APS控制技术方案

1APS控制技术控制技术控制技术控制技术新华控制工程有限公司APS是机组启停管理系统，是机组启停调度、信息管理与指令控制中心。APS根据机组启停曲线、按规定好的程序发出各个系统、子系统、设备的启停指令，从而实现单元机组的自动启动或停止。APS上层管理控制各个功能组级，每个功能组级下有子组级的控制，最终控制终端设备。APS管理下层控制逻辑以实现单元机组协调控制系统（CCS）、汽机电液调节系统（DEH）、锅炉燃烧管理系统（BMS）和锅炉、汽机及相应辅机顺序控制系统（SCS）等常规控制系统。CCS、DEH、BMS、SCS等常规控制系统是目前大多数电厂DCS系统实现的控制功能，它们中的子组级控制是靠运行人员手动启停，没有达到由计算机自动控制的水平，如在不同的工况下，设备的启停条件不允许而误操作，会带来设备的损坏或引发运行事故，或没有分析当前运行最佳模式随机运行，机组的运行效率就会降低。APS系统就是根据这些需求，实现机组最高级自动控制技术，具有高度的复杂性，是DCS控制系统中所有常规子系统的统领。要实现APS，必然要求机炉侧SCS、MCS、DEH、MEH、FSSS、CCS、BYPASS，以及电气侧ECS等所有子系统的正确与完善，对系统设备提出更高的要求，对系统的重要测点如汽包水位信号要求全程可靠、测量正确，确保启用APS满足机组安全运行的要求。实现机组APS功能在提高机组自动化控制水平的同时，全面提高机组的运行水平，需要解决的技术问题如下：a.需求APS控制计算单元DPU。b.进一步完善联锁保护逻辑，定义不同控制接口的优先级别，提高机组长期安全运行水平；c.提高自动调节品质，实现主要调节回路的全程控制，提高机组长期经济运行水平；d.全程旁路控制，缩短启停时间，适应机组运行。e.分析运行工况，操作规范，最佳模式运行。f.技术仿真测试，提高APS系统投运成功率。2图1：APS结构原理框图上层管理APS机组级凝泵启动功能级锅炉风烟启动汽泵并泵子组级引风机子组空预器子组送风机子组设备级操作器引风机控制油泵操作器引风机冷却风机操作器引风机断点1断点n31APS控制控制控制控制DPUAPS控制DPU并列于DCS系统常规控制DPU，硬件配置与其它DPU相同。不同之处主要在于软件逻辑组态部分，APS控制DPU不直接控制现场设备，只是完成对常规DPU发生控制指令和接受其反馈信号，同时，与人机接口站MMI站交互信息，显示APS控制信息指令、报警信息和接受运行人员手动干预操作指令。图2：电厂DCS硬件结构原理框图常规控制DPU电厂控制设备DPUDPU实时网络MMIMMIENGAPS(DPU)4APS控制逻辑根据机组的不同，设计不同的控制逻辑组态。在具体的逻辑设计时,采用了模块化、阶段化、结构化等组态方式。一方面更为清晰有效地实现了控制策略;另一方面也便于调试和修改,不至于出现一处逻辑修改而引起多处连锁反应的情况,提高了系统安全性。2标准接口标准接口标准接口标准接口、、、、控制级别控制级别控制级别控制级别由于APS与下层结构接口众多，也为了组态逻辑的易读性，需要定义其标准规范，否则带来控制逻辑的混乱及设备乱动。表1是APS与各控制系统的接口定义内容，图3为APS控制启停、开关类设备接口及优先级别示意图，图4为APS控制调节类设备接口示意图。5表1：APS与各控制系统的接口规范要求1、开关型的设备控制块DEVICE缺省状态设为自动；2、功能组、子组启动时首先将相关设备投自动，DEVICE设备控制块DMD自动接口输入仅供APS、功能组、子组输出指令输入；3、联锁设备须单独设投切按钮；4、冗余设备控制逻辑统一用DEVSWH接口；与SCS、FSSS的接口（启停开关类设备）5、设备级的启、停允许条件及设备跳闸保护条件原则要求单独组态页。APS干预MCS系统的方式有三种：1、设定值改变;二、输出超驰值；三、调节回路的切换。1、APS改变设定值通过M/A站的APSTR和APSTS实现；不同阶段不同定值的切换通过MSFT或者根据系统要求F(X)生成。