摘要：在火力發(fā)電廠，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)很重要。本文論述了利用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)的各種保護(hù)功能，并論述了該系統(tǒng)的主要功能、結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) PLC 冗余系統(tǒng) 人機(jī)界面 觸摸屏
1 引 言
汽輪機(jī)熱工監(jiān)視和保護(hù)裝置以及由其所組成的信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，是保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)安全監(jiān)視和保護(hù)就顯得更加重要，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)安全監(jiān)視和保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設(shè)計(jì)的保護(hù)系統(tǒng)大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，它的系統(tǒng)可靠性較差，維護(hù)量較大。因此，采用可編程控制器（PLC）對(duì)汽輪機(jī)熱工監(jiān)視和保護(hù)裝置進(jìn)行控制顯得十分重要和必要。以下所介紹的為應(yīng)用PLC控制的汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。
2 汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)概述
汽輪機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，需要根據(jù)用戶用電量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，為了防止調(diào)節(jié)系統(tǒng)因故障失靈，和汽輪機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)引起超速危險(xiǎn)，以備在機(jī)組出現(xiàn)某些異常時(shí)迅速動(dòng)作停機(jī)，防止發(fā)生事故。汽輪機(jī)必須設(shè)置轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的軸向位移、軸瓦振動(dòng)、機(jī)缸相對(duì)膨脹、汽輪機(jī)各軸承的油壓和油溫、凝汽器的真空度、發(fā)電機(jī)的主保護(hù)動(dòng)作等參數(shù)的保護(hù)，在這些參數(shù)中的任何一個(gè)超過(guò)所規(guī)定的允許值時(shí)，要求自動(dòng)發(fā)出信號(hào)使磁力斷路油門(mén)動(dòng)作，泄掉安全油，切斷進(jìn)汽，進(jìn)行強(qiáng)制停機(jī)，并且同時(shí)聲光報(bào)警，記錄停機(jī)原因，向DCS控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)鎖信號(hào)，聯(lián)鎖調(diào)節(jié)門(mén)、發(fā)電機(jī)和油泵，使整個(gè)系統(tǒng)迅速回到安全狀態(tài)，達(dá)到保護(hù)汽輪機(jī)的目的。
3 系統(tǒng)組成
汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備部分、PLC控制系統(tǒng)部分、人機(jī)界面（觸摸屏）和外圍聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)組成。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包括：汽輪機(jī)本體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、軸向位移、軸承瓦振動(dòng)、汽缸相對(duì)膨脹等）、壓力檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)潤(rùn)滑油壓力、安全油壓油、凝汽器真空度）、油溫檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)各軸承回油的溫度）、磁力油路遮斷停機(jī)系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)包括：冗余的PLC控制器、信號(hào)隔離繼電器、驅(qū)動(dòng)繼電器和接觸器；外圍聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)包括：DCS控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整體系統(tǒng)構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理、監(jiān)視和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制。
4 硬件設(shè)計(jì)
由于汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的重要性，決定了該系統(tǒng)在任何時(shí)候不容許出現(xiàn)誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，因此作為邏輯控制單元的PLC一般選用國(guó)內(nèi)外品質(zhì)高、穩(wěn)定性好的產(chǎn)品AB-ControLogix系列產(chǎn)品。
系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余配置，控制核心部件（CPU）配置兩套，分別安裝在兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)架，兩個(gè)機(jī)架的CPU通過(guò)光纖連接的同步模塊同步熱備運(yùn)行，在任一套CPU及相關(guān)部件出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)無(wú)擾動(dòng)切換到另一套CPU，保證了系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。PLC的IO模塊安裝在獨(dú)立的IO機(jī)架，IO與CPU的通訊方式為冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)。PLC的開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)都選用繼電器隔離，徹底防止了現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的不良影響，保證了系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。
