专利名称：一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法
技术领域：
本发明涉及ー种热エ控制系统的设计方法，尤其涉及一种火电厂单元机组自启停控制系统操作接ロ的实现方法。
背景技术：
火电厂单兀机组自启停控制系统(Automatic Plant Start-up&Shut-down System，简称APS)是机组自动控制系统中最高一级的控制功能。我国80 90年代从日本成套引进的ー些火力发电机组即设计了 APS功能。由于国内电厂基建调试周期、机组运行管理模式、主辅机可控性和可靠性、以及机组整体自动化水平等诸多因素的制約，该功能迄今为止仍未能够在国内设计的大型火力发电机组中得到推广应用。随着火力发电机组參数和容量的不断提升，机组自动化水平也随之提高，APS功能近年来又得到了越来越多的关注，国内许多单位都着手开展了研究和应用工作。也取得了一些成效但APS的设计过程与电厂常规的模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS等功能有所不同，牵扯内容多、调试周期长、应用效果易受各种外部因素制約。因此，在系统的安全可靠性、系统适用性和功能有效性等方面都对其设计和实现方法提出了新的要求，另ー方面，随着分散控制系统(DCS)在电厂的应用日益成熟、功能更加強大，也为进ー步实现APS优化等先进控制功能提供了一个更加有效和灵活的技术平台[5][6]。由于火电厂单元机组是ー个高度关联、构成复杂的エ艺过程，尤其是在启动和停止阶段，牵涉的设备众多。因此，目前APS—般都按照エ艺系统和设备投入和出系的顺序特点和相互关系，设计为垂直分级和水平分组的递阶控制结构，并且每级都能独立完成相应的控制操作。在这个分级结构中，包括APS投入/退出操作等各种公用逻辑，各断点及断点步序指令逻辑；而顺序控制系统SCS等则设计有功能组/子组级来完成不同エ艺系统和エ艺步序的自动控制，根据实际需求，可以再分子层(子组级)，即以重要辅机或功能阀门群为核心完成自动或手动操作；最底层的驱动级又称设备级接ロ逻辑包含了单个阀门或电机等设备的联锁、保护以及自动/手动操作。而APS按照“ APS启动”或“ APS停机”模式分别设计有多个独立的断点。所谓断点是将机组启动或停止过程的一系列APS监控操作分为若干阶段，每个阶段都有具体的运行操作内容，并且都由结构大致相同的步序或联锁逻辑来自动完成每ー阶段的控制功能，这些在逻辑上相互独立的控制过程就称作“断点”。断点是APS的基本构成单元，根据单元机组的特点和功能覆盖范围，“APS启动” 一般设计有7 10个左右的断点，而“APS停机”设计有4 6个断点。每个断点中还包括有若干个密切相关的控制步序或连锁触发逻辑。由于APS设计和调试周期较长，因此实际应用中存在的ー个较大问题就是APS与其它控制功能及操作接ロ往往会出现功能重叠和不一致。另ー方面，在组态实现方法上也多是选择采用DCS系统中的特殊算法模块[3]来搭建，APS功能设计反而必须去适应这些算法既有的功能，电厂运行人员往往对这样冗陈繁复的APS操作接ロ无所适从。因此，机组自启停控制系统操作接ロ的完善对运行人员尽快熟悉APS操作，在机组启停过程中便捷、有效地实现与APS控制逻辑间的交互和调整都至关重要。參考资料[I]项雷，过泉生，张岩，忻铁祥.机组自启停系统在宝钢电厂350MW机组上的应用[J]·发电设备，2005，19 (5) 43-45[2]叶敏，夏明，陈又申，余正环.単元机组自启停控制系统APS与模拟量控制系统MCS接ロ功能设计[J],中国电机工程学报，2010，30 (S) =189-192.[3]潘凤萍，陈世和，陈锐民，朱亚清.火力发电机组自启停控制技术及应用[M].科学出版社北京.2011.[4]中国专利ー种机组自启停控制系统的实现方法CN201110125758. 4[5]叶敏，陈又申，余正环，赵霞.机组自启停控制系统的优化设计及实现[C]//中国自动化大会文集，中国自动化学会.2011. 10.北京.[6]中国专利火电厂单元机组自启停优化控制系统CN201010522321.X
发明内容
本发明的目的是针对现有机组自启停控制系统操作接ロ设计中的不足，提出ー种既可以简化APS操作接ロ、方便运行人员交互；又能实现APS监控模式，提高APS与模拟量控制系统操作控制品质的改进方法。该方法具体是由以下步骤和方法实现的步骤ー机组自启停控制系统(01)的控制逻辑包括多个APS控制断点(02)及相关的顺控步序，而各个APS控制断点(02)的操作接ロ设计为同一组控制按钮(03)，该组控制按钮(03)在不同的APS控制断点(02)被激活时有效，从而能够用于机组自启停控制系统(01)各个APS控制断点(02)的人机交互；该组控制按钮(3)包括以下四个按钮“暂停“按钮(11)、“执行”按钮(12)、“旁路“按钮(13)、“复位”按钮(14)。其中a. APS控制断点(02)均连接到一个“暂停”按钮(11)，该按钮设计为仅能暂停正在执行中的APS控制断点(02)，当该按钮被按下时，寄存器(118)将被置位，APS控制断点
