火力發(fā)電廠熱工開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較注重于如何滿足工藝系統(tǒng)的要求，對(duì)如何提高控制系統(tǒng)的可靠性考慮較少。因此，在火電機(jī)組調(diào)試過(guò)程中及移交商業(yè)運(yùn)行后，仍需要進(jìn)行大量的改進(jìn)和優(yōu)化工作。熱控人員在日常工作中忙于應(yīng)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(duì)于如何主動(dòng)梳理和優(yōu)化邏輯以預(yù)防事故和故障，缺乏明確的方向和方法。本文通過(guò)火電廠開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析，對(duì)邏輯優(yōu)化的基本方法進(jìn)行初步探討。
　　
　　一、容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法
　　
　　僅根據(jù)被控設(shè)備的工藝要求設(shè)計(jì)邏輯，往往經(jīng)不起實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)。因?yàn)闃?gòu)成熱工控制系統(tǒng)的繼電器接點(diǎn)、邏輯開(kāi)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(yùn)行時(shí)間、管理維護(hù)等因素容易出現(xiàn)故障。因一個(gè)位置開(kāi)關(guān)或一個(gè)擋板的卡澀而造成機(jī)組停運(yùn)的事件并不少見(jiàn)，若在邏輯設(shè)計(jì)時(shí)考慮到故障的可能性，后來(lái)的事故本來(lái)是可以避免的。
　　
　　容錯(cuò)邏輯的設(shè)計(jì)思想是從一個(gè)個(gè)慘痛的事故教訓(xùn)中總結(jié)出來(lái)的。容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法即在邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能考慮到這類設(shè)備在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障，并通過(guò)預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來(lái)降低或避免整個(gè)控制邏輯的失效。
　　
　　1.1容錯(cuò)控制與容錯(cuò)設(shè)計(jì)
　　
　　容錯(cuò)控制技術(shù)是通過(guò)故障診斷（故障檢測(cè)、故障隔離、故障識(shí)別），讓控制系統(tǒng)在故障后進(jìn)行重構(gòu)，使控制系統(tǒng)魯棒性得到提高。目前，容錯(cuò)控制技術(shù)在火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用大多針對(duì)模擬量控制系統(tǒng)變送器、執(zhí)行器的故障。容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法則是將特定的容錯(cuò)控制技術(shù)、控制系統(tǒng)資源的有效利用技術(shù)應(yīng)用于火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jī)保護(hù)邏輯中常采用軸承和電機(jī)線圈的溫度測(cè)量信號(hào)，當(dāng)測(cè)量信號(hào)超過(guò)定值時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，但由于溫度測(cè)量回路中的熱電阻很容易發(fā)生接觸不良或斷線，使保護(hù)誤動(dòng)。圖1為某30OMW機(jī)組輔機(jī)軸承溫度保護(hù)跳呵的壞信號(hào)剔除邏輯回路，這是利用特定的容錯(cuò)控制技術(shù)迸行容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)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(lái)已成功避免了多次保護(hù)誤動(dòng)。在測(cè)量回路正常的情況下，當(dāng)軸承溫度高于70℃時(shí)，高值監(jiān)視器置"1"，將觸發(fā)輔機(jī)保護(hù)動(dòng)作。熱電阻測(cè)量回路出現(xiàn)接觸不良或斷線時(shí)，溫度信號(hào)的變化速率將超過(guò)5℃/s，速率限制器置"1"，使寄存器置"1"，軸承溫度保護(hù)自動(dòng)退出，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。故障消除后，軸承溫度低于65℃，低值監(jiān)視器置"1"，由信號(hào)切換器T所預(yù)先設(shè)定的方式——"1"（自動(dòng)）或"0"（手動(dòng)）復(fù)位寄存器，使保護(hù)重新投入。　　
　　這種壞信號(hào)剔除故障診斷方式同樣可用于防止鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)中壓力、風(fēng)量等測(cè)點(diǎn)堵塞造成的誤動(dòng)。
　　
