PLC及触摸屏在锅炉FSSS系统中的应用

2015-07-31陶桂霞中国石化集团南京化学工业有限公司江苏南京210048

中国新技术新产品 2015年2期

关键词：触摸屏

陶桂霞（中国石化集团南京化学工业有限公司，江苏南京 210048）

陶桂霞
（中国石化集团南京化学工业有限公司，江苏南京 210048）

摘要：本文以西门子S7400的产品介绍了可编程控制器PLC和触摸屏在锅炉保护系统FSSS中的应用，介绍了FSSS系统的结构、系统硬件构成、逻辑功能及在触摸屏上的显示。

关键词：FSSS；PLC；触摸屏；MFT

1　现场设备概况

南化公司动力部锅炉装置配有三台220T/h锅炉，每台锅炉均设计有炉膛燃烧保护系统（简称FSSS系统）。每台锅炉配有2台送风机、2台引风机、2台排粉机、8台给粉机、16个二次风门、四个角12个火检（其中每个角2个煤层和1个油层）。

2　FSSS系统的概述

FSSS系统，即锅炉炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System），是监控锅炉安全燃烧的不可缺少的部分。FSSS系统包括PLC（可编程控制器）、触摸屏、火焰检测系统等。

FSSS系统是现代大型火电机组锅炉必须具备的一种监控系统，它能使锅炉燃烧系统中各个设备按规定的操作顺序和条件安全启（投）、停（切），并能在危急工况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料（煤粉和油），防止爆燃、爆炸等破坏性事故发生，还能避免操作人员在操作时的误动作，并能及时执行手操来不及的快动作，如紧急切断和跳闸。

3　FSSS系统的构成

南化公司三台锅炉的3套FSSS系统共用一台工程师站和一台SOE站，三套FSSS系统分别有一台PLC控制站和一台触摸显示屏，三台PLC控制器通过冗余E太网与触摸显示屏、工程师站、SOE站连在一起。PLC控制部分采用的是西门子S7400，操作员接口使用的是西门子触摸屏。

3.1 控制器配置

控制器采用的是西门子公司的CPU 414-4H高性能处理器冗余配置，完全实现无扰切换。PLC控制器与I/O模块之间采用双缆冗余结构，该网络符合ICE控制网络标准。

3.2 I/O模块配置

PLC的I/O卡件冗余配置，I/O模块有故障自诊断能力，I/O卡（包括备用卡）均能在不受软件版本限制的条件下随时使用。FSSS系统冗余配置三种模块：DI（数字量输入）6ES73217BH010AB0卡、DO（数字量输出）6ES73228BH010AB0卡和AI（模拟量输入）6ES73317NF000AB0 卡，为了提高系统的安全性和可靠性，每个DI卡件的通道都使用了继电器隔离后输入；每个DO卡件的通道都使用了继电器隔离后输出；每个AI卡具有错误诊断，对所有的电压及0-20mA的电流具有短路保护作用。每套锅炉的FSSS系统有AI点23个，DI点110个，DO点39个。本着危险分散的原则，引起跳车的条件分散在不同的DI卡件上，如测量炉膛压力高的三个压力开关输入信号分布在三块DI卡上。

3.3操作员接口

操作员接口采用的是西门子 12″盘装式的TFT 触摸屏，通过双以太网与PLC相连，显示FSSS炉膛吹扫、火焰检测、OFT、MFT等功能状态，满足相应的监控、操作需要。

3.4工程师站、事件顺序记录（SOE）站

工程师站和SOE站通过双以太网跟PLC相连，工程师站采用西门子PCS7软件，用于PLC系统的组态、编程、故障诊断、状态监测、系统诊断，同时具有SOE站的功能，SOE站实时记录PLC事件，用于事故分析等。

4　FSSS控制逻辑功能组成

FSSS控制逻辑功能包括炉膛吹扫、火焰检测、OFT（油燃料散失）、MFT（主燃料散失）、油泄漏测试、自动点火六个部分，下面结合触摸屏介绍南化公司现场FSSS在用的几个重要功能。