(02)输出到开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的断点开始指令(120)被中断，但寄存器(110)不会被复位；b. APS控制断点(02)均连接到一个“执行”按钮(12)，当APS不在监控方式(110)时，运行人员按下该按钮，寄存器(110)将会被置位，将会启动满足条件的最后ー个已被选择中的APS控制断点(02)的执行；在断点执行过程中，如果断点允许条件(121)不满足或“暂停”按钮(11)被按下，APS控制断点(02)输出到开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的断点开始指令(120)将被中断，这时，重新按下“执行”按钮(12)，寄存器(118)将被复位，APS控制断点(02)将恢复执行；c. APS控制断点(02)均连接到ー个“旁路“按钮(13)，当该按钮被按下时，可以忽略那些未能满足的启动准备条件(122)和自动条件(123)，以便启动APS控制断点(02)执 行，当寄存器(110)被置位后，由该按钮触发的寄存器(130)将被复位；d. APS控制断点(02)均连接到一个“复位”按钮(14)，该按钮为设计为ー个单运算周期的短脉冲，当该按钮被按下时，寄存器(Iio)被复位，正在执行中的APS控制断点(02)均将被中止执行；运行人员可以按下“执行”按钮，重新启动满足条件的APS控制断点(02)。
步骤ニ 机组自启停控制系统(01)与模拟量调节回路(05)的操作接ロ设计为一个可调制脉冲联锁置位回路(08)，即模拟量调节回路(05)无论是在自动和手动模式时都可以接受相关APS控制断点(02)的联锁置位指令(10)，对其控制输出(09)按输出目标值
(10)及其减方向速率设定(214)、增方向速率设定(215)进行置位操作；当相关控制按钮
(03)被按下，或模拟量调节回路(05)中的手操器(07)发生了手自动状态切换，或模拟量调节回路(05)的控制输出(09)与机组自启停控制系统(01)输出目标值(210)之间的偏差小于阈值(212)时，机组自启停控制系统(01)输出到模拟量调节回路(05)的联锁置位指令(10)将被复位，控制输出(09)切换为由模拟量调节回路(05)的调节器(06)或手操器(07)进行控制；而可调制脉冲联锁置位回路(08)可包括一个根据本发明人提出的现有 技术(CN201010522321.X火电厂单元机组自启停优化控制系统)实现的多目标约束条件，以自动调整可调制脉冲联锁置位回路(08)的指令频度和占空比。输出目标值及其增、減速率也能够据此现有技术分别进行在线调整。可调制脉冲联锁置位回路(08)也能设计用于机组自启停控制系统(01)与机组模拟量调节回路(05)中设定值(10)的操作接ロ，并且也可根据上述现有技术实现设定值的在线优化。步骤三机组自启停控制系统(01)的控制逻辑包括ー个APS公用逻辑(20)，其操作接ロ除APS投入按钮(21)和APS切除按钮(22)，还设计有ー个APS监控按钮(23)，当APS监控按钮(23)被按下时，机组自启停控制系统(01)控制逻辑至所有开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的控制输出被闭锁，但APS控制断点(02)仍可正常执行，从而实现对机组启停过程的在线监控和仿真运行。本发明的有益效果是与现有的技术相比，不仅简化了机组自启停控制系统的人机交互设计，提高了机组自启停控制系统操作接ロ的适用性，同时还可以通过采用多目标约束等来对模拟量控制系统的控制输出进行优化控制。
附图I是采用本发明设计实现的机组自启停控制系统功能方框图；附图2是采用本发明的机组自启停控制系统断点操作接ロ逻辑示意图；附图3是采用本发明的机组自启停控制系统与模拟量控制系统操作接ロ逻辑图。
具体实施例方式下面结合附图I 附图3来对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施并给出了具体的实施方式和系统结构，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。采用本发明的方法对国内首台350MW全燃烧低热值煤气塔式直流锅炉_汽轮发电机组的机组自启停控制系统中进行了优化设计，实施例的単元机组分散控制系统DCS和汽轮机控制系统TCS分别采用美国艾默生公司的Ovation系统和西门子公司T-3000系统。本实施例采用本发明方法在Ovation系统中对原设计的APS控制逻辑进行了优化修改，其控制逻辑方框图和组态示意图分别见附图I 附图3。其中附图I是本实施例的功能方框图，整个APS设计为多层模块化结构，其中包括APS公用逻辑(20)，其操作接ロ包括APS投入按钮(21)、APS切除按钮(22)、APS监控按钮