　　當(dāng)對(duì)一些不可靠的單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)（如汽輪機(jī)振動(dòng)）進(jìn)行邏輯優(yōu)化時(shí)，新加入的任何條件（與原信號(hào)相"與"）都將改變?cè)瓉?lái)的保護(hù)機(jī)理，由于缺乏足夠的相關(guān)性論證，設(shè)備制造廠也不予支持。如采用信號(hào)故障診斷、剔除壞信號(hào)的邏輯優(yōu)化方式，原來(lái)的保護(hù)機(jī)理末改變，就不會(huì)增加拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　圖2是有效利用控制系統(tǒng)資源進(jìn)行容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)的例子，圖中所示的控制邏輯雖然簡(jiǎn)單，但是由分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)，仍然有需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題。圖2a）所示的接口設(shè)計(jì)雖然比圖2b）節(jié)省了一個(gè)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(lái)考慮，自保持回路應(yīng)該放在就地控制回路（繼電器回路）實(shí)現(xiàn)。在圖2a）所示的控制系統(tǒng)中，當(dāng)DCS或PLC的I/O柜出現(xiàn)掉電或其他故障時(shí)，自保持回路被打斷，設(shè)備將自動(dòng)停運(yùn)。如果該運(yùn)行設(shè)備是主要輔機(jī)的潤(rùn)滑油泵或冷卻水泵，將導(dǎo)致主要輔機(jī)跳隊(duì)使事故擴(kuò)大。圖2b）的系統(tǒng)控制指令為脈沖，自保持回路在就地實(shí)現(xiàn)，I/O柜出現(xiàn)掉電或其他故障時(shí)輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)受到影響，系統(tǒng)的容錯(cuò)能力提高了。　　
　　1.2熱工開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)引入容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)的建議
　　
　　將容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)思想引入火電廠熱工開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)，可大大提高控制系統(tǒng)的可靠性，為此提出以下建議:
　　
　　（1）當(dāng)工藝系統(tǒng)出現(xiàn)可容忍的小故障時(shí)，控制概的邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)考慮容錯(cuò)。
　　
　?。?）當(dāng)聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)故障診使控制系統(tǒng)不發(fā)生誤動(dòng)。
　　
　?。?）在某些特殊工況下，控制系統(tǒng)的容錯(cuò)能實(shí)"丟卒保車"的控制策略。
　　
　?。?）不可靠的測(cè)量信號(hào)不用作重要保護(hù)，盡量避免單點(diǎn)信號(hào)用于保護(hù);當(dāng)不得不采用單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)時(shí)，應(yīng)引入故障鑒別信號(hào)。
　　
　　以圖3a）所示的煙氣擋板控制為例，關(guān)閉信號(hào)簡(jiǎn)單地取自開(kāi)擋板許可條件的邏輯非，即當(dāng)不滿足擋板開(kāi)的許可條件時(shí)立即關(guān)閉擋板，沒(méi)有時(shí)間延遲。該設(shè)計(jì)是基于所有的信號(hào)都真實(shí)可靠，而實(shí)際卻并非如此。因?yàn)樵S可條件是由許多信號(hào)組合而成的，在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)因?yàn)閭€(gè)別誤信號(hào)的出現(xiàn)而導(dǎo)致?lián)醢迓?lián)鎖關(guān)閉，所以，誤信號(hào)的出現(xiàn)不僅影響擋板的開(kāi)啟條件，還導(dǎo)致?lián)醢宓恼`關(guān)閉，而這是邏輯設(shè)計(jì)不合理引起的。
　　
　　因此，在圖3b）中改進(jìn)了控制邏輯，在許可條件邏輯非后增加了3s時(shí)延，以防止許可條件組合信號(hào)變化時(shí)的瞬間干擾脈沖。在有些工況下不允許擋板延時(shí)關(guān)閉時(shí)，應(yīng)將該條件從組合信號(hào)中分離出來(lái)，單獨(dú)作為聯(lián)鎖關(guān)閉信號(hào)。
　　
　　冗余也就能容錯(cuò)，因此，引入冗余信號(hào)、避免單點(diǎn)故障引起跳機(jī)是常見(jiàn)的容錯(cuò)邏輯的設(shè)計(jì)方法。對(duì)重要開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行冗余邏輯判斷，已成為火電廠控制系統(tǒng)普遍采用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如采用"三選二"正確性判斷邏輯。當(dāng)重要邏輯信號(hào)由模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生時(shí)，對(duì)外部模擬量輸入信號(hào)通常采用"三取中"冗余判斷，并設(shè)置"輸入信號(hào)量程"及"變化速率"等壞信號(hào)檢查手段。
