Condition，简写为P”、完成条件“CompleteCondition，简写为C”以及所选中的目标断点等约束条件的集合，改变断点的预置执行顺序和触发时间，从而实现自启停控制逻辑的柔性切换，具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤3-1.断点的串行分支设计为当自启停控制逻辑投入或某个断点执行完成后，即可根据该断点的完成条件触发后续断点的执行，直至全部被选择的目标断点执行完毕；

步骤3-2.断点的并行分支设计为当自启停控制逻辑投入或某个断点执行完成后，可根据多个断点的完成条件和其它触发条件的集合激活不同的后续断点的执行，这些后续断点执行完成后，将继续其分支内对应后续断点的执行，直至全部被选择的目标断点执行完毕；在不同的并行分支中，可包括一个或多个串行的软断点或硬断点；

步骤3-3.在“断点模式”下，硬断点的触发条件设计为运行操作人员的确认指令；而所谓软断点的触发条件设计为其上一步断点的完成条件、其它断点的准备条件、定时条件、允许条件、完成条件、所选中的不同目标断点以及运行操作人员确认指令的约束集合，当约束集合的输出为真时，软断点才会被触发执行；与硬断点不同的是，软断点还可通过一个包含定时条件的约束集合实现多次触发执行。

可以看出，在本发明的设计方案中断点根据机组的工艺需求区分为了“软”断点和“硬”断点两种。“硬”断点是机组启动和停止过程中，基于设备安全性和存在不可连续在线测量的重要参数需要确认而设置的断点，在完成前一个断点的逻辑后，在“硬”断点处必须经过运行操作人员的确认，APS控制逻辑才能继续后续的断点控制逻辑；而“软”断点则可设计为由多个“硬”断点和步序组合成的一段自启停控制逻辑，在执行过程中可不需要人工干预，也可以由约束或定时逻辑，以及人工干预进行调整。

在传统的自启停控制逻辑设计方案中，断点是根据火电厂单元机组启动和停止过程中的完成顺序、操作目标和时间等要求，将整个启动和停止的自动控制逻辑划分成须由运行人员进行确认的多个相对独立、逻辑结构相似的节点，每个断点中可包含有多个相关的控制步序。本发明的技术方案完善了设计了一套具有动态预判“Prediction”、预检“Pre-Check”、预警“Pre-Warning”及分级闭锁的断点基本控制逻辑“BP Basic Logic”，具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤4.1.断点基本控制逻辑中设计有触发条件逻辑，可根据不同的APS操作模式、断点完成条件以及运行操作人员的确认指令，触发断点及相关步序控制逻辑的执行；

步骤4.2.断点基本控制逻辑只有在满足设计的定时条件、准备条件、自动条件和允许条件后才会被触发执行；

步骤4.3.准备条件和自动条件分别设计有旁路“BYPASS”按钮，运行操作人员可通过该按钮对暂时未满足的准备条件和自动条件进行条件忽略的确认，从而开始断点及相关步序控制逻辑的执行；

步骤4.4.断点或步序的定时条件中设计有定时忽略“TIME IGNORE”按钮，运行操作人员可以通过该按钮调整或中止预设定的断点及步序计时器；

步骤4.5.对重要的辅机设备，准备条件中设计有动态预判条件，即通过判断本次启动前的一个设定监控时间内该辅机设备是否成功进行过试运转来对相关准备条件进行置位；同时动态预判条件还能自动判断多台并列运行的辅机设备中最后跳闸的那台辅机设备，并自动设置其为首台重启的辅机设备；

步骤4.6.对重要的监控参数，准备条件中还设计有动态预警条件，即通过监视本次启动前的一个设定监控时间内该参数是否超过预置的越限次数或越限阈值对相关准备条件进行置位；

步骤4.7.对相关模拟量调节回路设计有预检及全程自举功能，即通过对模拟量调节回路切手动条件的分类预判，在闭锁或联锁切手动条件复位之后，即可自动联锁投入模拟调节回路的自动；预检是对模拟量调节回路在手动状态下的控制输出或相关工艺参数的变化进行监控；在预检时如果曾多次出现控制输出偏差大或相关工艺参数失配等故障的重要模拟量调节回路，旁路“BYPASS”按钮不会忽略其强制切手动条件；