2、保护性超驰放在M/A站之后；APS输出的超驰信号放在M/A站之前，通过M/A站自动输出；不同阶段不同超驰值通过MSFT输出。与MCS的接口（调节类设备）3、通过逻辑回路组态实现，保证不同回路的切换跟踪无扰。在APS自动启动过程，DEH将在APS的调度下自动完成汽机复位、挂闸、冲转、低速检查、中速暖机、3000转定速、并网带初始负荷、升负荷到30%、然后投入协调。在APS停机过程，DEH将配合APS、CCS完成机组减负荷、解列、汽机遮断等工作。DEH接收来自APS的接口信号主要有：APSON状态、目标负荷（或主汽压力定值、负荷升或降速率)、汽机挂闸指令DEH向APS发送的信号主要有：主汽压力、再热蒸汽压力、发电机功率、汽机转速、主汽温度、再热蒸汽温度、冷态启动方式、温态启动方式、热态启动方式、极热态启动方式、汽机复位信号、汽机遮断信号、汽机冲转允许、DEH处APS控制方式、DEH处ATC控制方式、选择自动同期方式、GV阀控制方式、主汽门全开、自动同期允许、冲转完成、DEH升负荷允许、DEH减负荷允许、功率控制方式，当前锅炉最大允许升负荷率等。与DEH接口DEH自己完成汽机GO指令、汽机HOLD指令、远方ETS复位指令。与MEH接口在APS自动启动过程，MEH将在APS的调度下自动完成小机挂闸6图3：APS控制启停、开关类设备接口及优先级别示意图DEVSWHSTEP步序块DEVICE(泵、风机、阀门控制逻辑块)启动停止保护命令启动停止自动命令启动停止手动命令自动-手动许可条件——启动——停止低优先级别高自动方式启动指令停止指令合闸状态反馈电气故障报警跳闸报警设备故障报警设备级子组级控制模块功能级APS动力控制柜联锁7图4：APS与MCS系统控制接口示意图AI过程量1T调节器1AI过程量2调节器2ES/MAMSFT多切换块APSTRAPSTSxAPS功能组1定值指令APS功能组4定值指令MSFT多切换块APS功能组1置位指令APS功能组4置位指令OVOSTOAAPS请求回路投入自动YSPS控制指令设定值手/自动状态AONETAONETDO8启停、开关类设备是电厂中最基本的单台控制设备，设计有手动、自动级保护工作方式，手、自动工作方式受到许可条件限制，命令控制权限由高到低依次为保护、手动、自动。通常，自动控制命令接受上一级子组STEP步序块发出的控制指令,对于并列设备有自动联锁要求，电厂出于运行安全的需求部分工艺按相同容量设备双重或多重配置，正常工作时至少有1台设备运行，余者处于备有状态，采用设备联锁应急启动备有设备。联锁启动备有设备条件有两个：一是运行设备跳闸，二是工艺参数偏离规定值，前者称电气联锁，后者叫做热工联锁。图4为APS与MCS系统控制接口示意图，ESMA手操器为通用手操器，在原有ESMA手操器的基础上增加APSTR、APSTS输入接口，通过MSFT多功能切换块接入定值指令。OV、OS为超驰置位信号，级别最高，也是通过MSFT块接入多路置位指令。3提高调节品质提高调节品质提高调节品质提高调节品质，，，，实现主要调节回路的全程控制实现主要调节回路的全程控制实现主要调节回路的全程控制实现主要调节回路的全程控制APS系统执行过程讲究数据正确、过程稳定，这对参数控制尤为重要，任何控制回路参数不稳定、振荡都对APS产生影响，增加APS系统执行等待时间或者程序执行允许条件不满足；常规MCS控制，MCS调节在低负荷段和机组启停阶段，控制回路大都在手动控制，MCS的品质考核只在锅炉稳燃或机组稳定阶段。对于机组启停阶段，由于系统多变，热力设备频繁启动，自然对控制参数产生较大的影响，所以，要投入APS系统，不但要解决稳定工况的调节特性，还要随着启停设备、工况的多变，保持过程参数的持续稳定。甚至个别控制系统，在不同的工况下，连过程量都要变化控制。对于单元制控制机组，有一些主要控制系统，如全程给水控制、燃料控制、风烟系统控制，是要重点解决的控制回路，任何一个控制回路存在缺陷，都会影响APS全程控制过程。