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作者簡介：吳志遠（1968-），男，吉林人，本科，研究方向為自動化控制，1994年畢業于中國石油大學熱能工程專業。
摘 要：通過對APS系統的設計原則、控制范圍、控制功能、邏輯結構及與其他系統的接口關系的探討，扼要地介紹了APS系統在大型火電機組上的設計。
關鍵詞：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；接口；設計
Abstract：In this paper，we briefly present APS design in large power plant unit by the introduction of APS’s design principles，control scale，control function，logic structure and interface with other system.
Key words：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；interface；design
隨著我國大型單機容量機組的在電力系統上的大量應用，對自動化水平和整體控制水平的要求越來越高，由于大型機組控制設備多、容量大、控制參數高、控制系統結構復雜，對運行人員提出了更高的要求。為滿足解決運行人員勞動強度大、 精確操作高等問題，目前，大多數電廠的控制都采用了程序控制系統來完成系統的投入（啟動）、退出（停止）、聯鎖、保護、閉鎖等功能，來完成機組運行中對設備的啟動、停止等操作。但隨著自動控制系統的進步和電廠運行對控制水平進一步提高的要求，機組采用APS系統的要求越來越高。本文擬對APS系統在大型火電機組上的應用為題來介紹APS系統的結構、組成及設計情況。
機組自啟停系統（automatic plant startup and shutdown control system，簡寫為APS），是機組自動啟動和停運的信息控制中心，其按規定好的程序向各個設備（系統）發出啟動或停運命令，并由以下系統協調完成：協調控制系統（CCS）、模擬量自動調節控制系統（MCS）、鍋爐爐膛安全監視系統（FSSS）、汽輪機數字電液調節系統（DEH）、鍋爐給水泵小汽機調節系統（MEH）、汽輪機旁路控制系統（BPC）、鍋爐和汽輪機順序控制系統（SCS）、全程給水控制系統、燃燒器負荷程控系統及其他控制系統（如電氣控制系統（ECS）、電壓自動調節系統（AVR）等，以最終實現發電機組的自動啟動或自動停運。
1 設計原則和控制范圍
凡是設計有順序控制或MCS的系統均考慮進APS，實際操作時可由APS實現，也可人為實現，增加APS運行方式的靈活性。機組啟動過程APS的起點從閉冷卻水系統啟動開始，終點為升負荷過程中廠用電切換完成；機組停止過程APS的起點為當前時刻的負荷，終點是汽輪機停機后真空破壞，盤車投入，風煙系統停運、脫硫系統退出。
2 控制功能
（1）只實現對各設備系統子組順控功能組的調度工作；
（2）分為機組啟動順序控制和機組停止順序控制兩組；
（3）APS控制系統狀態控制；
（4）機組APS控制系統設置為按需使用，不投入時不影響機組的正常控制；
（5）采用斷點的形式，將機組各種系統按機組啟動或停止要求進行分類控制；
（6）具有對系統子組狀態的監控功能；
（7）每個斷點順控組具有中斷及恢復功能。按設備的運行情況選擇執行步序；
（8）APS上具有根據系統控制邏輯的操作畫面及指導。
3 APS系統的邏輯主體結構
APS系統使用斷點方式進行機組白啟停控制，可實現從機組啟動準備到帶35%MRC負荷，以及由減負荷至停爐的自動控制。APs分啟動模式和停止模式，分別包含6個斷點程序，即啟動模式斷點：機組啟動預準備斷點；爐膛吹掃及油槍點火斷點；建立真空斷點；汽機升速斷點；并網及帶初負荷斷點；升負荷斷點。停止模式斷點：減負荷斷點；最小負荷斷點；解列斷點；汽機跳閘盤車斷點；真空破壞及燃燒器退出斷點；停爐斷點。在啟動模式中第6個斷點，即升負荷斷點中進行到由APs設定負荷指令為35%MCR（350 MW）時。APC進行負荷控制并投入協調方式的命令，斷點完成后APS退出，此時機組的啟動已完成，機組負荷由APC協調系統控制升至操作員的設定值或由中調（AGC）給出的設定值。