步骤4.8.在人机接口站上设计有断点预判、预检和预警条件的集中显示功能，以使运行操作人员能进一步了解整个机组设备的即时状况和潜在故障；

步骤4.9.在断点已被成功触发并在执行过程中，准备条件和自动条件的复位将触发一个报警，但不会暂停或中止断点基本逻辑的执行；

步骤4.10.在断点已被成功触发并在执行过程中，任一允许条件的复位均将暂停断点及相关步序控制逻辑的指令输出，运行操作人员可在确定安全的情况下通过按下继续“GO”按钮重启断点基本逻辑的执行；

步骤4.11.当断点完成条件满足、或断点及相应步序执行超时、或后续断点正在执行中、或运行操作人员按下复位“RESET”按钮，以及出现其它复位条件时，断点基本逻辑的执行将被中止；

步骤4.12.断点基本控制逻辑中设计有不同的寄存器，以使所有的启动或停机断点均可以通过同一组继续“GO”、旁路“BYPSS”、暂停“HOLD”、定时忽略“TIME IGNORE”和复位“RESET”按钮进行控制。

通常，断点基本控制逻辑的输出将作为步序基本控制逻辑的上位控制指令，而步序控制逻辑的输出指令将直接输出至子组级或驱动级设备；步序基本控制逻辑的设计功能包括了以下步骤和方法：

步骤5.1.步序基本控制逻辑设计有一个可以通过定时忽略“TIME IGNORE”按钮进行调整的等待计时器和监控计时器，等待计时器的作用为当步序基本控制逻辑接受到上位控制指令时，经过一个预置的等待时间延迟才发出步序控制指令，监控计时器的作用为当步序控制指令发出后，如在预置的监控时间延迟后未接收到步序完成反馈，将置位步序超时报警输出；

步骤5.2.步序基本控制逻辑设计有一个手自动切换人机接口，当其被置为自动方式时，步序基本控制逻辑由上位控制指令触发，上位控制指令包括顺控指令“SequenceControl”、定时触发指令“Timing Trigger”、工况驱动指令“Event Oriented”和安全联锁“Interlock”指令；当其被置为手动方式时，步序基本控制逻辑由运行操作人员按下开始“Start”按钮才被触发，其优先级依次设计为安全联锁-手动指令-工况驱动-定时触发-顺控指令；

步骤5.3.步序控制逻辑具有一个初始条件输入逻辑接口“Input for Initiation Criteria，简写为I”，当其为真时，上位控制指令或运行操作人员才能触发步序的执行，否则，步序控制指令将被闭锁；

步骤5.4.步序控制逻辑具有一个跳步输入逻辑接口“Input for Skip Criteria，简写为S”，当其为真时，步序将不被执行，步序控制逻辑的跳步输出接口被置位；

步骤5.5.步序控制逻辑具有一个完成条件输入逻辑接口“Input for Complete Criteria，简写为C”，当其为真时，步序控制逻辑的完成输出接口被置位。

很显然，对单元制布置的大型锅炉-汽轮发电机组，单靠传统的功能和逻辑单一的自启停控制逻辑就能完全满足机组“一键启停”要求是不切实际的。在锅炉和汽轮机分别采用引进日本和欧洲技术的组合形式时，APS的设计与原有设计之间还存在着逻辑结构重复和功能相互牵掣等问题。本发明的技术方案针对不同类型机组提出的递阶结构和柔性切换优化方案可以有针对性地解决上述问题。

如当汽机控制系统与单元机组分散控制系统采用不同硬件时，自启停控制逻辑中至少设计包括了一个汽机自启停控制逻辑的并行分支；该并行分支设计为与机组准备断点或锅炉准备断点同时激活，该并行分支至少包括汽机辅机系统、汽机油系统和汽机复置、暖机检查、汽机升速和定速等串行断点；并且在单元机组同期并网结束以及锅炉升温升压断点完成之后进入机组升负荷断点；在其准备条件和允许条件满足时，运行人员可以单独选择并触发该并行分支的执行。这种并行逻辑设计简化了汽机控制系统TCS与单元机组分散控制系统DCS采用不同硬件时的接口和逻辑设计。

