王南洋 王 攀 李俊飛 陳籽君

（1.國(guó)能智深控制技術(shù)有限公司，北京 102200；2.北京市電站自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，北京 102200）

火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)中包括汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)、給水泵以及加熱器等涉及熱加工的很多機(jī)械設(shè)備，根據(jù)以往設(shè)備控制系統(tǒng)資料可知，火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)工藝復(fù)雜，設(shè)備很多，需要運(yùn)行人員監(jiān)視的參數(shù)更多，特別是隨著機(jī)組容量的增大，對(duì)應(yīng)的操作類(lèi)設(shè)備以及監(jiān)視參數(shù)逐步增多。為保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程安全穩(wěn)定，在現(xiàn)代電廠控制系統(tǒng)中應(yīng)用報(bào)警系統(tǒng)[1-2]。

火電機(jī)組報(bào)警系統(tǒng)是指當(dāng)DCS 控制系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)參數(shù)與工藝系統(tǒng)正常狀態(tài)下的系統(tǒng)參數(shù)有差異時(shí)，通過(guò)聲音或光子牌報(bào)警等報(bào)警形式，向運(yùn)行人員傳遞生產(chǎn)工藝系統(tǒng)報(bào)警的過(guò)程?；痣姍C(jī)組報(bào)警系統(tǒng)不僅減少了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，而且在工藝系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以幫助運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題，提高解決問(wèn)題的效率[3]。

1 報(bào)警系統(tǒng)分析

報(bào)警監(jiān)視是DCS 非常重要的功能之一。火電機(jī)組自動(dòng)報(bào)警監(jiān)視的內(nèi)容應(yīng)包括DCS 控制系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)視和火電機(jī)組工藝系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)視。

DCS 控制系統(tǒng)報(bào)警指的是當(dāng)DCS 控制系統(tǒng)的硬件、軟件、供電系統(tǒng)等發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出DCS 控制系統(tǒng)報(bào)警。火電機(jī)組工藝系統(tǒng)報(bào)警指的是火電機(jī)組工藝系統(tǒng)中各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)以及各系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的報(bào)警，火電機(jī)組工藝系統(tǒng)報(bào)警一般包括火電機(jī)組工藝系統(tǒng)模擬量參數(shù)報(bào)警和火電機(jī)組工藝系統(tǒng)數(shù)字量參數(shù)報(bào)警。其中模擬量參數(shù)報(bào)警又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為從現(xiàn)場(chǎng)采集的硬件模擬量報(bào)警，如現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力以及流量等；另一類(lèi)為系統(tǒng)邏輯中計(jì)算出來(lái)的模擬量。數(shù)字量參數(shù)報(bào)警和模擬量類(lèi)似，也可以分為由現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的火電機(jī)組工藝系統(tǒng)硬件數(shù)字量參數(shù)報(bào)警，如振動(dòng)大、溫度高以及液位高等；另一類(lèi)為系統(tǒng)邏輯中計(jì)算出來(lái)的數(shù)字量[4-7]。由此可見(jiàn)，火電機(jī)組需要監(jiān)視的參數(shù)很多，需要一套完善的報(bào)警系統(tǒng)幫助運(yùn)行人員更好地監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)參數(shù)，操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

2 報(bào)警系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

2.1 報(bào)警系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)原則

報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是讓運(yùn)行人員能看到最重要且最緊迫的報(bào)警。在工程應(yīng)用中根據(jù)報(bào)警的輕重緩急將報(bào)警級(jí)別分為I 級(jí)報(bào)警和II 級(jí)報(bào)警，I 級(jí)報(bào)警包括比較急、后果比較嚴(yán)重的報(bào)警，I 級(jí)報(bào)警一般為重要的設(shè)備跳閘、重要設(shè)備的保護(hù)跳閘信號(hào)超限或部分重要參數(shù)故障等；II 級(jí)報(bào)警信息包括不太緊急、后果不太嚴(yán)重的報(bào)警，可能會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行效率，但不至于對(duì)機(jī)組造成RB 或跳機(jī)等嚴(yán)重狀況出現(xiàn)，例如一些不重要的輔助設(shè)備停運(yùn)、備用設(shè)備聯(lián)鎖啟動(dòng)等[8-9]。

