粟宣淞

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司 ，廣東 汕頭 515200)

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Excel表格代替仿真系統(tǒng)在火電機組DEH邏輯時序分析中的運用

粟宣淞

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司 ，廣東 汕頭 515200)

摘要：通過運用Excel表格對控制邏輯進行運算，分析功能塊在每個周期的具體變化，為分析邏輯時序問題提供簡便有效的手段。此方法具備大型仿真系統(tǒng)所沒有的經(jīng)濟、簡便、實用的特點。

關(guān)鍵詞：仿真系統(tǒng)；時序；Excel表格

隨著火力發(fā)電機組參數(shù)的不斷提高、容量的不斷增大，為滿足機組功率動態(tài)響應(yīng)、抗蒸汽參數(shù)擾動及自動化水平的要求，汽輪機數(shù)字電液(DEH)系統(tǒng)在火力發(fā)電機組中得到了廣泛的應(yīng)用，成為大型汽輪發(fā)電機組必不可少的組成部分。DEH系統(tǒng)主要完成自動檢測、自動保護、自動調(diào)解及自動啟停等幾個方面的內(nèi)容，實現(xiàn)發(fā)電機組從啟動、升速、并網(wǎng)、升負荷至額定負荷及停機的全程自動控制。廣東粵電靖海發(fā)電有限公司二期工程2×1 000 MW東方電氣機組，采用ABB貝利公司Symphony系統(tǒng)為硬件基礎(chǔ)的數(shù)字電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)DEH系統(tǒng)與分布式控制系統(tǒng)(DCS)一體化的設(shè)計要求，DEH系統(tǒng)成為整個DCS控制系統(tǒng)環(huán)路上的一個節(jié)點。

在DEH控制邏輯組態(tài)中，功能塊是邏輯組態(tài)的基本元素。組態(tài)軟件中功能碼是實現(xiàn)不同功能的軟件模塊，在控制組態(tài)中為功能碼指定一個塊地址，確定了塊地址的功能碼就叫做功能塊。功能塊是DEH系統(tǒng)被組態(tài)修改的最小對象，DEH的所有功能都需要用功能塊來實現(xiàn)[1]。不同的功能塊按照一定的編排處理順序組合在一起就可以完成過程控制功能，這種編排處理順序也稱作算法時序[2]。

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司4#機組在某次閥門活動試驗時，出現(xiàn)調(diào)門快速關(guān)閉現(xiàn)象，這是由功能塊時序排列先后存在問題所導致的。

1問題陳述

汽輪發(fā)電機組定期做閥門活動試驗是為了防止閥門卡澀，以及避免汽輪機出現(xiàn)超速，甚至飛車事故。4#機組DEH系統(tǒng)設(shè)計有功率回路，當機組做閥門活動試驗時，投入功率回路可以有效防止機組負荷大幅波動。功率回路設(shè)計內(nèi)容是：機組正常運行，DEH鍋爐控制模式投入，負荷設(shè)定值(target)跟蹤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)汽機主控輸出；做閥門活動試驗前，先切除DEH鍋爐控制模式，負荷設(shè)定值(target)切手動控制。當功率回路投入瞬間，發(fā)0.5 s脈沖(mw just in)，負荷設(shè)定值(target)在0.5 s內(nèi)跟蹤負荷實際值加上一次調(diào)頻修正值。當脈沖結(jié)束后，負荷設(shè)定值切手動控制，由操作員手動設(shè)定，初始值為在功率回路投入信號(mw just in)0.5 s脈沖內(nèi)跟蹤到的值，完成由閥門百分比控制切至負荷設(shè)定控制。邏輯修改前功率回路邏輯框圖見圖1。

2013年4#機組做閥門活動試驗過程中，當運行人員投入功率回路時，調(diào)門迅速關(guān)閉。通過對歷史趨勢記錄進行分析后得知，4#機組運行人員投入功率回路時，目標值信號(target)由68%變?yōu)?75 MW，而設(shè)定值信號(setpoint)未發(fā)生變化，保持原來的68%；在投入功率回路后，邏輯判定機組負荷設(shè)定值為68 MW，機組負荷實際值為475 MW,功率回路pid運算自動關(guān)閉調(diào)門。本次事件的直接原因為回路中觸發(fā)了hold信號，導致設(shè)定值沒有跟蹤目標值，而保持了之前的值。

2問題處理分析

事故發(fā)生后，運行人員按照原來的步驟再進行一次閥門活動時，試驗過程正常，未發(fā)生之前的情況；觀察之前多次做活動試驗的記錄后得知，hold信號的出現(xiàn)并沒有規(guī)律，有時僅為一瞬間，有時持續(xù)較長時間。當持續(xù)時間過長時，就會出現(xiàn)設(shè)定值未能跟蹤目標值的情況。

注：T塊的S3=1時，輸出=S2；T塊的S3=0時，輸出=S1；target功能塊S3=1時，跟蹤輸入；target功能塊的S3=0時保持當前值且只能運行人員手動設(shè)置。

圖1邏輯修改前功率回路邏輯框圖

要查出根本原因，還得從邏輯結(jié)構(gòu)分析入手。常見的邏輯結(jié)構(gòu)分析手段是采用仿真系統(tǒng)對邏輯進行仿真，大多數(shù)仿真系統(tǒng)直接采用了實際生產(chǎn)現(xiàn)場的流程圖和控制組態(tài)的結(jié)果[3]，從仿真系統(tǒng)的運算結(jié)果中分析邏輯結(jié)構(gòu)的合理性。仿真系統(tǒng)需要利用計算機和各種物理設(shè)備相連，通過仿真軟件平臺，復現(xiàn)所模擬的對象行為[4]。在經(jīng)濟條件上及現(xiàn)場實用上存在一定的局限性。