对配置直流锅炉的单元机组，由于其循环倍率为1，启停过程中对汽水品质和水动力特性的要求更为严格，且现代大型直流锅炉机组均采用滑压运行方式，期间还要进行干、湿态及亚临界与超临界工况的转换，而大容量发电机组一般设计有多台电动和汽动给水泵，因此，在机组启停过程中，平稳地实现给水泵的入系或出系(也称为并泵或退泵)也就成为APS最为重要的功能之一。尤其是对大容量、高参数的超临界机组，多泵切换过程中引起的给水流量波动对机组压力和温度等主要控制参数的扰动幅度更大，操作不当极易造成机组因参数越限而直接引发事故停机。因此，给水自启停控制系统也就成为了APS和机组全程给水控制系统设计和应用的难点之一。国内已有一些单位针对机组启停运行过程中出现的问题，在顺序控制系统SCS或机组自启停控制系统APS中增设了给水泵自动并泵和退泵逻辑，但不同的给水泵启停步序被分别设置在固定的串接断点中。

因此，对直流炉单元机组的自启停控制逻辑可设计包括一个单独的给水全程控制的并行分支，当机组启动准备断点完成后，该并行分支将被激活；给水全程控制并行分支中至少包括给水流量指令计算、每台泵的启动或停止、每台泵的入系或出系“Put inService or Out of Service”、汽源切换等软、硬断点；每个软断点均可以根据其触发条件的约束集合，包括锅炉负荷和预置的定时条件，并可分别通过约束集合选择在自启停控制逻辑的升负荷I或升负荷II等不同的断点完成后被激活执行；在所有的给水泵完成启动或停运、入系或出系后，该并行分支会自动触发后续断点以完成整个机组的自启停控制逻辑；同时，在其准备条件和允许条件满足时，运行人员也可以单独触发激活该并行分支的执行。

锅炉启停过程中另外一个最为重要的工艺系统是启停过程中的燃烧器管理，不同类型的机组具有不同的工艺要求，如对设计有多种启动燃料或多燃料混烧的单元机组，自启停控制逻辑中可设计包括一个燃料切换的软断点或并行分支，该断点将根据其触发条件的约束集合，完成各种燃料的自动或手动定序和点火，锅炉及燃烧器热负荷控制、锅炉设定蒸汽温度及其温升率控制，直至完成所有启动或混烧燃料的自动切换，并在其执行完毕触发后续断点以完成全部自启停控制逻辑的执行；同时，在其准备条件和允许条件满足时，运行操作人员也可以单独触发激活该并行分支的执行。

本发明的有益效果是：通过设计采用不同的APS操作模式、可在线柔性调整的软、硬断点和串、并行分支，以及采取各种动态预判、预检和预警方法，切实提高了自启停控制逻辑在不同类型机组和不同运行工况下的整体适应性。

附图说明

图1是采用本发明的APS自启停模式切换逻辑方框图；

图2是采用现有技术的APS断点串级结构示意图；

图3是采用本发明技术方案的断点分支结构和柔性切换示意图；

图4是本发明实施例的APS监控画面运行示意图；

图5是本发明实施例的APS操作模式切换逻辑的控制组态图；

图6是本发明实施例的断点动态预判功能的控制组态图。

具体实施方式

下面结合附图1～附图6来对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施并给出了具体的设计方案，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

某电厂350MW机组锅炉为德国巴布科克日立欧洲公司BHE设计制造的全燃烧低热值煤气塔式直流锅炉，单元机组分散控制系统DCS为Emerson公司Ovation；汽轮发电机组由德国西门子Siemens公司生产制造，配套的汽机控制系统TCS为西门子T-3000。

原设计的APS采用的是通常的串级断点逻辑结构，机组启动过程设计有6个断点111、112、113、114、115、116；停止过程设计有4个断点121、122、123、124，同时还包括一个APS公用逻辑110(如附图2所示)。在机组投产后，根据实际运行情况采用本发明的技术方案对整个APS控制逻辑结构进行了优化，包括优化后的APS操作模式切换逻辑210(如附图1)，其中采用了本发明人提出的一种新的APS操作接口(中国专利CN201210180956.5)，并且其启动过程的APS断点结构设计为锅炉自启动控制ABC、汽机自启动控制ATC两个主要的并行分支和燃料切换、给水全程控制两个软断点及并行分支，如附图3所示。

