【摘 要】文章介紹了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的概念和作用，在集散控制系統(tǒng)中的邏輯組態(tài)和實(shí)現(xiàn)方法，并介紹了?？怂共_公司的I/A 系列集散控制系統(tǒng)，從軟硬件兩方面對(duì)其在爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】I/A系列 集散控制系統(tǒng) 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)

一、概述

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)FSSS，是一個(gè)包括燃燒器管理和燃燒安全聯(lián)鎖功能的系統(tǒng)。它能在鍋爐正常工作和啟動(dòng)、停止等運(yùn)行方式下連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)，并且進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷，通過(guò)聯(lián)鎖邏輯和設(shè)備，使燃燒設(shè)備中有關(guān)部分按照既定的合理程序完成必要的操作或處理未遂性事故，以便保證鍋爐爐膛及燃燒器系統(tǒng)的安全。它在防止運(yùn)行人員誤操作事故及有關(guān)設(shè)備故障引起鍋爐爐膛爆炸方面起著重要的作用，是大型火力發(fā)電廠必不可少的自動(dòng)化設(shè)備。

二、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

FSSS系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成：公共邏輯控制系統(tǒng)，燃油控制系統(tǒng)，燃煤控制系統(tǒng)。主要完成以下功能：

鍋爐爐膛吹掃

主燃料跳閘MFT （Main Fuel Trip）

發(fā)出跳閘原因顯示和記憶（至SOE事件順序記錄）

鍋爐燃油投入許可及控制

燃油泄漏試驗(yàn)

（一）鍋爐爐膛吹掃

爐膛吹掃是鍋爐點(diǎn)火前和鍋爐點(diǎn)火失敗后必須進(jìn)行的吹掃程序。爐膛吹掃的目的是將鍋爐爐膛和煙道內(nèi)積存的可燃混合物排除掉，完整的吹掃過(guò)程是燃燒器必要的點(diǎn)火條件之一。在5分鐘吹掃過(guò)程中，如果失去任一項(xiàng)吹掃條件，控制邏輯將立即中斷吹掃程序，并發(fā)出報(bào)警，待吹掃條件全部滿(mǎn)足，重新吹掃。

點(diǎn)火前吹掃

鍋爐點(diǎn)火前，必須進(jìn)行爐膛吹掃，這是鍋爐防爆規(guī)程中最基本的防爆保護(hù)措施。鍋爐停爐以后在閑置的爐膛內(nèi)會(huì)積聚雜物，絕大部分是燃料和空氣的混合物，在鍋爐點(diǎn)火前要向爐膛內(nèi)吹進(jìn)足夠的風(fēng)量將這些混合物帶走，以防在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爐膛爆炸。按照美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)（NFPA）的規(guī)定，吹掃時(shí)間不得少于5min，吹掃風(fēng)量不得小于30%。

吹掃過(guò)程為：

首先由運(yùn)行人員啟動(dòng)送、引風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)輔助風(fēng)擋板來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)吹掃條件具備后，BMS系統(tǒng)發(fā)出“吹掃允許”指令，此時(shí)運(yùn)行人員在操作站上啟動(dòng)“啟動(dòng)吹掃”按鈕，鍋爐開(kāi)始吹掃并計(jì)時(shí)，爐膛吹掃時(shí)間不少于5min。

吹掃條件為：

有送風(fēng)機(jī)運(yùn)行；有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行；所有油角快關(guān)閥關(guān)閉；燃油母管跳閘；關(guān)；無(wú)MFT指令；所有給煤機(jī)停；所有磨煤機(jī)停；二次風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板在；節(jié)位；所有火檢指示無(wú)火；燃燒器噴嘴在水平且風(fēng)量適當(dāng)（<40%）；火；冷卻風(fēng)壓力正常；有預(yù)熱器運(yùn)行；電除塵器停運(yùn)；FSSS系統(tǒng)電源正常；MCS系統(tǒng)電源正常；SOFA風(fēng)門(mén)擋板關(guān)；一次風(fēng)機(jī)均停

在運(yùn)行操作站上， 設(shè)有相應(yīng)指示燈顯示上述條件，并根據(jù)工況，分別顯示“吹掃允許”、“吹掃進(jìn)行”、“吹掃中斷”和“吹掃完成”，吹掃完成指令同時(shí)自動(dòng)復(fù)位MFT繼電器。

鍋爐吹掃后備保護(hù)邏輯

鍋爐吹掃后備保護(hù)的功能是當(dāng)爐膛完成吹掃一個(gè)周期，由于某種原因出現(xiàn)爐膛壓力過(guò)高或過(guò)低時(shí)，使送、引風(fēng)機(jī)跳閘，從而保護(hù)爐膛免遭過(guò)大的正、負(fù)壓力而造成損壞的一種保護(hù)邏輯。

