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宋極群談火電廠順序控制技術的發展歷程

2016/10/18 18:34:02 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/1094.html

過程控制系統基礎與實踐》筆者宋極群結合自己長期在火電廠從事自動化控制系統運行、維修和系統工程項目管理的工作經歷,與大家分享順序控制在火電廠的應用及火電廠順序控制技術的發展歷程。

顧名思義,順序控制(Sequence Control System,簡稱SCS)就是按一定的順序來控制某些設備的一種方法,或者說是一種方案。為什么要按一定順序啟動呢?哪些設備必須按順序啟動呢?按什么順序啟動呢?順序控制怎么實現呢?要回答以上問題就必須了解生產工藝和設備。

生產工藝是達到生產目的的方法,只有按這個方法才能生產出合格的產品,所以,就必須按一定的先后順序和邏輯關系來操作必要的設備,這些就是順序控制的依據,從哪里得來的呢?實踐啊,實踐出真知。前人經歷了數不清的失敗,總結出制造工藝,那么我們的目的就是通過計算機控制系統把它實現出來,簡單來說,就是用計算機實現機器的功能。

火電廠順序控制技術的發展過程
20世紀50年代至60年代初期,電廠中單臺機組的發電量較小,對于控制設備和生產過程的要求相對簡單,用于生產監控的參數較少,主要采用母管制運行方式,對機組所進行的操作基本上為一對一的操作或就地手動操作。筆者宋極群第一份工作就是在這樣的電廠,當時的配置是這樣的,以鍋爐車間為例,一共8臺鍋爐,其中5號爐處在核心位置,運行班長和副班長在這里指揮調度,每個鍋爐配備1名司爐,兩名副司爐,班長在電話機旁邊,根據汽輪機監控室傳來的運行指令,對照儀表盤上鍋爐輸出的壓力、溫度、流量信號,來決定每臺鍋爐的運行負荷,他不時地給其他鍋爐打電話,詢問各種運行參數,或者指揮司爐開關各種閥門,司爐接到班長的指令,命令兩位副司爐分別去操控某個設備,副司爐拿著抓鉤(一種自制工具,類似扳手的功能),接到指令后就在鍋爐本體爬上爬下地去完成司爐的命令,或者報告設備的運行狀況。這樣的工作方式無疑增加了人的工作量,也難以控制大型機組的運行。那種狀態下,僅僅有一些重要的參數可以傳送到控制臺,其他輔助設備應用的都是就地儀表,沒有遠傳功能,可以想象一下,當時是一片多么忙碌的景象。其實從圖2我們可以看出來,現代控制網絡或者說控制系統就是類似的結構,也就是說,它是對以往生產方式的描述、總結、實現,也是管理機制的體現。
火電廠鍋爐運行管理結構
                               圖1   火電廠鍋爐運行管理結構示意圖  
隨著電子技術和機械制造水平的進步,到了20世紀60年代以后,機組的容量和參數不斷提高,并且采用了再熱機組(一種把汽輪機一級抽汽做功之后的乏汽重新送到鍋爐的再熱器,生產合格的蒸汽,有利于能源的再利用),這樣復雜的控制方式密切了鍋爐和汽輪機的聯系,從而形成單元制機組的運行方式,與此相應的控制方式則發展成為集中控制方式。在集中控制方式中,大量閥門和設備的信息都可以傳送到控制室內,設備的操作也都可以在單元控制室內進行,形成遠方操作方式。然而,對于大容量單元機組,需要遠方操作的設備數量急劇增加,如都采用一對一的操作方式,那么一臺300MW機組的操作開關和按鈕等會多達200-300個,控制臺的長度達15m以上,這將給機組的操作和監視帶來極大的困難,所以設備的發展水平反過來又促進了管理水平的改進,因此設計者在經驗控制的基礎上,發展了下述的幾種操作控制技術。

①成組控制
成組控制也稱為同操控制。把若干具有相同操作要求的被控對象,用一個操作開關同時操作,可適用于同時開、關某幾個閥門,或開甲門時又關乙門等場合。比如給粉機的操作,大型鍋爐系統往往有十幾個給粉機,工藝上也要求某些給粉機同時動作,以保障爐膛內火焰的均勻分布,因此非常適合成組控制的方式,如圖2所示。
電廠鍋爐給粉機同操示意圖
                            圖2  給煤機同操示意圖 
②選線控制
選線控制(見圖3)是針對設備的一對一的操作方式而言的,它遵循先選線后操作的原則,對若干個構成一組的被控對象先用一個公共的選線開關進行單個操作對象的選擇,然后再由一個公用的控制開關進行操作,以減少操作開關的數量。但是這種方式因增加了操作手續,應用受到了限制。
火電廠鍋爐選線同操原理示意圖
                       圖3   選線同操原理示意圖
 
③順序控制
為了解決大型機組眾多設備的遠方操作問題,我國在20世紀60年代中期將順序控制技術引入火電廠中,逐步取得了一定的成效。采用順序控制時,應將復雜的熱力生產過程劃分為若干個局部可控系統,配以適當的順序控制裝置,通過它的邏輯控制電路發出操作命令,使局部可控系統中的有關被控對象按照啟停和運行規律自動地完成操作任務。因此順序控制是按照一定的順序、條例和時間的要求,對局部工藝系統中的若干相關設備執行自動操作的一門控制技術。這種控制方式實現了以往傳統控制方式的模擬,每個操作員相當于班長的級別,他命令給水泵啟動,但是,并不關心實際給水泵啟動時需要關注的很多參數和設備(也就是副司爐的操作過程),因為這部分功能已經事先由計算機或控制電路實現,給水泵系統就會按事先約定好的邏輯啟動,最終滿足要求。

目前,順序控制在火電廠中主要應用在機爐輔助系統、水處理系統、輸煤系統,以及更高一級的鍋爐燃燒系統和汽輪機組自動啟停系統等。隨著集散控制系統在電廠的廣泛應用,順序控制系統的應用也越來越廣泛,并且包含更多的被控設備,順序控制在火電廠的覆蓋面越來越大,并逐步實現了火電廠全.面順序控制。

以上幾種控制方式是控制思路及管理手段的體現,在生產實際中形成了相當完美的控制方案,精簡了運行人員的操作及設備的控制策略,極大地改善了控制水平,提高了生產效率,隨著計算機的應用,這樣的控制方案得以完美實現,形成了現代先進的控制系統。當然了,社會是繼續進步的,科技發展是突飛猛進的,智能儀表及智能控制方案會成為未來控制系統的發展方向。

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