從軟件邏輯上講，APS系統，機組白啟停系統可分為三層，第一層為操作管理邏輯。其作用為選擇和判斷APS是否投入，選擇啟動模式還是停止模式：選擇哪個斷點及判斷該斷點允許進行條件是否成立。如果條件成立則使斷點進行。從斷點的選擇邏輯上分析，可以直接選擇最后一個斷點（如升負荷斷點），其產生的指令會判斷前面的5個斷點是否已完成，如沒有完成則先啟動最前面的未完成斷點，即具有判斷選擇斷點功能，從而實現機組的整機啟動；第二層為步進程序。是APS構成的核心內容，每個斷點都具有邏輯結構大致相同的步進程序，其邏輯結構如圖1所示。
圖1 APS系統步進邏輯圖
第三層為各步進行時產生的指令，即產生送至各個控制系統的功能組命令。
通過以上的控制邏輯，并設計適當的監控畫面，即可完成APS系統的整體控制。
4 APS系統與其他系統的接口關系
（1）CCS系統與APS的接口關系
在機組啟動階段，CCS系統根據機組的停爐時間和主汽壓力的參數，向APS系統發出冷態啟動、溫態啟動、熱態啟動、極熱態啟動狀態。
根據APS系統的選擇，CCS系統按照冷態啟動、溫態啟動、熱態啟動、極熱態啟動的方式，建立機組升溫升壓負荷曲線，以相應的負荷設定值、壓力設定值及變化率完成鍋爐的啟動控制。
根據鍋爐燃燒設備的投運，適時建立并監視機組的帶負荷能力。
CCS系統具有設定跟蹤值、自動變化設定曲線、平滑改變設定值功能，與SCS系統接口完成控制系統的自舉功能。
（2）FSSS系統與APS的接口關系
FSSS系統接受APS系統的控制指令信號，完成鍋爐點火前的爐膛吹掃、燃油泄露試驗、燃燒器點火的控制功能，并保證根據機組的升降負荷，自動投運燃燒設備。
（3）SCS系統與APS的接口關系
在各斷點，SCS系統以組級、子組級的控制方式接受APS控制指令，完成設備的啟停。
（4）旁路系統與APS的接口關系
旁路系統根據APS系統的指令，完成高壓旁路、低壓旁路的控制。實現旁路系統啟動過程中對壓力的定壓控制、滑壓控制、汽機沖轉過程的定壓控制。并將旁路PCV閥的控制狀態發送給CCS系統，共同完成啟動過程的升負荷控制。
圖2 APS系統監控畫面
常規控制系統直接控制設備，而APS上層控制邏輯則是通過常規控制系統實現對設備的啟停控制，它們之間通過內部通信和硬接線進行信號傳遞。APS根據上層控制邏輯進行邏輯運算后發出指令，該指令通過內部通信及硬接線傳送給常規控制系統，實現對設備的自動啟停控制；同時常規控制系統將APS所需要的信號傳遞給APS上層控制邏輯。
（5）DEH系統與APS的接口關系
DEH中的ATC程序接受APS系統的指令，使汽機自動完成從盤車、沖轉到帶負荷整個過程的平穩、高效的控制系統。
5 結束語
機組自起停控制是一種先進的控制理念，它對目前的控制系統提出了更高的要求。對模擬量控制系統而言，只要一開機，設備一運行，就依據工藝系統的參數將有關的自動投入，目標設定值也依據不同的啟動階段自動進行調整，實現各個系統的全程控制，投自動的時間遠早于DL／T 657-2006《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》中規定的要求。對順序控制系統也提出了更高的要求，目前一些新投運的機組順序控制的投入率并不高，很多系統都不投，而要實現機組自啟停就要求所有有關的順序控制都投入運行，這實際上對順序控制系統的投入率提出了嚴格的要求。實現自啟停還必須增加一些機組級的順序控制，而不是僅僅局限于原來的分系統，由于順序控制系統之間相互聯系，這就對順序控制的許可條件和反饋條件提出了較高的要求，而不像原來單個順序控制那么簡單。另外功能組控制級是常規控制系統設計中沒有的部分，作為上層機組控制系統和下層功能子組順序控制之間的銜接部分，為了減輕APS上層機組級控制系統的壓力，功能組控制級必須較為完善和獨立，即使在APS不投運的情況下，也能完成應有的功能，這樣就可以減少和上層的接口，簡化APS的設計。由于功能分散，調試起來也會較為容易。應該說APS是先進的控制系統，代表一種先進的控制理念，是目前自動控制發展的一個方向。
APS系統在湛江奧里油電廠600MW機組上的得到了應用，目前，國華臺山1000MW級機組采用了APS設計方案進行全廠自啟停控制，這是國產DCS系統在大型機組上應用APS系統的初步探索，希望本文對APS系統的實際應用有一定的借鑒意義。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號