由于汽机自启停ATC采用了不同的控制系统硬件，并且其监控相对独立。因此本实施例中将其作为了一个独立的并行分支进行考虑，其自启停控制逻辑最大限度采用原厂家的合理设计，该并行分支可以在其它自启停控制逻辑退出时，仍可通过汽机控制系统单独激活执行，在自启停控制逻辑投入后，其它断点可根据该并行分支的完成状态作为允许或完成条件触发执行。

由于直流锅炉单元机组其启动过程必须进行冷态清洗和热态清洗，而炉水品质目前还难以实现快速准确的在线连续测量，必须依靠取样离线检测，这就必须设计由运行人员判断的“硬”断点。而汽轮机启动时的暖机过程，也必须根据现场情况进行综合判断。在较长的冷态启动过程中，还往往涉及到运行人员交接班等随机情况，需要暂时中止重大设备的启停操作。当完成重大技改和设备检修之后，更需要大量的现场安全确认，这些都要求APS的功能具有一定的灵活性和可调整性。因此，优化后的设计方案采用了四种不同的APS操作模式(如附图4所示)，运行操作人员可以根据每次启停的状态灵活地进行选择。从安全的角度出发，APS操作模式切换逻辑可以自动进行不同操作模式的置位和联锁复位，其详细的控制逻辑组态可参见附图5。

由于该机组设计了多种不同的启动燃料和主燃料，尤其是主燃料高炉煤气要受到整个高炉生产主流程的制约，因此，燃料和给水系统设计采用了软断点形式，其触发条件是由本断点的触发条件、上一步断点的完成条件、其他串行或并行断点的准备条件、允许条件或运行人员启动指令的约束集合，当约束集合的输出为真时，软断点被触发执行，从而实现一种具有可变约束的柔性逻辑结构。这种设计可以根据燃料供给的实际情况，选择及早投入或延缓投入(如附图3所示)。同时，对6KV等重要的辅机均设计了动态预判功能(其逻辑组态如图6所示)。

Claims (8)

1.一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其中，自启停控制逻辑根据单元机组的启动或停机工况分别设计有多个断点及相关的步序控制逻辑；其特征在于：在自启停控制逻辑中还设计有一套APS操作模式切换逻辑，以实现具有递阶控制结构的APS管理功能，包括：①APS投入或APS切除逻辑；②启动或停机工况的人工及自动选择逻辑；③指导模式、断点模式、跳步模式和一键启停等多种不同的APS操作模式及其切换逻辑；④软、硬断点，串、并行分支结构及其柔性切换逻辑；⑤具有动态预判、预检、预警及分级闭锁的断点基本控制逻辑，⑥APS步序基本控制逻辑，具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤1.1.根据工况自动判断或由运行操作人员按下“APS ON”按钮，投入自启停控制逻辑的执行；

步骤1.2.根据锅炉、汽轮机温度、压力及负荷参数自动判断或由运行操作人员按下相应按钮选择启动或停机工况；

步骤1.3.APS操作模式切换逻辑将自动置为缺省模式，即“指导模式”被置位；运行操作人员也可以通过模式切换按钮选择该模式，在“指导模式”下：

·自启停控制逻辑输出到与其接口的相关控制回路的控制指令均被闭锁；

·根据启动或停机工况的不同，所有的SU或SD断点将被自动选中；

·断点准备、自动、允许条件被有选择地旁路；

·断点触发条件被自动触发；

在“指导模式”下，自启停控制逻辑可根据上一断点的完成条件自动触发执行各个断点及相关的步序控制逻辑，并在人机接口站显示各断点及相关步序的条件判断和处理结果，但不会被输出至与自启停控制逻辑接口的相关控制回路；

