唐寶華，席建忠

（杭州華電江東熱電有限公司，杭州 311228）

0某廠的燃氣鍋爐PLC系統(tǒng)負荷控制邏輯中存在故障缺陷，在負荷設定值給定最大時，天然氣流量調節(jié)閥及變頻送風機出口調節(jié)閥指令反而降至0%即全關，導致燃氣鍋爐在運行過程中報出“主火檢信號丟失”，觸發(fā)MFT跳閘。本文分析了設備異常的原因，并提出了對應的防范措施，解決了PLC系統(tǒng)負荷控制邏輯方面的缺陷。

1 燃氣鍋爐概述

1.1 燃氣鍋爐的基本情況

某廠共有兩臺燃氣鍋爐，額定流量為50t/h，額定壓力為1.5MPa，燃氣鍋爐結構為雙鍋筒縱置式“D”型布置快裝水管鍋爐。它由上下鍋筒、模式水冷壁、對流管束及煙氣冷凝回收裝置組成，燃料在爐膛內燃燒后，煙氣經(jīng)對流管束及煙氣冷凝回收裝置排入煙囪。爐膛模塊和對流管束模塊之間的汽水系統(tǒng)由汽連管和水連管組成，爐膛內的高溫汽水上升后經(jīng)過汽水分離裝置分離成蒸汽和水，蒸汽匯集到汽包上部流入過熱器，經(jīng)過溫度調節(jié)后可以進行外部供暖供氣，低溫水流入爐膛模塊的下集箱，后經(jīng)過爐膛模塊加熱再變成蒸汽，如此形成水循環(huán)系統(tǒng)。

1.2 燃氣鍋爐的控制結構

1.2.1 控制對象介紹

燃氣鍋爐給水系統(tǒng)各有2臺給水泵、2個上水調節(jié)閥、1個減溫水調節(jié)閥，風煙系統(tǒng)各有1臺變頻送風機、1臺變頻再循環(huán)風機、1個燃氣流量控制門和1個變頻送風機出口風門。燃燒器采用分體式燃燒器，配備點火器，用于自動點燃天然氣。所有燃燒器和點火器都配備了火焰監(jiān)測器，以及必要的密封件和冷卻用空氣接管。燃燒器配備了自動順序點火裝置和點火安全保護裝置。燃燒器具備檢漏、吹掃、點火、火焰監(jiān)測、熄火保護、進氣壓力保護、風壓保護、負荷調節(jié)等功能，且均為自動控制。燃氣鍋爐負荷的調節(jié)主要通過燃氣流量控制門（以下簡稱氣門）和變頻送風機出口風門（以下簡稱風門）的開度控制爐膛內燃燒情況，從而升降燃氣鍋爐負荷進行蒸汽流量調節(jié)。

1.2.2 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)方面，燃氣鍋爐控制采用AB ControlLogix5000 PLC控制和DeviceNet現(xiàn)場總線控制，PLC控制系統(tǒng)由控制器模塊、通訊模塊、網(wǎng)絡模塊以及接口顯示模塊組成，其中最重要的組成部分是控制器模塊[1]，常見的故障問題也發(fā)生在控制器模塊中，本文要討論的PLC系統(tǒng)故障也是由于控制器模塊中的邏輯模塊缺陷引起的[2]。另外，通過OPC通訊協(xié)議，燃氣鍋爐PLC系統(tǒng)中所有信號通訊傳輸至DCS系統(tǒng)（分散集中控制系統(tǒng)）中進行監(jiān)控，操作人員可以在DCS系統(tǒng)發(fā)出指令對燃氣鍋爐進行調控，同時能接收到現(xiàn)場的反饋信號，從而實現(xiàn)一體化集中控制。

1.2.3 負荷控制邏輯介紹

燃氣鍋爐負荷控制邏輯中，操作人員在畫面上通過手動給定一個負荷設定值發(fā)送至PLC輸入模塊中，PLC系統(tǒng)讀取到這個負荷給定值后，發(fā)送給風門和氣門的開度控制邏輯。在風門和氣門接收指令并做好相應開度調整之后，其閥門位置反饋信號再返回至PLC系統(tǒng)中，此時的負荷反饋其實是由氣門和風門的開度對應的函數(shù)所計算得出的，如圖1所示。

PLC系統(tǒng)負荷控制的具體定值是通過設置10組函數(shù)設定值，不同的負荷點對應不同的氣門及風門開度，從而進行控制，見表1。即負荷在50%時，風門開度為33%，氣門開度為41%；負荷在100%時，風門開度為66%，氣門開度為66%。

表1 負荷控制函數(shù)設定值對照表Table 1 Load control function setting value comparison table

2 PLC系統(tǒng)模塊缺陷分析

2.1 故障現(xiàn)象描述

燃氣鍋爐運行時，負荷反饋90%，氣門開度59.2%，風門開度60.1%；負荷升至100%過程中（負荷給定值為100%），氣門開至66.2%，風門開至66.1%，此時負荷反饋100.1%，1s后風門及氣門開始關小直至為0%，期間主火檢信號消失，觸發(fā)燃氣鍋爐MFT跳閘信號。

