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　　火力發(fā)電廠熱工開關(guān)量控制系統(tǒng)的設計比較注重于如何滿足工藝系統(tǒng)的要求，對如何提高控制系統(tǒng)的可靠性考慮較少。因此，在火電機組調(diào)試過程中及移交商業(yè)運行后，仍需要進行大量的改進和優(yōu)化工作。熱控人員在日常工作中忙于應付突發(fā)的故障，往往是在事后制定反事故措施和消除缺陷，而對于如何主動梳理和優(yōu)化邏輯以預防事故和故障，缺乏明確的方向和方法。本文通過火電廠開關(guān)量控制系統(tǒng)優(yōu)化設計的分析，對邏輯優(yōu)化的基本方法進行初步探討。
　　
　　一、容錯邏輯設計方法
　　
　　僅根據(jù)被控設備的工藝要求設計邏輯，往往經(jīng)不起實際運行的考驗。因為構(gòu)成熱工控制系統(tǒng)的繼電器接點、邏輯開關(guān)（位置、狀態(tài)、壓力、流量、差壓、溫度、液位等）、變送器、執(zhí)行器、一次元件等，由于產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境影響、運行時間、管理維護等因素容易出現(xiàn)故障。因一個位置開關(guān)或一個擋板的卡澀而造成機組停運的事件并不少見，若在邏輯設計時考慮到故障的可能性，后來的事故本來是可以避免的。
　　
　　容錯邏輯的設計思想是從一個個慘痛的事故教訓中總結(jié)出來的。容錯邏輯設計方法即在邏輯設計時，盡可能考慮到這類設備在運行中容易出現(xiàn)的故障，并通過預先設置的邏輯措施來降低或避免整個控制邏輯的失效。
　　
　　1.1容錯控制與容錯設計
　　
　　容錯控制技術(shù)是通過故障診斷（故障檢測、故障隔離、故障識別），讓控制系統(tǒng)在故障后進行重構(gòu)，使控制系統(tǒng)魯棒性得到提高。目前，容錯控制技術(shù)在火電廠熱工自動控制系統(tǒng)的應用大多針對模擬量控制系統(tǒng)變送器、執(zhí)行器的故障。容錯邏輯設計方法則是將特定的容錯控制技術(shù)、控制系統(tǒng)資源的有效利用技術(shù)應用于火電廠熱工自動控制系統(tǒng)的設計，更廣泛地探討提高控制系統(tǒng)可靠性的方法和途徑。
　　
　　發(fā)電廠熱工輔機保護邏輯中常采用軸承和電機線圈的溫度測量信號，當測量信號超過定值時觸發(fā)保護動作，但由于溫度測量回路中的熱電阻很容易發(fā)生接觸不良或斷線，使保護誤動。圖1為某30OMW機組輔機軸承溫度保護跳呵的壞信號剔除邏輯回路，這是利用特定的容錯控制技術(shù)迸行容錯邏輯設計的典型例子，浙江省火電廠普遍采用這種故障診斷方式，幾年來已成功避免了多次保護誤動。在測量回路正常的情況下，當軸承溫度高于70℃時，高值監(jiān)視器置"1"，將觸發(fā)輔機保護動作。熱電阻測量回路出現(xiàn)接觸不良或斷線時，溫度信號的變化速率將超過5℃/s，速率限制器置"1"，使寄存器置"1"，軸承溫度保護自動退出，并發(fā)出報警信號。故障消除后，軸承溫度低于65℃，低值監(jiān)視器置"1"，由信號切換器T所預先設定的方式——"1"（自動）或"0"（手動）復位寄存器，使保護重新投入。　　
　　這種壞信號剔除故障診斷方式同樣可用于防止鍋爐風煙系統(tǒng)中壓力、風量等測點堵塞造成的誤動。
　　