步骤1.4.每种APS操作模式均设计有对应的模式切换按钮，包括：“指导模式”按钮、“断点模式”按钮、“跳步模式”按钮和“一键启停”按钮；在满足触发条件的情况下，运行操作人员可以通过上述模式切换按钮实现APS操作模式的切换；在运行操作人员选中某种APS操作模式时，APS操作模式切换逻辑将自动复置其它APS操作模式；

步骤1.5.在机组冷态、温态、热态或极热态启动，以及短期、长期停机工况下，运行操作人员可以通过模式切换按钮选择“断点模式”；

“断点模式”被选中时，之前曾被选中的目标断点将被复位，运行操作人员需重新选择本次启动或停机的目标断点；如果在规定的时间延迟之后，运行操作人员未进行目标断点的选择，APS操作模式切换逻辑将自动从“断点模式”回复到“指导模式”；

在“断点模式”下，每个断点执行完毕时，需运行操作人员进行下一断点的触发确认，即按下“GO”按钮，才会继续下一个断点的执行，直至按预置或逻辑判断的顺序完成所选的全部目标断点的执行，在断点执行过程中，运行操作人员可以通过断点基本控制逻辑中的旁路“BYPASS”、暂停“HOLD”、继续“GO”或复位“RESET”按钮实现断点及相关步序控制逻辑的条件忽略、指令暂停、重启和中止断点执行；

“断点模式”是APS的常规控制模式，被选中的目标断点及相关步序控制逻辑将在逐次确认后顺序执行，并输出控制指令到与自启停控制逻辑接口的相关控制回路，同时在人机接口站显示断点及相关步序的条件判断、控制指令和处理结果；

步骤1.6.在满足每日启停、热态或极热态启动，快速停机或其它预置的全程自动条件的情况下，运行操作人员可以选择更高一级的“一键启停”模式；该模式在被运行操作人员选中之前，必须先处于“断点模式”且目标断点被正确设置；

“一键启停”设计为自启停控制逻辑在执行过程中不需要运行操作人员进行各断点的逐一确认，即可自动顺序完成所选目标断点及相关步序控制逻辑的执行，以实现全自动启动或停机；

运行操作人员仍可通过断点基本控制逻辑中的暂停、复位或继续按钮完成自启停控制逻辑的暂停、重启和中止；但为了确保机组启停安全，“一键启停”模式下旁路按钮将被闭锁，即不再允许进行人为的条件忽略操作；当出现断点异常及超时报警时，“一键启停”模式将自动回复到“断点模式”；

步骤1.7.在机组首次启动、检修后再启动、故障停机及其它非常规工况下，如某些断点因为故障或试验等原因不需要或不能被选中执行时，运行操作人员可以根据实际需要选择“跳步模式”；

在“跳步模式”下，运行操作人员可任意复选一个或多个相邻或间隔的目标断点，并跳过不希望在本次启动或停止过程中被执行的那部分断点；在选择“跳步模式”时，之前曾被选中的目标断点将被复位，如果在规定的时间延迟之后，运行操作人员未重新进行目标断点的选择，APS操作模式切换逻辑将自动从“跳步模式”回复到“指导模式”；

在“跳步模式”下，顺序在前的被选目标断点执行完毕后，经过运行操作人员进行断点触发确认后，即可开始下一个相邻或间隔的被选目标断点及相关步序控制逻辑的执行，直至最后一个被选中的目标断点执行完成；

步骤1.8.在每次启动或停机的自启停控制逻辑执行完成，或发生锅炉主燃料跳闸MFT、机组快速减负荷切回FCB、辅机故障减负荷RB等重大故障，或自启停控制逻辑执行过程中由运行操作人员按下“APS OFF”按钮，自启停控制逻辑的全部运算处理和控制功能均将被立刻中止。

2.如权利要求1所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：由于“指导模式”包含了机组启动或停机工况下的运行安全条件判断和主要运行参数的监控，因此，APS操作模式切换逻辑设计有工况自动触发逻辑，可以在机组开始启动或停机时自动置为“指导模式”；这时，运行操作人员不能直接通过“APS OFF”按钮退出APS断点及相关步序控制逻辑的执行，而必须采用以下两种步骤和方法：