為此，我們用Excel文檔建立表格，表格的豎列將邏輯框圖中各功能塊按塊地址大小從小到大排列，橫列為控制器每個掃描周期各功能塊的運算值。已知邏輯框圖，邏輯運算規(guī)則也是已知的，只要選定一個初始狀態(tài)，然后根據(jù)這個狀態(tài)就可以計算出每個周期任何一個功能塊的值。周期1為選定的事件狀態(tài)初始值(本次3#機組做閥門活動試驗時，機組負荷為475 MW，汽機調(diào)門指令target為68%，DEH鍋爐控制模式切除，功率回路還未投入)，周期2功率回路投入，余下周期根據(jù)初始值按功能塊大小從小到大進行計算。如果出現(xiàn)小地址塊需要調(diào)用大地址塊值的情況，根據(jù)寄存器運算規(guī)則，小地址塊調(diào)用的則是大地址塊上一個周期運算存儲的結(jié)果。控制器掃描周期已在軟件中配置為100 ms。

3論證及改進處理

按照功率回路控制邏輯進行運算得出表1。從表1中可以看出，在周期3時，hold信號必然發(fā)生，而在周期4以后，hold信號的狀態(tài)開始不穩(wěn)定，hold值可能為閥位值(68%)或者功率值(475 MW)，而hold信號不穩(wěn)定的因素就是機組負荷波動和一次調(diào)頻動作。如果機組負荷波動過大，或者一次調(diào)頻動作量過大時，就可能導致周期4以后的hold信號一直持續(xù)發(fā)生。如果負荷波動不大且一次調(diào)頻動作量不大的話，hold信號在周期4以后就不會產(chǎn)生。如果hold信號從周期4開始一直產(chǎn)生，并持續(xù)到功率回路投入信號0.5 s脈沖結(jié)束，就會導致hold值保持為閥位值(68%)，并沒有按照設(shè)計想法跟蹤切換到功率值(475 MW)。

表1　邏輯時序更改前數(shù)據(jù)分析表

表1　(續(xù))

注：proce(強制)、hold(保持)、mw in(功率回路投入)、just in(回路剛投入)的值均為布爾0或1，其他均為實數(shù)，如475t2指在第二個周期時采集到的475左右的實數(shù)。

功能塊排序的原則是將輸出盡量放置在右側(cè)，功能塊排列是從小到大，從左到右，然后從上至下。分析邏輯和查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，回路中opc test的塊地址1449大于后面target的塊地址1439，opc test并未出現(xiàn)在最初設(shè)計資料中，而是后來追加的。組態(tài)工程師未嚴格遵守時序排列原則,在執(zhí)行插入功能塊、追加工作時犯了錯誤。可以判定，導致本次事故的根本原因就是邏輯時序不當。正確分析和處理時序問題是DCS系統(tǒng)內(nèi)的一個關(guān)鍵，在進行DCS系統(tǒng)組態(tài)或修改控制組態(tài)時，要特別注意時序的問題[5]。

按照時序排列的原則，采取以下辦法，對功率回路控制邏輯進行修改：將功能塊1449移至功能塊1433的前面，并將塊地址由1449改為1432(要求比1433小)，如圖2所示。

經(jīng)過處理后，同樣用Excel建立表格，按照之前的方法進行運算得出表2。從表2中可以看出，在功能回路信號投入后，hold信號自始至終一直保持為0(未觸發(fā))，hold值在周期3就由閥位值(62%)自動跟蹤切換至功率值(500 MW)，完全避免了負荷設(shè)定值(target)與閥位設(shè)定值(setpoint)出現(xiàn)跟蹤不一致的情況。

圖2　邏輯修改后功率回路邏輯框圖

名稱功能塊周期1周期2周期3周期4周期5周期6周期7周期8forceFC142900111110opctestFC143268t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6setpointFC143368t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6targetFC143968t168t1475t2475t3475t4475t5475t6475t6holdFC144600000000mwinFC173301111111

表2　(續(xù))

注：force、hold、mw in、just in的值均為布爾0或1，其他均為實數(shù)，如475t2指在第二個周期時采集到的475左右的實數(shù)。

4結(jié)論

通過運用Excel表格對控制邏輯進行運算，我們可以清晰地看到功能塊在每個周期的具體變化，為分析邏輯時序問題提供非常簡便有效的手段，在局部或者針對性問題分析上可以起到仿真系統(tǒng)類似作用。此方法要求不高，不需要大型硬件設(shè)備和軟件基礎(chǔ)，卻具備大型仿真系統(tǒng)所沒有的經(jīng)濟、簡便的特點，在邏輯時序問題分析上可以得到良好的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]蔡少展.控制邏輯中功能塊的處理時序?qū)EH控制品質(zhì)的影響[J].自動化應(yīng)用,2012,27(2)：49-52.

[2]趙軍.運算周期和算法塊時序?qū)C組超速保護邏輯的影響[J].自動化博覽,2008(2)：100-102.

[3]茍小龍，楊晨，唐勝利，等.利用DCS組態(tài)的仿真機軟件設(shè)計[J].計算機仿真，2003，20(3)：77-79.

[4]王華，周淑秋.仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國際電力,2001,5(4)：13-18.

[5]宋梅林.時序問題引起鍋爐MFT的分析與對策[J].湖南電力,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

作者簡介：粟宣淞(1982-)，工程師，主要從事電廠熱能控制工作。

中圖分類號：TM743

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 8032(2016)03- 0043- 04