吹掃條件為：

燃料全切斷；全爐膛無(wú)火；MFT；

當(dāng)上述信號(hào)確立后，啟動(dòng)一個(gè)5min的計(jì)時(shí)器，當(dāng)5min計(jì)時(shí)結(jié)束前，若有“爐膛壓力過(guò)高”或“爐膛壓力過(guò)低”的信號(hào)存在，則跳閘運(yùn)行中的送、引風(fēng)機(jī)；若吹掃5min結(jié)束且其間沒(méi)有“爐膛壓力過(guò)高”或“爐膛壓力過(guò)低”的信號(hào)存在，也會(huì)跳閘送、引風(fēng)機(jī)，表示5min的吹掃周期正常結(jié)束。

（二）鍋爐跳閘（MFT）保護(hù)

MFT邏輯

當(dāng)發(fā)出下列條件之一時(shí)，F(xiàn)SSS系統(tǒng)則立即切斷鍋爐主燃料，機(jī)組停止運(yùn)行，并顯示記憶首出跳閘原因。出現(xiàn)跳閘的原因有：

二個(gè)手動(dòng)按鈕同時(shí)緊急按下，即手動(dòng)緊急停爐；送風(fēng)機(jī)均跳閘；引風(fēng)機(jī)均跳閘；預(yù)熱器全部跳閘；MCS電源喪失（是否設(shè)置由用戶(hù)決定）；給水泵全部跳閘；省煤器；口給水流量小于設(shè)定值（三取二） ；再熱器保護(hù)喪失；爐膛壓力高越限（三取二）；爐膛壓力低越限（三取二）；全爐膛燃料喪失；全爐膛火焰喪失；火檢冷卻風(fēng)喪失；三取二） （是否設(shè)置由用戶(hù)決定）；風(fēng)量小于25%（三取二）；FSSS電源喪失；螺旋水壁出口金屬壁溫高越限；過(guò)熱器出口蒸汽溫度高越限；再熱器出口蒸汽溫度高越；；分離器水位高越限；分離器出口蒸汽溫度高越限；鍋爐控制系統(tǒng)故障

MFT邏輯圖如下圖1所示：

MFT跳閘繼電器動(dòng)作時(shí)，應(yīng)同時(shí)對(duì)下列設(shè)備快速發(fā)出動(dòng)作指令：

關(guān)閉暖爐油母管跳閘閥及油角閥；切除全部高能點(diǎn)火器；切除全部一次風(fēng)機(jī)；切除全部磨煤機(jī)及同時(shí)置磨煤機(jī)控制為手動(dòng)方式；切除投運(yùn)吹灰器；開(kāi)二次風(fēng)門(mén)擋板；關(guān)閉減溫水調(diào)節(jié)閥及截止閥；關(guān)閉主汽門(mén)；除塵器跳閘；送信號(hào)給MCS、SCS送信號(hào)給汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)；汽機(jī)跳閘；聲光報(bào)警。

MFT首出原因

當(dāng)有MFT信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，說(shuō)明有工況危險(xiǎn)到設(shè)備以及人身的安全，是屬于保護(hù)級(jí)別的跳閘動(dòng)作，所以在MFT動(dòng)作后，及時(shí)了解到究竟是哪個(gè)設(shè)備或者參數(shù)引起的MFT跳閘就顯得很有必要，這樣可以使得維護(hù)人員很容易就知道是系統(tǒng)中哪個(gè)部分出現(xiàn)了異常情況，能夠及時(shí)地對(duì)此設(shè)備進(jìn)行檢修或者調(diào)換，因此MFT首出原因的邏輯在FSSS系統(tǒng)中是非常重要的。

MFT首出原因如下圖2所示：

（三）鍋爐燃油投入許可及控制

燃油泄漏試驗(yàn)

在鍋爐點(diǎn)火前需檢查燃油跳閘閥至各油槍入口快關(guān)閥之間的管道和閥門(mén)在規(guī)定的油壓下有無(wú)漏油現(xiàn)象。

由運(yùn)行人員在CRT上操作，如果泄漏試驗(yàn)失敗則爐膛吹掃不成功，系統(tǒng)發(fā)出泄漏試驗(yàn)失敗信號(hào)，經(jīng)處理后重新開(kāi)始泄漏試驗(yàn)。

油泄漏試驗(yàn)一般分兩部分進(jìn)行，首先是檢測(cè)各油槍角閥及各油槍角閥至母管跳閘閥之間的油管路是否泄漏，然后檢測(cè)油跳閘閥是否有泄漏。當(dāng)這兩部分試驗(yàn)都通過(guò)時(shí)，則表明該油系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)成功。