步骤2.1.在机组未开始启动或停机且工况自动触发逻辑未被置位前，即按下“APSOFF”按钮退出自启停控制逻辑的执行；

步骤2.2.先切为“断点模式”，再按下“APS OFF”按钮退出自启停控制逻辑的执行。

3.如权利要求1所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：所述自启停控制逻辑中的断点分别设计为软断点和硬断点、并可采用串行和并行分支的组合，通过断点触发条件、准备条件、定时条件、允许条件、完成条件以及所选中的目标断点等约束条件的集合，改变断点的预置执行顺序和触发时间，从而实现自启停控制逻辑的柔性切换，具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤3-1.断点的串行分支设计为当自启停控制逻辑投入或某个断点执行完成后，即可根据该断点的完成条件触发后续断点的执行，直至全部被选择的目标断点执行完毕；

步骤3-2.断点的并行分支设计为当自启停控制逻辑投入或某个断点执行完成后，可根据多个断点的完成条件和其它触发条件的集合触发不同的后续断点的执行，这些后续断点执行完成后，将继续其并行分支内对应后续断点的执行，直至全部被选择的目标断点执行完毕；在不同的并行分支中，可包括一个或多个串行的软断点或硬断点；

步骤3-3.在“断点模式”下，硬断点的触发条件设计为运行操作人员的确认指令；而软断点的触发条件设计为其上一步断点的完成条件、其它断点的准备条件、定时条件、允许条件、完成条件、所选中的不同目标断点以及运行操作人员确认指令的约束集合，当约束集合的输出为真时，软断点才会被触发执行；与硬断点不同的是，软断点还可通过一个包含定时条件的约束集合实现多次触发执行。

4.如权利要求1所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：所述的具有动态预判、预检、预警及分级闭锁的断点基本控制逻辑(BP BASICLOGIC)具体是由以下步骤和方法实现的：

步骤4.1.断点基本控制逻辑中设计有触发条件逻辑，可根据不同的APS操作模式、断点完成条件以及运行操作人员的确认指令，触发断点及相关步序控制逻辑的执行；

步骤4.2.断点基本控制逻辑只有在满足设计的定时条件、准备条件、自动条件和允许条件后才会被触发执行；

步骤4.3.准备条件和自动条件分别设计有旁路“BYPASS”按钮，运行操作人员可通过该按钮忽略暂时未满足的准备条件和自动条件，从而可以开始断点及相关步序控制逻辑的执行；

步骤4.4.断点或步序的定时条件中设计有定时忽略“TIME IGNORE”按钮，运行操作人员可以通过该按钮调整或中止预设定的断点及步序计时器；

步骤4.5.对重要的辅机设备，其准备条件中设计有动态预判条件，即通过判断本次启动前的一个设定监控时间内该辅机设备是否成功进行过试运转来对相关准备条件进行置位；同时动态预判条件还能自动判断最后跳闸的多台并列运行的辅机设备，并自动设置其为首台重启的辅机设备；

步骤4.6.对重要的监控参数，准备条件中还设计有动态预警条件，即通过监视本次启动前的一个设定监控时间内该参数是否超过预置的越限次数或越限阈值对相关准备条件进行置位；

步骤4.7.对相关模拟量调节回路设计有预检及全程自举功能，即通过对模拟量调节回路切手动条件的分类预判，在闭锁或联锁切手动条件复位之后，即可自动联锁投入模拟调节回路的自动；预检是对模拟量调节回路在手动状态下的控制输出或相关工艺参数的变化进行监控；保证旁路“BYPASS”按钮不会忽略在预检时曾多次出现控制输出偏差大或相关工艺参数失配等故障的重要模拟量调节回路的强制切手动条件；

步骤4.8.在人机接口站上设计有断点预判、预检和预警条件的集中显示功能，以使运行操作人员能进一步了解整个机组设备的即时状况和潜在故障；

步骤4.9.在断点已被成功触发并在执行过程中，准备条件和自动条件的复位将触发一个报警，但不会暂停或中止断点基本逻辑的执行；

步骤4.10.在断点已被成功触发并在执行过程中，任一允许条件的复位均将暂停断点及相关步序控制逻辑的指令输出，运行操作人员可在确定安全的情况下通过按下继续“GO”按钮重启断点基本逻辑的执行；