2.2 故障問題分析

操作人員在給定一個負荷設定值后，PLC系統(tǒng)將讀取到的負荷設定值發(fā)送至Jump To Subroutine模塊（以下簡稱JSR模塊）即跳轉至子程序模塊中。在使能滿足的情況下，自動運行這個子程序內設定好的運算邏輯。如圖2所示，JSR模塊在接收到QDGL_M_GFJPL_FK.Set（負荷設定值）信號后，會自動進行計算，在QDGL_M_FUHE9（負荷設定9）和QDGL_M_FUHE10（負荷設定10）兩個設定點中返回對應的氣門指令信號、風門指令信號，再由氣門和風門的閥門反饋信號計算得出當前的負荷反饋值。

在負荷升至100%，即最后一個負荷設定點時，對應的氣門的開度設定值是66%，對應的風門的開度設定值是66%。但由于此時氣門位置反饋為66.2%，風門位置反饋為66.1%，均超過了最后一個設定點的定值，此時PLC控制邏輯判斷定值不在10組函數(shù)設定值控制范圍內。因此，氣門及風門指令不再通過JSR模塊發(fā)送，即PLC系統(tǒng)沒有發(fā)送指令至氣門、風門。

正常燃氣鍋爐負荷控制過程中，操作人員在DCS系統(tǒng)中并未對氣門、風門等設備下達指令，僅僅給定了一個負荷設定值，燃燒調節(jié)中氣門、風門的自動控制均由PLC系統(tǒng)的負荷控制邏輯進行判斷，然而在PLC系統(tǒng)沒有發(fā)送指令的情況下，此時由于與DCS系統(tǒng)仍在通訊控制中，DCS系統(tǒng)側的指令便取代了PLC系統(tǒng)側發(fā)送的指令，最終發(fā)生了閥門全關、燃氣鍋爐MFT的事件。

綜上，發(fā)生此次故障的主要原因有三：一是閥門位置反饋信號與指令有所偏差；二是PLC系統(tǒng)負荷控制邏輯所采用的函數(shù)設定JSR模塊在設定范圍外無法進行判斷計算；三是PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的通訊本質上是單向的，DCS系統(tǒng)向PLC系統(tǒng)單向發(fā)送指令并讀取PLC系統(tǒng)中的反饋信號，讀取不到PLC系統(tǒng)的實時指令信號。

在指令反饋偏差方面，負荷升至100%時，氣門位置開至66.2%，風門位置開至66.1%，而氣門指令給定值為66%，風門指令給定值為66%，指令反饋偏差達到0.2%≤1%，是符合設備標準的，且即使指令反饋偏差過大，控制邏輯側也不能關閉閥門。

在PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊方面，邏輯控制中的閥門指令為寫入過程，DCS系統(tǒng)作為上級通訊方，無法讀取PLC系統(tǒng)的寫入?yún)?shù)。在燃氣鍋爐升降負荷自動控制過程中，PLC系統(tǒng)中氣門、風門的指令跟隨負荷指令，DCS系統(tǒng)中的閥門指令僅作為手動控制時的干預，無法實時對應PLC系統(tǒng)中的自動指令，這是通訊控制很難避免的問題。所以需要考慮如何將PLC系統(tǒng)負荷控制邏輯所采用的函數(shù)設定JSR模塊的定值進行限制。

3 優(yōu)化措施

本文所探討的PLC系統(tǒng)控制模塊缺陷究其原因是：JSR模塊在接收到函數(shù)設定范圍以外的信號時，無法輸出指令定值，因此只需要限制JSR模塊的接收信號的上下限值即可。在氣門與風門進入JSR模塊前，先進行范圍限制，氣門最小設定值為20%，最大設定值為66%，風門最小設定值為8%，最大設定值為66%。當氣門、風門位置反饋小于最小設定值時，限制其等于最小設定值；當位置反饋大于最大設定值時，限制其等于最大設定值[3]，如圖3所示。

4 總結

經(jīng)過上述的改進措施之后，消除了燃氣鍋爐負荷控制邏輯缺陷，燃氣鍋爐運行也更加穩(wěn)定。負荷控制邏輯通過設置函數(shù)對應的定值進行負荷調節(jié)，反饋信號超出定值范圍時，JSR模塊無法進行有效計算。但其實，閥門的指令在無外部信號干涉下是不會發(fā)生變化的，本文所探討的情況是在PLC系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行通訊的前提下，接收到了外部的指令信號，從而導致自動控制中指令被外部指令信號所覆蓋，最終發(fā)生了控制失常，在通訊連接下的自動控制所存在的各類問題，也值得深思考慮。