具體過(guò)程如下：

在母管油壓達(dá)到泄漏試驗(yàn)設(shè)定值時(shí)，先開(kāi)跳閘閥和回油閥進(jìn)行油循環(huán)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的油循環(huán)關(guān)閉回油閥，對(duì)油系統(tǒng)的各管路、閥門(mén)進(jìn)行充壓至跳閘閥后泄漏試驗(yàn)壓力高開(kāi)關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉跳閘閥。這時(shí)觀察跳閘閥后的壓力變化是否保持在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。在證實(shí)前面這段無(wú)泄漏后，再進(jìn)行對(duì)油跳閘閥的試驗(yàn)，打開(kāi)回油閥泄壓至跳閘閥后泄漏試驗(yàn)壓力低壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，關(guān)閉回油閥，觀察跳閘閥出口壓力變化。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，若該壓力開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，則表明跳閘閥泄漏試驗(yàn)通過(guò)。反之則說(shuō)明該跳閘閥有泄漏現(xiàn)象。

燃燒器點(diǎn)火和熄火控制（集控室和就地）

油燃燒器控制方式分中央單角、對(duì)角控制，就地單角控制。當(dāng)單角控制方式時(shí)，可通過(guò)軟手操對(duì)所選定的油角進(jìn)行啟、?？刂?；當(dāng)對(duì)角控制方式時(shí)，可通過(guò)軟手操對(duì)1、3角或2、4角進(jìn)行啟、停控制。

在油槍可投入運(yùn)行之前，F(xiàn)SSS控制系統(tǒng)檢查下列許可條件：

主燃料跳閘復(fù)歸；火焰檢測(cè)器系統(tǒng)正常（電源、冷卻風(fēng)壓）；所有火檢均無(wú)火焰；冷卻風(fēng)母管壓力正常。

當(dāng)以上這些條件滿(mǎn)足后，在CRT操作站上顯示“允許點(diǎn)火”信號(hào)，且當(dāng)各個(gè)油槍的點(diǎn)火條件滿(mǎn)足后，油槍可以投入運(yùn)行。

由運(yùn)行人員投入油槍時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮給運(yùn)行人員提供投入單個(gè)油槍或一對(duì)油槍的靈活性。

在運(yùn)行人員通過(guò)CRT操作站啟動(dòng)一個(gè)指定的燃燒器組進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)時(shí)間順序，開(kāi)啟快關(guān)閥、霧化閥。如在設(shè)定時(shí)間內(nèi)某油槍未被證實(shí)點(diǎn)燃，關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的快關(guān)閥、霧化閥，并發(fā)出“點(diǎn)火失敗”的報(bào)警。在維持吹掃風(fēng)量的前提下，允許再進(jìn)行下一次點(diǎn)火，但至少相隔一分鐘以上。禁止在沒(méi)有查明或糾正點(diǎn)火失敗原因之前就試圖重復(fù)再點(diǎn)火操作。

許可條件喪失或在指定時(shí)間內(nèi)不能完成運(yùn)行程序，則中斷此程序。

運(yùn)行人員能通過(guò)操作CRT操作站中斷運(yùn)行程序，停止運(yùn)行程序的過(guò)程能監(jiān)視并被證實(shí)。任何一個(gè)閥門(mén)不能關(guān)閉的情況下，產(chǎn)生一個(gè)“斷油不成功”的報(bào)警。

油角啟停過(guò)程中控制對(duì)象是：油槍進(jìn)退，高能點(diǎn)火槍進(jìn)、打火，燃油快關(guān)閥的開(kāi)關(guān)，霧化閥的開(kāi)關(guān)，吹掃閥的開(kāi)關(guān)，油燃燒器輔助風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)、關(guān)。

（四）燃油跳閘（OFT）

當(dāng)燃油供油壓力不低且所有油角閥關(guān)且無(wú)MFT指令，運(yùn)行人員可在操作站（CRT）按壓開(kāi)按鈕，燃油跳閘閥將自動(dòng)開(kāi)啟。

如下工況將自動(dòng)關(guān)油母管跳閘閥：1、MFT；2、運(yùn)行人員按壓關(guān)按鈕；3、有油角閥開(kāi)但油母管壓力低或霧化介質(zhì)壓力低。

當(dāng)所有油角閥關(guān)，運(yùn)行人員可在操作站（CRT）按壓開(kāi)按鈕，燃油循環(huán)閥將自動(dòng)開(kāi)啟。如下工況將自動(dòng)關(guān)油母管循環(huán)閥：1、MFT；2、運(yùn)行人員按壓關(guān)按鈕；3、當(dāng)有大于等于3只燃燒器在運(yùn)行，燃油循環(huán)閥自動(dòng)關(guān)閉。