(23)。当APS投入吋，APS将根据エ况选择APS启动或APS停机模式，并按顺序执行相应的APS控制断点(02)逻辑。各控制断点(02)的操作接ロ设计有ー组控制按钮作为操作接ロ，包括“暂停“按钮(11)、“执行”按钮(12)、“旁路“按钮(13)、“复位”按钮(14)。这组按钮连接到各个控制断点(02)的宏模块，如附图2所示。当APS在监控模式时，断点逻辑不需要运行人员按下“执行”按钮(12)即可由断点触发逻辑启动执行，但其到开关量顺控逻辑
(04)或模拟量调节回路(05)的指令将被闭锁(101) ;APS处于监控模式，该设计可參见附图3的示例，当APS处于监控模式吋，APS置位指令中的算法213将不被置位，其输出为0，控制输出不会发生变化，但调试人员还是能够对脉冲时间设定逻辑进行调试。APS监控模式作为ー种仿真运行模式，大大提高了 APS调试的便利性，也能在设备无法很好满足APS执行要求吋，实现对整个机组启停过程的在线指导。在整个APS调试完成后，不需要修改控制断点(02)宏逻辑，对APS监控模式简单地进行逻辑取反修改或解除其对各开关量顺控逻辑
(04)或模拟量调节回路(05)的闭锁，即可实现APS “ー键启停”模式。
·
当APS不在监控模式(100)吋，该组控制按钮(04)在不同的APS控制断点(02)及相关顺控步序(03)被激活时有效，可以由运行人员启动控制断点的执行、暂停/恢复断点的执行、忽略某些未满足的断点准备条件或自动条件；甚至用“复位”按钮(14)中止该断点的执行。这组操作接ロ的设计使得运行人员可以完成断点甚至APS上层功能的全部人机交互。由于全部操作接ロ逻辑都采用基本布尔运算实现，结构明了，不需作任何修改即可以适用不同DCS的需要。在APS功能中，模拟量调节回路(05)也将接收相应控制断点(02)及步序发出的断点启动指令(120)，改变相应调节回路的设定值(205)和控制输出(09)。因此，该组控制按钮(04)也同样可以通过控制断点(02)控制模拟量调节回路(05)的APS操作接ロ(225)。由于模拟量调节回路(05)在机组启停过程中因为控制设备和受控參数始終处于不稳定状态，其手自动状态和控制常常不能及时满足APS控制逻辑的要求，需要运行人员进行适当的干预。除通常设计中的断点自动条件旁路之外，本发明对模拟量调节回路(05)的操作接ロ设计为一种可调制脉冲置位模式(附图3)，当APS的控制断点(02)的指令(120)作用于调节回路吋，APS接ロ将发出ー个置位脉冲(225)，其占空比可由另外ー个脉冲算法(222)进行在线调整，该置位逻辑(08)作用于调节回路的手操器(07)的下游，但由于是脉冲置位方式，因而运行人员在APS的置位指令基础上仍然能够进行偏置或手自动模式操作。每个APS置位脉冲有效时，APS置位回路将在当前控制输出(09)的基础上，以设定的速率(214/215)对其进行置位控制，直到达到所需的设置值(210)。置位脉冲的宽度和调制周期(221/222)、增加方向速率(215)和减少方向速率(214)都可以在线进行调整。除附图2中控制按钮(04)可以直接对模拟量调节回路(05)的置位指令进行干预之外，本实例还设计为当控制断点(02)执行期间，如果运行人员进行了手操器的模式切換(229)，置位脉冲(222)也将被暂停。从而保证运行人员操作的优先级。可以看出，本发明采用的这种特殊设计能够最大限度地消除模拟量调节回路(05)对机组自启停控制系统控制逻辑的影响，大大提高了 APS的实用性。同时，通过对置位指令的在线多目标优化，还能有效地提高启停过程中APS的控制效果。
权利要求
1.一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于该方法具体是由以下步骤和方法实现的 步骤一机组自启停控制系统(Ol)的控制逻辑包括多个APS控制断点(02)及相关的顺控步序，而各个APS控制断点(02)的操作接口设计为同一组控制按钮(03)，该组控制按钮(03)在不同的APS控制断点(02)被激活时有效，从而能够用于机组自启停控制系统(01)各个APS控制断点(02)的人机交互； 步骤二 