　　當對一些不可靠的單點信號保護（如汽輪機振動）進行邏輯優(yōu)化時，新加入的任何條件（與原信號相"與"）都將改變原來的保護機理，由于缺乏足夠的相關(guān)性論證，設備制造廠也不予支持。如采用信號故障診斷、剔除壞信號的邏輯優(yōu)化方式，原來的保護機理末改變，就不會增加拒動的風險。
　　
　　圖2是有效利用控制系統(tǒng)資源進行容錯邏輯設計的例子，圖中所示的控制邏輯雖然簡單，但是由分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)，仍然有需要仔細考慮的問題。圖2a）所示的接口設計雖然比圖2b）節(jié)省了一個DO（數(shù)字量輸出），但是控制系統(tǒng)的可靠性卻大大降低了。從工藝系統(tǒng)的可靠性來考慮，自保持回路應該放在就地控制回路（繼電器回路）實現(xiàn)。在圖2a）所示的控制系統(tǒng)中，當DCS或PLC的I/O柜出現(xiàn)掉電或其他故障時，自保持回路被打斷，設備將自動停運。如果該運行設備是主要輔機的潤滑油泵或冷卻水泵，將導致主要輔機跳隊使事故擴大。圖2b）的系統(tǒng)控制指令為脈沖，自保持回路在就地實現(xiàn)，I/O柜出現(xiàn)掉電或其他故障時輔機運行狀態(tài)不會受到影響，系統(tǒng)的容錯能力提高了。　　
　　1.2熱工開關(guān)量控制系統(tǒng)引入容錯邏輯設計的建議
　　
　　將容錯邏輯設計思想引入火電廠熱工開關(guān)量控制系統(tǒng)的邏輯設計，可大大提高控制系統(tǒng)的可靠性，為此提出以下建議:
　　
　?。?）當工藝系統(tǒng)出現(xiàn)可容忍的小故障時，控制概的邏輯設計應考慮容錯。
　　
　　（2）當聯(lián)鎖保護信號出現(xiàn)故障時，通過故障診使控制系統(tǒng)不發(fā)生誤動。
　　
　?。?）在某些特殊工況下，控制系統(tǒng)的容錯能實"丟卒保車"的控制策略。
　　
　?。?）不可靠的測量信號不用作重要保護，盡量避免單點信號用于保護;當不得不采用單點信號作保護時，應引入故障鑒別信號。
　　
　　以圖3a）所示的煙氣擋板控制為例，關(guān)閉信號簡單地取自開擋板許可條件的邏輯非，即當不滿足擋板開的許可條件時立即關(guān)閉擋板，沒有時間延遲。該設計是基于所有的信號都真實可靠，而實際卻并非如此。因為許可條件是由許多信號組合而成的，在實際運行中，常會因為個別誤信號的出現(xiàn)而導致?lián)醢迓?lián)鎖關(guān)閉，所以，誤信號的出現(xiàn)不僅影響擋板的開啟條件，還導致?lián)醢宓恼`關(guān)閉，而這是邏輯設計不合理引起的。
　　
　　因此，在圖3b）中改進了控制邏輯，在許可條件邏輯非后增加了3s時延，以防止許可條件組合信號變化時的瞬間干擾脈沖。在有些工況下不允許擋板延時關(guān)閉時，應將該條件從組合信號中分離出來，單獨作為聯(lián)鎖關(guān)閉信號。
　　
　　冗余也就能容錯，因此，引入冗余信號、避免單點故障引起跳機是常見的容錯邏輯的設計方法。對重要開關(guān)量輸入信號進行冗余邏輯判斷，已成為火電廠控制系統(tǒng)普遍采用的設計準則，如采用"三選二"正確性判斷邏輯。當重要邏輯信號由模擬量信號轉(zhuǎn)換產(chǎn)生時，對外部模擬量輸入信號通常采用"三取中"冗余判斷，并設置"輸入信號量程"及"變化速率"等壞信號檢查手段。
　　
　　對重要邏輯輸出信號進行正確性檢查判斷常采用"二并"、"二串"、"二并二串"的結(jié)構(gòu)。并聯(lián)輸出降低了拒動但提高了誤動的可能性;串聯(lián)輸出降低了誤動但提高了拒動的可能性;采用"二并二串"結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)高可靠性的冗余控制輸出。