三、DCS軟硬件的實(shí)現(xiàn)

（一）控制器

系統(tǒng)采用了I/A系列最新的現(xiàn)場(chǎng)控制處理器FCP270。和現(xiàn)場(chǎng)總線模塊一起完成各種調(diào)節(jié)、邏輯、定時(shí)和順序控制功能。同時(shí)也能執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、報(bào)警偵測(cè)和通知的任務(wù)，為爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施提供了完整有效的硬件平臺(tái)。

控制器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光纖和工業(yè)以太網(wǎng)相連，傳輸速率達(dá)到100Mbps，保證了大量重要設(shè)備信息的安全傳輸。支持使用外部時(shí)間校準(zhǔn)器（例如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS）來(lái)進(jìn)行控制器和個(gè)模塊間的時(shí)間同步。

控制器內(nèi)部的時(shí)鐘頻率最快可以達(dá)到50ms掃描一次，為爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的快速反應(yīng)創(chuàng)造了良好條件。

下圖3為控制處理器的外貌：

（二）信號(hào)接受模塊

跳閘原因的多樣性和同時(shí)性導(dǎo)致辨析跳閘發(fā)生的時(shí)間成為分析事故原因的一個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)MFT發(fā)生瞬間，多個(gè)跳閘幾乎同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)通過(guò)硬接線發(fā)送到DCS系統(tǒng)的終端卡件，對(duì)卡件的精度和響應(yīng)時(shí)間提出了很高的要求。I/A系統(tǒng)的200系列現(xiàn)場(chǎng)總線模塊之一FBM207和與其對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用SOE軟件Sequence of Events Software Package則能滿(mǎn)足對(duì)MFT跳閘條件進(jìn)行精確記錄的需求。

下圖4是FBM207模塊和對(duì)應(yīng)的終端集成器。

FBM207模塊是一種提供了16通道電壓輸入的數(shù)字量（離散量）輸入接口模塊。支持從直流15到60伏特、交流120伏特、直流125伏特和交流240伏特多種輸入電壓特性。每個(gè)輸入通道都是分組隔離的。

（三）數(shù)據(jù)采集軟件

SOE軟件采用服務(wù)器/客戶(hù)端結(jié)構(gòu)來(lái)采集、儲(chǔ)存、顯示和匯報(bào)控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)。

SOE數(shù)據(jù)本身是基于事件的。所謂“事件”指的就是一個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)自身狀態(tài)的變化，即從“零”變?yōu)椤耙弧被蚍粗那闆r。當(dāng)這種事件發(fā)生時(shí)，SOE軟件生成一條包含變化量的數(shù)值以及變化發(fā)生事件的消息。在SOE數(shù)據(jù)庫(kù)中，“事件順序”是一組完整的，按時(shí)間分類(lèi)的事件的集合，用來(lái)證明工廠中事件或干擾的出現(xiàn)和順序。

下圖是SOE軟件的界面：

SOE軟件提供了1毫秒分辨率的高精度信號(hào)收集；對(duì)于多對(duì)控制器內(nèi)的信號(hào)，采用GPS時(shí)間同步系統(tǒng)來(lái)達(dá)到相同精度的采集效果；在時(shí)間大量且頻繁發(fā)生時(shí)，利用一個(gè)內(nèi)部可更改的緩沖帶來(lái)避免數(shù)據(jù)的丟失；和I/A系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行無(wú)縫整合，保證SOE數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間保存；生成當(dāng)前信息或歷史數(shù)據(jù)的報(bào)告和記錄；動(dòng)態(tài)的屏幕數(shù)據(jù)顯示，可以讓使用者方便地找到查看或打印特定的數(shù)據(jù)；任意一臺(tái)客戶(hù)機(jī)都能連接和現(xiàn)實(shí)SOE數(shù)據(jù)；簡(jiǎn)潔的圖形用戶(hù)界面讓使用者快速地定義和導(dǎo)入SOE數(shù)據(jù)點(diǎn)。

四、總結(jié)

采用I/A系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制處理器FCP270、FBM217信號(hào)采集模塊和SOE軟件，能方便且可靠的記錄下?tīng)t膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備的重要反饋信息。通過(guò)控制器的內(nèi)部處理能夠快速響應(yīng)設(shè)備的啟停跳閘或保護(hù)要求。I/A系統(tǒng)已成功應(yīng)用在一些大型火電機(jī)組爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中，有力地保證機(jī)組設(shè)施和操作人員的安全，有效降低電廠的成本，提高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]印江. 電廠分散控制系統(tǒng). 北京：中國(guó)電力出版社，2006

[2]羅萬(wàn)金. 電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié). 北京：水利電力出版社，1995