2.2 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)報(bào)警系統(tǒng)需要分級(jí)要求，該文提出報(bào)警系統(tǒng)邏輯實(shí)現(xiàn)方法。此報(bào)警分級(jí)方法采用基礎(chǔ)算法塊搭建，如圖1 所示，算法塊1 為軟鍵盤(pán)算法，該算法沒(méi)有輸入連接，有4 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出PK1～PK4。當(dāng)接收到操作員站發(fā)送的命令PK1～PK4時(shí)，會(huì)在相應(yīng)的輸出端輸出一個(gè)單脈沖。算法塊2 為高限監(jiān)視算法，該算法根據(jù)給定的高限值對(duì)輸入模擬量進(jìn)行檢查。如果輸入等于或超過(guò)高限值，則輸出開(kāi)關(guān)量為1，否則為0。高限值可以是一個(gè)變量，通過(guò)連接一個(gè)模擬量點(diǎn)實(shí)現(xiàn)（HISP輸入端），也可以是一個(gè)常量。算法塊3 為單脈沖器算法，該算法開(kāi)關(guān)量輸入（DIN）由0 變?yōu)? 時(shí)，輸出（OUT）一個(gè)單脈沖信號(hào)。脈沖期間輸入的跳變對(duì)輸出無(wú)影響。輸出脈沖寬度值可以連接一個(gè)外部模擬量（TARG）。如果無(wú)連接，則使用設(shè)定的靜態(tài)參數(shù)值。脈沖寬度的單位為秒。當(dāng)輸入信號(hào)由0 變?yōu)? 時(shí)，算法變量ACT 開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng) ACT ≥脈沖寬度時(shí)，脈沖結(jié)束，ACT 的值不再變化。算法塊4 為RS 觸發(fā)器算法，該算法的開(kāi)關(guān)量輸入分別為置位端（S）和復(fù)位端（R），它們的數(shù)值決定了輸出端（1）和反相輸出端（0）。反相輸出端始終是輸出端的邏輯非。

如圖1 所示，當(dāng)某設(shè)備軸承溫度高于120℃時(shí)，DP01 為1，此時(shí)會(huì)發(fā)1s 脈沖信號(hào)，對(duì)應(yīng)的RS 會(huì)鎖住，即DP02 為1，當(dāng)運(yùn)行人員通過(guò)KEYBOARD 在畫(huà)面上確認(rèn)此報(bào)警后，RS 觸發(fā)器的輸出DP02 變?yōu)?。可以利用DP01 和DP02 兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的0 或1 狀態(tài)來(lái)代表報(bào)警的狀態(tài)。DP01 和DP02 共有4 種狀態(tài)，以及所代表的報(bào)警狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)點(diǎn)狀態(tài)與報(bào)警畫(huà)面顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系表

圖1 某設(shè)備軸承溫度高分級(jí)報(bào)警

該方法不受2 種報(bào)警級(jí)別的限制，可以根據(jù)需要自己定義很多種報(bào)警級(jí)別，可以將DP01 和DP02 這兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的報(bào)警級(jí)別設(shè)定為I 級(jí)報(bào)警，將DP03 和DP04 兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的報(bào)警級(jí)別設(shè)定為II 級(jí)報(bào)警，把DP05 和DP06 兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的報(bào)警級(jí)別設(shè)定為III 級(jí)報(bào)警。另外，該組態(tài)方法維護(hù)方便，每條報(bào)警相互獨(dú)立，相互之間沒(méi)有影響。如果需要增加新的報(bào)警或者修改原來(lái)的報(bào)警都很容易實(shí)施。

3 報(bào)警畫(huà)面設(shè)計(jì)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，報(bào)警畫(huà)面所反映出來(lái)的信息要有全面、準(zhǔn)確和清晰的特點(diǎn)，能以最快速度定位到具體設(shè)備或者具體參數(shù)為最優(yōu)配置，給運(yùn)行人員爭(zhēng)取到更多的時(shí)間來(lái)處理系統(tǒng)故障。

根據(jù)該原則對(duì)報(bào)警畫(huà)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，用分區(qū)分級(jí)的方法，使報(bào)警系統(tǒng)更全面、清晰。

分區(qū)：將所有需要報(bào)警的信息都集中于一幅主畫(huà)面上，如圖2～圖4 所示，將整個(gè)機(jī)組的報(bào)警系統(tǒng)按照系統(tǒng)分為鍋爐報(bào)警、汽機(jī)報(bào)警、電氣報(bào)警以及公用報(bào)警4 部分。在鍋爐報(bào)警大塊中又按照設(shè)備或系統(tǒng)分為若干個(gè)小的報(bào)警窗口，即MFT 監(jiān)視、A 空預(yù)器跳閘等，點(diǎn)擊每塊小窗口可以彈出每個(gè)設(shè)備或者每個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警窗口，當(dāng)點(diǎn)擊軸封系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，出現(xiàn)如圖5 所示的報(bào)警窗口，可以監(jiān)測(cè)到軸封系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)警信息。實(shí)現(xiàn)分區(qū)報(bào)警，報(bào)警畫(huà)面看起來(lái)全面清晰。

圖2 鍋爐報(bào)警分區(qū)系統(tǒng)畫(huà)面

圖3 汽機(jī)報(bào)警分區(qū)系統(tǒng)畫(huà)面

圖4 電氣、公用報(bào)警分區(qū)系統(tǒng)畫(huà)面

分級(jí)：報(bào)警主圖，以及報(bào)警窗口圖，均分為2 個(gè)級(jí)別，第I 級(jí)別報(bào)警為紅色報(bào)警，第II 級(jí)別報(bào)警為黃色報(bào)警。按照每個(gè)設(shè)備報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)報(bào)警；用兩個(gè)級(jí)別報(bào)警實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了分區(qū)分級(jí)報(bào)警要求。