　　
　　在模擬量控制系統(tǒng)中采用的"方向性閉鎖"、"禁開/禁關(guān)"邏輯保護措施，以及在RB工況下，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及子控制系統(tǒng)自動解除其"偏差切手動"保護功能等，都屬于容錯邏輯的設計方法。
　　
　　二、用邏輯代數(shù)方法優(yōu)化邏輯設計
　　
　　開關(guān)量控制邏輯由于不斷地補充和修改，可能會變得過于復雜。邏輯控制的設計應遵循簡單可靠原則，多一個不必要的元件或環(huán)節(jié)，就增加了一個故障的可能。因此，無論是設計還是運行維護單位，都有對開關(guān)量控制邏輯進行梳理和優(yōu)化的要求。
　　
　　在DCS、PLC進入電廠控制以前，常用固態(tài)邏輯電路實現(xiàn)較復雜的職鎖保護，與非門、或非門常作為基本邏輯單元構(gòu)成控制電路，這使得邏輯控制回路也看似復雜。有些邏輯設計者為保護自己的知識產(chǎn)權(quán)，有意地將邏輯圖做得很復雜，如果沒有相應的說明，可能難以看懂設計者的意圖。上述問題常常存在于引進機組的控制邏輯分析中，給用戶帶來很大困擾。
　　
　　邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，是分析和設計開關(guān)量邏輯控制回路的理論基礎(chǔ)。利用邏輯代數(shù)定律對開關(guān)量控制邏輯進行等效變換，有助于分析和簡化控制邏輯?；具壿嬤\算有3種:邏輯乘（與）、邏輯加（或）、邏輯非（非），各種復雜的邏輯關(guān)系一般都是由基本邏輯運算實現(xiàn)的結(jié)果。常用的邏輯運算定律和規(guī)則有結(jié)合律、交換律、分配律、摩根定律（反演律）、吸收律、代人規(guī)則、反演規(guī)則、對偶規(guī)則等。
　　
　　圖4a）所示的控制邏輯利用邏輯代數(shù)定律進行化簡，即可發(fā)現(xiàn)其中有1個多余的與門?；嗊^程如下:　　
　　簡化后的等效邏輯如圖4b）所示。由于采用了邏輯代數(shù)工具，使得化簡工作簡單而有效。某電廠采用該方法對機組控制邏輯進行梳理和優(yōu)化，取得了較好的效果。　　
　　簡化邏輯函數(shù)的方法有代數(shù)法和卡諾圖法等，由于開關(guān)量控制邏輯并不太復雜，用代數(shù)法就足夠了。代數(shù)法運用邏輯代數(shù)的基本定律和公式進行變換或化簡的常用方法有并項法、吸收法、消去法、配項法等。
　　
　　三、結(jié)語
　　
　　火電廠開關(guān)量控制系統(tǒng)的改進和優(yōu)化工作非?，嵥椋袝r看似微不足道，但對提高機組運行的可靠性卻有著非常大的作用。容錯邏輯設計方法產(chǎn)生于邏輯完善工作中，從避免事故、避免損壞設備、避免誤操作的角度出發(fā)，研究容錯邏輯，通過不斷總結(jié)，形成一整套容錯邏輯的典型設計方法并推廣應用，以指導火電廠熱工自動化系統(tǒng)設計。
　　
　　對火電廠熱控系統(tǒng)可靠性的研究目前還僅僅是開始，本文提出的容錯邏輯設計方法，希望能為控制保護邏輯的優(yōu)化開辟新的思路。隨著火電廠熱控技術(shù)的進步，如診斷技術(shù)和軟測量技術(shù)的發(fā)展，容錯邏輯設計將具有更廣闊的前景。