4.1 炉膛吹扫

炉膛吹扫是指锅炉点火前或停炉后，用合适的风量，扫清炉膛及烟道中可能积聚的可燃物质，以避免锅炉爆燃或爆炸事故的发生。

FSSS系统满足吹扫条件是送风机运行（至少有一台送风机在运行）、引风机运行（至少有一台引风机在运行）、全部排粉机跳闸、全部给粉机跳闸、二次风挡板在吹扫位（二次风挡板满足总数的3/4在打开位置）、锅炉的四个角的支路油阀全部关闭、汽包水位正常（-50mmH2O~50mmH2O，三台差压变送器三取中）、炉膛无火、风量满足（风量＞30%额定风量，此时送风机挡板开度大于30%）、火检冷却风压力正常、MFT动作条件不存在（BTG盘上有MFT复位按钮）、OFT动作条件不存在（BTG盘上有OFT复位按钮）、主油阀关闭。以上吹扫条件是否满足在触摸屏上都是以指示灯状态变化反映出来，当条件满足时，该条件状态显示黄色，否则显示绿色。当吹扫条件全部变成黄色，表示锅炉满足吹扫要求，这时吹扫请求状态由绿色变成黄色，按吹扫启动按钮，吹扫时间为5分钟，在吹扫进行过程中，吹扫进行状态由绿色变成黄色，5分钟时间到，吹扫完成状态变成黄色，提示吹扫完成。在5分钟内如有任一吹扫条件不满足要求，这时吹扫中断，吹扫中断指示状态由绿色变成黄色，等所有吹扫条件满足时，再次吹扫时重新计时吹扫。水位测量的现场变器信号通过安全栅一分为二，一路进DCS系统，一路进FSSS系统，由于DCS系统和FSSS系统测量不能做到完全同步，而操作人员只能在DCS画面监控水位值，当DCS画面水位值显示正常范围内，FSSS检测到的可能不在正常范围，为了不影响吹扫，在锅炉吹扫画面中加了一个水位确认按钮，操作人员看到DCS上的水位值正常时，FSSS的水位正常指示颜色未变成黄色，此时可以按下水位确认按钮，使水位正常满足条件。

4.2火焰检测

每台炉的火焰检测分油层和煤层，煤层分煤一层和煤二层，锅炉4个角各有一个油层火检、二个煤层火检，总共12个火检。

当某一角支路油阀开，30S内检测到该支路油阀对应的油层火检信号，认为该角油层有火焰，触摸屏上火焰检测对应角的油层角火检的指示状态由绿色变成黄色，否则认为该角油层无火；当给粉机运行，1分钟中内检测到该台给粉机对应的煤层火检信号，认为该角煤层有火焰，触摸屏上火焰检测对应角的煤层角火检状态指示由绿色变成黄色，否则认为该角煤层无火。在刚开炉时，火焰信号不稳，所以在FSSS的PLC控制柜设有火检投切开关。刚开炉时，12个火检投切开关全部置于切除位置，锅炉负荷稳定时，12个火检投切开关置于投入位置。锅炉运行时火检状态有三种情况，仅油层运行，只存在油层火焰；仅煤层运行，只存在煤层火焰；煤层和油层同时运行，油层、煤层火焰都存在，三种情况都是全部火焰丧失，才认为炉膛丧失了火焰。

4.3 OFT（油燃料跳闸）

OFT（OIL FUEL TRIP）油燃料跳闸的功能是当油路系统出现故障或锅炉MFT时，迅速切断供油，防止事故的进一步扩大。该控制逻辑具有OFT首次跳闸原因指示，它能对引起OFT跳闸的第一个原因记忆并在触摸屏上显示出来。

OFT首出的含义是显示第一个产生OFT的条件，引起OFT条件有锅炉主油阀关闭；四个角的支路油阀全部关闭；四个角的油层火焰全部丧失；油母管油压低于0.8MPa（现场测量元件是压力开关）；发生MFT；手动OFT（BTG盘上手动OFT急停）。当以上任一条件第一个产生时，触摸屏上OFT相应的首出条件指示状态由绿色变成黄色。 OFT后，关闭全部支路油阀和主油阀。当无OFT跳闸条件存在、MFT已复位、操作人员从BTG盘上按下OFT复位按钮时，OFT才能复位。

4.4 MFT（主燃料跳闸）

MFT（Main Fuel Trip）燃料跳闸是FSSS系统中最重要的安全功能，当出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料（煤和油），实现紧急停炉，以保证设备安全，避免重大事故发生。同时，该功能中具有首次跳闸原因指示，它能对引起主燃料跳闸的第一个原因记忆并在触摸屏上显示出来，在SOE站上有时间记录，为故障原因分析及解决提供了条件。

MFT首出的含义是显示第一个产生MFT的条件，引起MFT的条件有二台送风机全停；二台引风机全停；汽包水位高（大于200 mmH2O，水位变送器三取中）；汽包水位低（小于-230 mmH2O，水位变送器三取中）；炉膛压力高（大于1764Pa ，压力开关三取二）；炉膛压力低（小于-1470Pa，压力开关三取二）；全炉膛灭火（12个火检无火检信号）；燃料失去（全部支路油阀关和全部给粉机停运）；手动MFT（BTG盘上手动MFT急停）；点火延时。当以上任一条件首先产生时，触摸屏上MFT相应的首出条件指示状态变成黄色， MFT后，会引发一系列的设备跳闸和关闭，如跳停8台锅炉给粉机，锅炉A/B侧排粉机，关闭主油阀和支路油阀，关闭锅炉左右侧一级减温水阀门，从而实现保护功能。当炉膛吹扫完成、MFT跳闸条件不存在、操作人员从BTG盘上按下MFT复位按钮时，MFT才能复位。