如圖3 中的報(bào)警畫(huà)面所示，當(dāng)軸封系統(tǒng)有報(bào)警信息時(shí)，報(bào)警畫(huà)面相應(yīng)矩形框圖變?yōu)辄S色與藍(lán)色交替閃爍或者紅色與藍(lán)色交替閃爍（紅色與藍(lán)色交替閃爍為I 級(jí)報(bào)警信息，黃色與藍(lán)色交替閃爍為II 級(jí)報(bào)警信息），下面詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)中每種顏色閃爍所代表的不同報(bào)警信息：1）黃色與藍(lán)色交替閃爍。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有II 級(jí)報(bào)警信息時(shí)。2）紅色與藍(lán)色交替閃爍。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有I 級(jí)報(bào)警信息；軸封系統(tǒng)既有I 級(jí)報(bào)警信息又有II 級(jí)報(bào)警信息時(shí)。3）黃色。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有II 級(jí)報(bào)警信息并且運(yùn)行人員已經(jīng)確認(rèn)報(bào)警信息后。4）紅色。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有I 級(jí)報(bào)警信息。軸封系統(tǒng)既有I 級(jí)報(bào)警信息又有II 級(jí)報(bào)警信息時(shí)并且運(yùn)行人員已經(jīng)確認(rèn)報(bào)警信息后。5）黃色框。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有II 級(jí)報(bào)警信息并且自已回到正常值，但是運(yùn)行人員未確認(rèn)此報(bào)警信息時(shí)。6）紅色框。當(dāng)軸封系統(tǒng)僅有I 級(jí)報(bào)警信息并且自已回到正常值，但是運(yùn)行人員未確認(rèn)此報(bào)警信息；軸封系統(tǒng)既有I 級(jí)報(bào)警信息又有II 級(jí)報(bào)警信息時(shí)，并且均自已回到正常值，但是運(yùn)行人員未確認(rèn)此報(bào)警信息。

如圖5 所示，該畫(huà)面為分系統(tǒng)的報(bào)警信息窗口，軸加風(fēng)機(jī)A 跳閘為I 級(jí)紅色報(bào)警，汽封排汽風(fēng)機(jī)備用切除及聯(lián)鎖啟動(dòng)為黃色I(xiàn)I 級(jí)報(bào)警，當(dāng)報(bào)警信息來(lái)時(shí)為紅色閃爍，黃色閃爍；在運(yùn)行人員點(diǎn)擊“報(bào)警確認(rèn)”按鈕后，相應(yīng)信息依然保持紅色和黃色但是不再閃爍，以下詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)中每種顏色閃爍所代表的不同報(bào)警信息：1）黃色與藍(lán)色交替閃爍。軸封系統(tǒng)中的II 級(jí)報(bào)警信息。2）紅色與藍(lán)色交替閃爍。軸封系統(tǒng)的I 級(jí)報(bào)警信息。3）黃色。當(dāng)軸封系統(tǒng)有II 級(jí)報(bào)警信息并且運(yùn)行人員已經(jīng)確認(rèn)報(bào)警信息后。4）紅色。當(dāng)軸封系統(tǒng)有I 級(jí)報(bào)警信息并且運(yùn)行人員已經(jīng)確認(rèn)報(bào)警信息后。5）黃色框。當(dāng)軸封系統(tǒng)有II 級(jí)報(bào)警信息并且自已回到正常值，但是運(yùn)行人員未確認(rèn)此報(bào)警信息。6）紅色框。當(dāng)軸封系統(tǒng)有I 級(jí)報(bào)警信息并且自已回到正常值，但是運(yùn)行人員未確認(rèn)該報(bào)警信息。

圖5 軸封系統(tǒng)報(bào)警畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

火電機(jī)組完善的報(bào)警系統(tǒng)可以在少人或無(wú)人巡檢機(jī)組的狀態(tài)下，對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，完善的報(bào)警系統(tǒng)一方面可減輕工作人員負(fù)擔(dān)，另一方面在出現(xiàn)參數(shù)或設(shè)備故障時(shí)可最大限度地提高工作人員解決問(wèn)題的效率。通過(guò)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)邏輯畫(huà)面的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，并針對(duì)報(bào)警邏輯畫(huà)面提出分區(qū)分級(jí)設(shè)計(jì)報(bào)警監(jiān)視畫(huà)面，使報(bào)警畫(huà)面所反映出來(lái)的信息具有全面、準(zhǔn)確以及清晰的特征，使運(yùn)行人員能以最快速度定位到具體的參數(shù)或者具體的設(shè)備，給運(yùn)行人員爭(zhēng)取盡量多的時(shí)間處理故障，給電廠安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行增加保障。