PLC在汽機(jī)保護(hù)上的應(yīng)用

摘要：汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)汽輪機(jī)安全監(jiān)控及輔機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，常規(guī)的保護(hù)是用繼電器用硬接線連接，可靠性較低，信號(hào)的改動(dòng)比較麻煩。PLC可編程是采用積木式結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)安裝和現(xiàn)場接線簡便，并可按積木方式擴(kuò)充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。
1、引言：
    汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)汽輪機(jī)安全監(jiān)控及輔機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，它能在汽機(jī)正常工作、啟動(dòng)和停止運(yùn)行方式下，連續(xù)監(jiān)視汽機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，并且進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷，通過聯(lián)鎖裝置使設(shè)備按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保證汽輪機(jī)的安全。它在防止運(yùn)行人員操作事故及系統(tǒng)故障情況下引起的安全事故方面起著非常重要的作用。
    常規(guī)的保護(hù)是用繼電器用硬接線連接，可靠性較低，信號(hào)的改動(dòng)比較麻煩。PLC是采用積木式結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)安裝和現(xiàn)場接線簡便，并可按積木方式擴(kuò)充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設(shè)計(jì)人員在沒有硬件的情況下進(jìn)行“軟設(shè)計(jì)”工作，從而縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期。工廠在1#、2#氣輪機(jī)的大修改造中對氣輪機(jī)的保護(hù)使用了PLC。
2、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：
        (1) 高可靠性系統(tǒng)采用西門子S7系列PLC為核心，硬件集成度和系統(tǒng)可靠性極高。
    (2) 電源冗余化
電源 24V DC電源采用雙套高頻開關(guān)型直流電源，其過流等保護(hù)功能齊全，允許輸入電壓波動(dòng)范圍大，輸出穩(wěn)定性好;各單元單獨(dú)供電，進(jìn)一步提高供電可靠性，一旦工作電源出現(xiàn)故障，另一路電源立即無間斷自動(dòng)投入運(yùn)行，不會(huì)對系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生影響。
交流電源 系統(tǒng)允許輸入兩路交流電源，一路來自廠用UPS電源，一路來自廠用電(保安段)。
    (3) 冗余化設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用冗余化設(shè)計(jì)，用戶可以在不更改系統(tǒng)任何配線的情況下增加功能:采用雙PLC可編程配置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。
    (4) 系統(tǒng)的基本功能開關(guān)量輸入/輸出、內(nèi)部中間繼電器、鎖存繼電器、計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器、移位寄存器、四則運(yùn)算、比較運(yùn)算、二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等。
    (5) 應(yīng)用靈活其標(biāo)準(zhǔn)的積木式結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)安裝和現(xiàn)場接線簡便，并可按積木方式擴(kuò)充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設(shè)計(jì)人員在沒有硬件的情況下進(jìn)行“軟設(shè)計(jì)”工作，從而縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期。
    (6) 外圍支持設(shè)備完善具有完善的外圍支持設(shè)備，如編程器、計(jì)算機(jī)和打印機(jī)等。
    (7) 操作方便，維修容易系統(tǒng)采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖編程，使用戶能夠方便的讀懂程序，操作人員經(jīng)過短期培訓(xùn)就可以通過操作面板實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的全部操作。
    (8) 緩沖隔離系統(tǒng)各種設(shè)備的I/O接口均采用光電隔離技術(shù)進(jìn)行緩沖隔離。
    (9) 高開放性系統(tǒng)可擴(kuò)展上位機(jī)進(jìn)行事故追憶，邏輯圖、模擬圖、棒圖、趨勢圖及相關(guān)控制參數(shù)的顯示，鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏操作等。
   3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
    系統(tǒng)采用管理層—控制層—設(shè)備層的遞階控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如附圖所示。設(shè)置有:
    (1) 管理層:工程師站
    (2) 控制層:汽機(jī)控制站
    (3) 設(shè)備層:汽機(jī)儀表檢測設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
    管理層是基于Windows環(huán)境下開發(fā)的開放式、模塊化、可擴(kuò)展的系統(tǒng)，選用控制主機(jī)/服務(wù)器，提供管理軟、硬件平臺(tái)，通過接收來自控制層的信息，匯集和檢測汽機(jī)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對它們進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)專家控制策略，發(fā)布命令下達(dá)到控制層對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。