机组自启停控制系统(01)与模拟量调节回路(05)的操作接口设计为一个可调制脉冲联锁置位回路(08)，即模拟量调节回路(05)无论是在自动和手动模式时都可以接受相关APS控制断点(02)的联锁置位指令(10)，对其控制输出(09)按输出目标值(10)及其减方向速率设定(214)、增方向速率设定(215)进行置位操作；当相关控制按钮(03)被按下，或模拟量调节回路(05)中的手操器(07)发生了手自动状态切换，或模拟量调节回路(05)的控制输出(09)与机组自启停控制系统(01)输出目标值(210)之间的偏差小于阈值(212)时，机组自启停控制系统(01)输出到模拟量调节回路(05)的联锁置位指令(10)将被复位，控制输出(09)切换为由模拟量调节回路(05)的调节器(06)或手操器(07)进行控制； 步骤三机组自启停控制系统(01)的控制逻辑包括一个APS公用逻辑(20)，其操作接口除APS投入按钮(21)和APS切除按钮(22)，还设计有一个APS监控按钮(23)，当APS监控按钮(23)被按下时，机组自启停控制系统(01)控制逻辑至所有开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的控制输出被闭锁，但APS控制断点(02)仍可正常执行，从而实现对机组启停过程的在线监控和仿真运行。
2.如权利要求I所述的一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于步骤一所述的APS控制断点(02)的操作接口具体是由以下步骤和方法实现的 步骤2a. APS控制断点(02)均连接到一个“暂停”按钮(11)，该按钮设计为仅能暂停正在执行中的APS控制断点(02)，当该按钮被按下时，寄存器(118)将被置位，APS控制断点(02)输出到开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的断点开始指令(120)被中断，但寄存器(110)不会被复位； 步骤2b. APS控制断点(02)均连接到一个“执行”按钮(12)，当APS不在监控方式(110)时，运行人员按下该按钮，寄存器(110)将会被置位，将会启动满足条件的最后一个已被选择中的APS控制断点(02)的执行；在断点执行过程中，如果断点允许条件(121)不满足或“暂停”按钮(11)被按下，APS控制断点(02)输出到开关量顺控逻辑(04)和模拟量调节回路(05)的断点开始指令(120)将被中断，这时，重新按下“执行”按钮(12)，寄存器(118)将被复位，APS控制断点(02)将恢复执行； 步骤2c. APS控制断点(02)均连接到一个“旁路“按钮(13)，当该按钮被按下时，可以忽略那些未能满足的启动准备条件(122)和自动条件(123)，以便启动APS控制断点(02)执行，当寄存器(110)被置位后，由该按钮触发的寄存器(130)将被复位； 步骤2d. APS控制断点(02)均连接到一个“复位”按钮(14)，该按钮为设计为一个单运算周期的短脉冲，当该按钮被按下时，寄存器(110)被复位，正在执行中的APS控制断点(02)均将被中止执行；运行人员可以按下“执行”按钮，重新启动满足条件的APS控制断点(02)。
3.如权利要求I所述的一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于步骤二所述的可调制脉冲联锁置位回路(08)包括一个脉冲时间设定回路，能自动调整可调制脉冲联锁置位回路(08)的指令频度和占空比。
4.如权利要求I所述的一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于步骤二所述的输出目标值(10)及其减速率方向设定(214)、增速率方向设定(215)设计为能够分别进行在线调整。
5.如权利要求I所述的一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于步骤二所述的可调制脉冲联锁置位回路(08)也能设计用于模拟量调节回路(05)的机组自启停控制系统(01)设定值接口指令回路。
6.如权利要求I所述的一种机组自启停控制系统操作接口的实现方法，其特征在于步骤三所述的APS监控按钮(23)在其输出增加取非运算之后，APS公用逻辑(20)即可实现机组自启停控制系统(01)的一键启停模式。
全文摘要
本发明公开了一种火电厂单元机组自启停控制系统操作接口的实现方法。该方法提供的单元机组自启停控制系统公用逻辑、控制断点及其步序逻辑、以及与模拟量控制系统的操作接口，不仅简化了机组自启停控制系统的人机交互设计，也提高了机组自启停控制系统的适用性，同时还可以通过采用多目标约束来对模拟量控制系统的控制输出置位值进行优化控制。
文档编号G05B19/418GK102681520SQ20121018095
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者余正环, 叶敏, 张岩, 聂慧明, 陈又申 申请人:上海迪吉特控制系统有限公司