　　
　　對(duì)重要邏輯輸出信號(hào)進(jìn)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(dòng)但提高了誤動(dòng)的可能性;串聯(lián)輸出降低了誤動(dòng)但提高了拒動(dòng)的可能性;采用"二并二串"結(jié)構(gòu)可實(shí)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(kāi)/禁關(guān)"邏輯保護(hù)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(dòng)解除其"偏差切手動(dòng)"保護(hù)功能等，都屬于容錯(cuò)邏輯的設(shè)計(jì)方法。
　　
　　二、用邏輯代數(shù)方法優(yōu)化邏輯設(shè)計(jì)
　　
　　開(kāi)關(guān)量控制邏輯由于不斷地補(bǔ)充和修改，可能會(huì)變得過(guò)于復(fù)雜。邏輯控制的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單可靠原則，多一個(gè)不必要的元件或環(huán)節(jié)，就增加了一個(gè)故障的可能。因此，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是運(yùn)行維護(hù)單位，都有對(duì)開(kāi)關(guān)量控制邏輯進(jìn)行梳理和優(yōu)化的要求。
　　
　　在DCS、PLC進(jìn)入電廠控制以前，常用固態(tài)邏輯電路實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的職鎖保護(hù)，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(fù)雜。有些邏輯設(shè)計(jì)者為保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有意地將邏輯圖做得很復(fù)雜，如果沒(méi)有相應(yīng)的說(shuō)明，可能難以看懂設(shè)計(jì)者的意圖。上述問(wèn)題常常存在于引進(jìn)機(jī)組的控制邏輯分析中，給用戶帶來(lái)很大困擾。
　　
　　邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，是分析和設(shè)計(jì)開(kāi)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(duì)開(kāi)關(guān)量控制邏輯進(jìn)行等效變換，有助于分析和簡(jiǎn)化控制邏輯。基本邏輯運(yùn)算有3種:邏輯乘（與）、邏輯加（或）、邏輯非（非），各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系一般都是由基本邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。常用的邏輯運(yùn)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(duì)偶規(guī)則等。
　　
　　圖4a）所示的控制邏輯利用邏輯代數(shù)定律進(jìn)行化簡(jiǎn)，即可發(fā)現(xiàn)其中有1個(gè)多余的與門。化簡(jiǎn)過(guò)程如下:　　
　　簡(jiǎn)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(jiǎn)工作簡(jiǎn)單而有效。某電廠采用該方法對(duì)機(jī)組控制邏輯進(jìn)行梳理和優(yōu)化，取得了較好的效果。　　
　　簡(jiǎn)化邏輯函數(shù)的方法有代數(shù)法和卡諾圖法等，由于開(kāi)關(guān)量控制邏輯并不太復(fù)雜，用代數(shù)法就足夠了。代數(shù)法運(yùn)用邏輯代數(shù)的基本定律和公式進(jìn)行變換或化簡(jiǎn)的常用方法有并項(xiàng)法、吸收法、消去法、配項(xiàng)法等。
　　
　　三、結(jié)語(yǔ)
　　
　　火電廠開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化工作非?，嵥?，有時(shí)看似微不足道，但對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性卻有著非常大的作用。容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生于邏輯*工作中，從避免事故、避免損壞設(shè)備、避免誤操作的角度出發(fā)，研究容錯(cuò)邏輯，通過(guò)不斷總結(jié)，形成一整套容錯(cuò)邏輯的典型設(shè)計(jì)方法并推廣應(yīng)用，以指導(dǎo)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　
　　對(duì)火電廠熱控系統(tǒng)可靠性的研究目前還僅僅是開(kāi)始，本文提出的容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法，希望能為控制保護(hù)邏輯的優(yōu)化開(kāi)辟新的思路。隨著火電廠熱控技術(shù)的進(jìn)步，如診斷技術(shù)和軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)將具有更廣闊的前景。