根据不同锅炉机组，这些控制系统的控制要求也不尽相同，如何控制好这些系统，是要有丰富的MCS设计及调试经验。9图5：APS燃烧全程控制过程及曲线1011图6：APS给水全程控制过程及曲线124全程旁路控制全程旁路控制全程旁路控制全程旁路控制本工程采用CCI公司的高压旁路（主蒸汽）和低压旁路（再热蒸汽）二级串联旁路系统，旁路容量为40%BMCR,高压旁路系统装置由高压蒸汽压力调节阀、高压温度调节阀、高压截止阀等组成，低压旁路系统装置由低压蒸汽压力调节阀、低压温度调节阀、低压截止阀等组成。本系统为常规旁路控制系统,分为BYPASSON和BYPASSOFF两种方式，BYPASSON方式下只设计旁路快关功能，不设计快开功能。旁路系统设计在APS投运情况下，依次设计有：旁路暖管功能组、旁路投入功能组、高旁退出功能组和旁路退出功能组。
旁路旁路旁路旁路BYPASSONBYPASSONBYPASSONBYPASSON方式方式方式方式发生下面两种情况时，自动转为BYPASSON方式:A.当未并网，高旁隔绝门和低旁隔绝门全开；B.所有调门在自动，调门在全关位置，且高旁隔绝门和低旁隔绝门全开；
旁路旁路旁路旁路BYPASSOFFBYPASSOFFBYPASSOFFBYPASSOFF方式方式方式方式发生下面两种情况时，自动转为BYPASSOFF方式:A.当机组未并网，高旁隔绝门和低旁隔绝门全关；B.机组并网，中调门全开，且高旁隔绝门和低旁隔绝门全关；
旁路跳闸保护旁路跳闸保护旁路跳闸保护旁路跳闸保护
旁路跳闸逻辑如图7所示：13图7：旁路跳闸逻辑图旁路跳闸APS复位指令真空低高旁出口温度高循环泵全停运延时10S给水泵全停延时10S凝泵全停延时10S凝水母管压力低低旁出口温度OR旁路快关逻辑RS手动复位强关高旁压力调整门并强切手动强关高旁温度调整门并强切手动强关低旁压力调整门并强切手动强关低旁温度调整门并强切手动冷再喷水减温器前蒸汽温度14图8：APS高低旁投运控制流程最小开度控制10%开度开度10％压力最小定值锅炉点火旁路暖管汽机状态决定冲转压力冷:6MPa温:8MPa热:10MPa极热:12MPa定值叠加BiasAPS判断旁路ON/OFF旁路退出功能组锅炉起始压力1MPa压力0.2Y开启HBD/LBDAPS选择旁路升温升压手动选择ON/OFFYBD&LBD开/关？Y延时10分钟跳闸滑压开度控制(压力最小定值)压力汽机状态冲转压力5%开度暖管10分钟锅炉温升率高限制定压控制低旁暖管开度40%指令RHP0.2MPa定压控制0.5MPa升压速率目标0.5MPa汽机是否冲转旁路ON且转速700rpm定压控制0.2MPaYY记忆压力最小定值（与1MPa）高选汽机状态决定高旁滑压开度：冷:35%温:30%热:25%极热:20%155分析工况分析工况分析工况分析工况，，，，操作规范操作规范操作规范操作规范，，，，最佳模式运行最佳模式运行最佳模式运行最佳模式运行图9：利港电厂#4机组凝结水系统图CD017#3低加MOCD016CD03AMOCD015MOCD018CD020CD019MO#4低加CD04AMOMO凝器溢流管CD048储水箱CD01TCD051CD064化学除盐水CD007轴加CD005MOGS01AMOCD006事故密封给泵密封水CD009AMOCD011CD009BMOCD014低压缸凝器CD06A#2低加CD02ACD01A#1低加CD012MOCD013MO凝泵再循管CD01PA凝泵ACD002AMOCD003ACD003BCD061MOCD070CD250CD056事故密封水泵CD053A注水泵ACD053BCD02PACD02PBMO凝泵BCD002BCD01PBAABBMO注水泵B至化学加药1KJ2345678910111213141516KHGFEDCBA1HGFED234567891011121314CBA1516名称PF