宋极群谈火电厂顺序控制技术的发展历程

2016/10/18 18:34:02 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/1094.html

《过程控制系统基础与实践》笔者宋极群结合自己长期在火电厂从事自动化控制系统运行、维修和系统工程项目管理的工作经历,与大家分享顺序控制在火电厂的应用及火电厂顺序控制技术的发展历程。

顾名思义,顺序控制(Sequence Control System,简称SCS)就是按一定的顺序来控制某些设备的一种方法,或者说是一种方案。为什么要按一定顺序启动呢?哪些设备必须按顺序启动呢?按什么顺序启动呢?顺序控制怎么实现呢?要回答以上问题就必须了解生产工艺和设备。

生产工艺是达到生产目的的方法,只有按这个方法才能生产出合格的产品,所以,就必须按一定的先后顺序和逻辑关系来操作必要的设备,这些就是顺序控制的依据,从哪里得来的呢?实践啊,实践出真知。前人经历了数不清的失败,总结出制造工艺,那么我们的目的就是通过计算机控制系统把它实现出来,简单来说,就是用计算机实现机器的功能。

火电厂顺序控制技术的发展过程
20世纪50年代至60年代初期,电厂中单台机组的发电量较小,对于控制设备和生产过程的要求相对简单,用于生产监控的参数较少,主要采用母管制运行方式,对机组所进行的操作基本上为一对一的操作或就地手动操作。笔者宋极群第一份工作就是在这样的电厂,当时的配置是这样的,以锅炉车间为例,一共8台锅炉,其中5号炉处在核心位置,运行班长和副班长在这里指挥调度,每个锅炉配备1名司炉,两名副司炉,班长在电话机旁边,根据汽轮机监控室传来的运行指令,对照仪表盘上锅炉输出的压力、温度、流量信号,来决定每台锅炉的运行负荷,他不时地给其他锅炉打电话,询问各种运行参数,或者指挥司炉开关各种阀门,司炉接到班长的指令,命令两位副司炉分别去操控某个设备,副司炉拿着抓钩(一种自制工具,类似扳手的功能),接到指令后就在锅炉本体爬上爬下地去完成司炉的命令,或者报告设备的运行状况。这样的工作方式无疑增加了人的工作量,也难以控制大型机组的运行。那种状态下,仅仅有一些重要的参数可以传送到控制台,其他辅助设备应用的都是就地仪表,没有远传功能,可以想象一下,当时是一片多么忙碌的景象。其实从图2我们可以看出来,现代控制网络或者说控制系统就是类似的结构,也就是说,它是对以往生产方式的描述、总结、实现,也是管理机制的体现。
火电厂锅炉运行管理结构
                               图1   火电厂锅炉运行管理结构示意图  
随着电子技术和机械制造水平的进步,到了20世纪60年代以后,机组的容量和参数不断提高,并且采用了再热机组(一种把汽轮机一级抽汽做功之后的乏汽重新送到锅炉的再热器,生产合格的蒸汽,有利于能源的再利用),这样复杂的控制方式密切了锅炉和汽轮机的联系,从而形成单元制机组的运行方式,与此相应的控制方式则发展成为集中控制方式。在集中控制方式中,大量阀门和设备的信息都可以传送到控制室内,设备的操作也都可以在单元控制室内进行,形成远方操作方式。然而,对于大容量单元机组,需要远方操作的设备数量急剧增加,如都采用一对一的操作方式,那么一台300MW机组的操作开关和按钮等会多达200-300个,控制台的长度达15m以上,这将给机组的操作和监视带来极大的困难,所以设备的发展水平反过来又促进了管理水平的改进,因此设计者在经验控制的基础上,发展了下述的几种操作控制技术。

①成组控制
成组控制也称为同操控制。把若干具有相同操作要求的被控对象,用一个操作开关同时操作,可适用于同时开、关某几个阀门,或开甲门时又关乙门等场合。比如给粉机的操作,大型锅炉系统往往有十几个给粉机,工艺上也要求某些给粉机同时动作,以保障炉膛内火焰的均匀分布,因此非常适合成组控制的方式,如图2所示。
电厂锅炉给粉机同操示意图
                            图2  给煤机同操示意图 
②选线控制
选线控制(见图3)是针对设备的一对一的操作方式而言的,它遵循先选线后操作的原则,对若干个构成一组的被控对象先用一个公共的选线开关进行单个操作对象的选择,然后再由一个公用的控制开关进行操作,以减少操作开关的数量。但是这种方式因增加了操作手续,应用受到了限制。
火电厂锅炉选线同操原理示意图
                       图3   选线同操原理示意图
 
③顺序控制
为了解决大型机组众多设备的远方操作问题,我国在20世纪60年代中期将顺序控制技术引入火电厂中,逐步取得了一定的成效。采用顺序控制时,应将复杂的热力生产过程划分为若干个局部可控系统,配以适当的顺序控制装置,通过它的逻辑控制电路发出操作命令,使局部可控系统中的有关被控对象按照启停和运行规律自动地完成操作任务。因此顺序控制是按照一定的顺序、条例和时间的要求,对局部工艺系统中的若干相关设备执行自动操作的一门控制技术。这种控制方式实现了以往传统控制方式的模拟,每个操作员相当于班长的级别,他命令给水泵启动,但是,并不关心实际给水泵启动时需要关注的很多参数和设备(也就是副司炉的操作过程),因为这部分功能已经事先由计算机或控制电路实现,给水泵系统就会按事先约定好的逻辑启动,最终满足要求。

目前,顺序控制在火电厂中主要应用在机炉辅助系统、水处理系统、输煤系统,以及更高一级的锅炉燃烧系统和汽轮机组自动启停系统等。随着集散控制系统在电厂的广泛应用,顺序控制系统的应用也越来越广泛,并且包含更多的被控设备,顺序控制在火电厂的覆盖面越来越大,并逐步实现了火电厂全.面顺序控制。

以上几种控制方式是控制思路及管理手段的体现,在生产实际中形成了相当完美的控制方案,精简了运行人员的操作及设备的控制策略,极大地改善了控制水平,提高了生产效率,随着计算机的应用,这样的控制方案得以完美实现,形成了现代先进的控制系统。当然了,社会是继续进步的,科技发展是突飞猛进的,智能仪表及智能控制方案会成为未来控制系统的发展方向。

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