圖1 汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
人機(jī)交互單元選用Allen-Bradley 公司的PV1000 彩色工業(yè)觸摸屏產(chǎn)品，在觸摸屏上可以進(jìn)行監(jiān)視、操作和運(yùn)行參數(shù)記錄，觸摸屏是系統(tǒng)的操作員站,人機(jī)對(duì)話簡(jiǎn)單方便、系統(tǒng)組態(tài)便于修改和擴(kuò)充，并且觸摸屏具有不死機(jī)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏與CPU的通訊方式也是通過(guò)冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)。
汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的PLC結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。由圖可以看出，在保護(hù)系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后，如果一套CPU出現(xiàn)故障或一條通訊介質(zhì)接觸不良，不會(huì)影響保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。
圖2 PLC結(jié)構(gòu)示意圖
5 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：PLC控制保護(hù)邏輯和觸摸屏監(jiān)視、操作記錄畫(huà)面組態(tài)。PLC控制保護(hù)邏輯采用梯形圖編寫(xiě)，保護(hù)邏輯程序選擇連續(xù)性任務(wù)在全部時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，使保護(hù)邏輯程序始終運(yùn)行。保護(hù)邏輯程序主要包括各項(xiàng)保護(hù)投退部分，報(bào)警與顯示部分，跳閘動(dòng)作部分，事件記錄和SOE記錄等幾個(gè)部分。
由于采用了觸摸屏，保護(hù)投退由一個(gè)總保護(hù)開(kāi)關(guān)，擴(kuò)展為每一項(xiàng)保護(hù)設(shè)置獨(dú)立的保護(hù)開(kāi)關(guān)，各分項(xiàng)保護(hù)開(kāi)關(guān)在觸摸屏上組態(tài)實(shí)現(xiàn)。各項(xiàng)保護(hù)投退相當(dāng)于汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)運(yùn)行或閉環(huán)運(yùn)行的選擇鑰匙，在保護(hù)退出時(shí)，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)屬于開(kāi)環(huán)運(yùn)行，此時(shí)保護(hù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)異常，保護(hù)系統(tǒng)只發(fā)出報(bào)警，不會(huì)動(dòng)作跳閘；在保護(hù)投入時(shí)，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)屬于閉環(huán)運(yùn)行，此時(shí)保護(hù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)異常，保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)動(dòng)作跳閘，關(guān)閉主汽門(mén)。分項(xiàng)保護(hù)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，使得保護(hù)系統(tǒng)更靈活，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以根據(jù)運(yùn)行情況投入部分最重要的保護(hù)功能，不滿足條件的保護(hù)暫時(shí)不投入。
PLC采集到的現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)報(bào)警信號(hào)、跳閘信號(hào)分別在觸摸屏報(bào)警畫(huà)面和跳閘畫(huà)面顯示，取代了以前用大量光字牌顯示報(bào)警跳閘的方法，大大減少了日常維護(hù)量。跳閘動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行首次跳閘記錄，為分析汽輪機(jī)跳閘原因提供了很好的依據(jù)。PLC保護(hù)邏輯與觸摸屏之間通過(guò)對(duì)應(yīng)的CotrolNet通訊協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，從而保證了汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)在觸摸屏上顯示和進(jìn)行事件記錄，在觸摸屏上進(jìn)行的操作實(shí)時(shí)被PLC掃描，并在程序中執(zhí)行。
SOE記錄要求達(dá)到毫秒級(jí)別，需要在PLC中通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，并在PLC中記錄，把記錄結(jié)果在觸摸屏上顯示。
6 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)上述的思路和方法，由PLC控制的汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)已先后在沈陽(yáng)新北熱電廠、壽光巨能熱電廠、通遼盛發(fā)熱電廠等數(shù)十個(gè)用戶單位的汽輪機(jī)設(shè)備上投入運(yùn)行，結(jié)果表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的，系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不僅提高了設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行水平，減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員的維護(hù)量，而且延長(zhǎng)了汽輪機(jī)的運(yùn)行壽命，有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
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（轉(zhuǎn)載）