步骤4.11.当断点完成条件满足、或断点及相应步序执行超时、或后续断点正在执行中、或运行操作人员按下复位“RESET”按钮，以及出现其它复位条件时，断点基本逻辑的执行将被中止；

步骤4.12.断点基本控制逻辑中设计有不同的寄存器，以使所有的启动和停机断点均可以通过同一组继续“GO”、旁路“BYPSS”、暂停“HOLD”、定时忽略“TIMEIGNORE”和复位“RESET”按钮进行控制。

5.如权利要求1所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：所述的步序基本控制逻辑具体是按照以下方法和步骤实现的：

步骤5.1.步序基本控制逻辑设计有一个可以通过定时忽略“TIME IGNORE”按钮进行调整的等待计时器和监控计时器，等待计时器的作用为当步序基本控制逻辑接受到上位控制指令时，经过一个预置的等待时间延迟才发出步序控制指令，监控计时器的作用为当步序控制指令发出后，如在预置的监控时间延迟后未接收到步序完成反馈，将置位步序超时报警输出；

步骤5.2.步序基本控制逻辑设计有一个手自动切换人机接口，当其被置为自动方式时，步序基本控制逻辑由上位控制指令触发，上位控制指令包括顺控指令、定时触发指令、工况驱动指令和安全联锁指令；当其被置为手动方式时，步序基本控制逻辑由运行操作人员按下“开始”按钮才被触发，其优先级依次设计为安全联锁-手动指令-工况驱动-定时触发-顺控指令；

步骤5.3.步序控制逻辑具有一个初始条件输入逻辑接口，当其为真时，上位控制指令或运行操作人员才能触发步序的执行，否则，步序控制指令将被闭锁；

步骤5.4.步序控制逻辑具有一个跳步输入逻辑接口，当其为真时，步序将不被执行，步序控制逻辑的跳步输出接口被置位；

步骤5.5.步序控制逻辑具有一个完成条件逻辑接口，当其为真时，步序控制逻辑的完成输出接口被置位。

6.如权利要求1和权利要求3所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：当汽机控制系统与单元机组分散控制系统采用不同硬件时，自启停控制逻辑中至少包括一个汽机自启停控制逻辑的并行分支；该并行分支设计为与机组准备断点或锅炉准备断点同时触发，该并行分支至少包括汽机辅机系统、汽机油系统和汽机复置、暖机检查、汽机升速和定速等串行断点；并且在单元机组同期并网结束以及锅炉升温升压断点完成之后进入机组升负荷断点；在其预备条件和允许条件满足时，运行操作人员可以选择单独触发该并行分支的执行。

7.如权利要求1和权利要求3所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：对配置直流锅炉的单元机组，自启停控制逻辑中可设计包括一个给水全程控制的并行分支，当机组启动准备断点完成后，该并行分支将被触发；给水全程控制并行分支中至少包括给水流量指令计算、每台泵的启动或停止、每台泵的入系或出系、汽源切换等软、硬断点；每个软断点均可以根据其触发条件的约束集合，包括锅炉负荷和预置的定时条件，分别选择在自启停控制逻辑的升负荷I或升负荷II等不同的断点完成后被触发执行；在所有的给水泵完成启动或停运、入系或出系后，该并行分支会自动触发后续断点以完成整个机组的自启停控制逻辑；同时，在其准备条件和允许条件满足时，运行操作人员也可以选择单独触发该并行分支的执行。

8.如权利要求3所述的一种火电厂单元机组自启停控制逻辑的优化实现方法，其特征在于：对设计有多种启动燃料或多燃料混烧的单元机组，自启停控制逻辑中可设计包括一个燃料切换的软断点或并行分支，该断点将根据其触发条件的约束集合，完成各种燃料的自动或手动定序和点火，锅炉及燃烧器热负荷控制、锅炉设定蒸汽温度及其温升率控制，直至完成所有启动或混烧燃料的自动切换，并在其执行完毕触发后续断点以完成全部自启停控制逻辑的执行；同时，在其准备条件和允许条件满足时，运行操作人员也可以选择单独触发该并行分支的执行。

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