    控制層主控設(shè)備采用西門子S7系列PLC可編程，實(shí)現(xiàn)回路控制，通過I/O模塊獨(dú)立完成包括保護(hù)、監(jiān)測、控制和事故紀(jì)錄等多項(xiàng)功能，在系統(tǒng)內(nèi)按要求整理“情報(bào)”，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“上傳下達(dá)”。
管理層、控制層以及設(shè)備層之間除通訊外，各自獨(dú)立，無電氣上的連接，實(shí)現(xiàn)的各種功能獨(dú)立。因此，即使系統(tǒng)中的某一部分出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)其它部分的工作，從而使整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性，真正實(shí)現(xiàn)分層分布式優(yōu)化控制。
4、系統(tǒng)功能
    以往的繼電器連鎖方式無法提供形象的信息給操作人員，只能在出現(xiàn)故障后把相關(guān)的連鎖點(diǎn)都檢查一遍，處理時(shí)間長，影響生產(chǎn)進(jìn)程，對隱含故障點(diǎn)無法判斷。現(xiàn)采用PLC可編程控制則避免了上述問題，還可同時(shí)增加打印功能，完善系統(tǒng)，為經(jīng)后的系統(tǒng)擴(kuò)展做好充分的準(zhǔn)備。具體功能如下所述:
    (1) 控制保護(hù)功能
    a. 當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過10%時(shí)，同時(shí)操作面板提示汽機(jī)超速，并提醒操作人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過12%時(shí)，操作面板再次提示汽機(jī)超速，并提示操作人員通知技術(shù)人員進(jìn)行檢修維護(hù)，技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況確定是否停機(jī)或超速運(yùn)行;當(dāng)轉(zhuǎn)速超過15%時(shí)，汽輪機(jī)自行逐步減速，同時(shí)提示減速原因，1小時(shí)后汽輪機(jī)停機(jī)，同時(shí)操作面板上顯示汽機(jī)超速停機(jī)，打印機(jī)打印出停機(jī)原因:汽機(jī)超速停機(jī)。
    b. 當(dāng)汽輪機(jī)軸向位移大于Ⅰ值(安全臨界值)時(shí)，報(bào)警并提醒操作人員與同技術(shù)人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)汽輪機(jī)軸向位移大于Ⅱ值(安全隱患發(fā)生臨界值)時(shí)，1小時(shí)后停機(jī)。同時(shí)操作面板上顯示原因，打印機(jī)打出停機(jī)原因:軸向位移大停機(jī)。
    c. 當(dāng)潤滑油壓低于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并提醒操作人員與同技術(shù)人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)潤滑油壓低于Ⅱ值時(shí)，啟動(dòng)交流油泵;當(dāng)潤滑油壓低于Ⅲ值(絕對危險(xiǎn)臨界值)時(shí)，停機(jī)。同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:潤滑油壓低停機(jī)。當(dāng)潤滑油壓低于Ⅵ值(設(shè)備損壞臨界值)時(shí)，停盤車。
    d. 當(dāng)軸承油溫高于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并啟動(dòng)油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)軸承油溫高于Ⅱ值時(shí)，1小時(shí)后停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:軸承回油溫度高停機(jī)。
    e. 當(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并啟動(dòng)油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅱ值時(shí)警報(bào)連續(xù)提示，停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:軸承軸瓦溫度高停機(jī)。
    f. 當(dāng)電氣送來發(fā)電機(jī)故障信號(hào)時(shí)，停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:發(fā)電機(jī)故障停機(jī)。
    g. 當(dāng)主汽溫度低于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警;當(dāng)主汽溫度低于Ⅱ值時(shí)停機(jī)，同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:主汽溫度低停機(jī)。
    (2) 記憶功能在自動(dòng)主汽門跳閘后，由操作面板顯示出導(dǎo)致首次動(dòng)作原因，以便于進(jìn)行事故分析。
    (3) 保護(hù)投退功能在操作盤上設(shè)置保護(hù)投退開關(guān)，以便運(yùn)行人員和檢修人員試驗(yàn)和維修，防止在試驗(yàn)或維修過程中，以及汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，由于某個(gè)條件不滿足而引起的系統(tǒng)誤動(dòng)作。
    (4) 打印功能系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)打印保護(hù)投退開關(guān)的投退時(shí)間及內(nèi)容、所有保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間和內(nèi)容。
    5、結(jié)束語：
        1#、2#汽輪機(jī)大修投產(chǎn)后，通過集中監(jiān)控系統(tǒng)對汽機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使其安全可靠生產(chǎn)。實(shí)時(shí)快速、準(zhǔn)確報(bào)警，捕捉事故前兆，減少直至消除重大事故，同時(shí)也減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。