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    1 應(yīng)用背景

                   

    汽輪機(jī)由鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽帶動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，是火力發(fā)電廠的關(guān)鍵動(dòng)力設(shè)備，汽輪機(jī)的緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）是發(fā)電廠對(duì)系統(tǒng)可靠性要求最高的子系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，200MW以下機(jī)組的汽機(jī)本體保護(hù)都是用繼電器搭建的，可靠性差，保護(hù)邏輯修改麻煩，不能與主控制系統(tǒng)構(gòu)成有效的通訊連接。若與電廠主DCS合并在一起控制，則因DCS處理周期較長(zhǎng)等原因無(wú)法滿足快速保護(hù)要求，一般都不采用。基于LK的汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)因其可靠性高、處理速度快、邏輯修改方便等特點(diǎn)在得到了廣泛的應(yīng)用。

    汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS系統(tǒng)）完成汽輪機(jī)緊急跳閘控制過(guò)程中全部電動(dòng)閥門的開關(guān)控制功能，包括完成開關(guān)量的數(shù)據(jù)采集、處理、計(jì)算及開關(guān)量的實(shí)時(shí)輸出，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到中央控制室操作站等。ETS系統(tǒng)是與汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（TSI系統(tǒng)）相配合監(jiān)視汽輪機(jī)的一些重要信號(hào)，并保證汽輪機(jī)安全的系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)入ETS系統(tǒng)的參數(shù)，如潤(rùn)滑油壓力、凝汽器真空、汽機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子振動(dòng)、軸向位移等超過(guò)極限值時(shí)，輸出跳閘信號(hào)到跳閘電磁閥，跳閘電磁閥卸掉保安系統(tǒng)的保安油，使汽輪機(jī)的主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，完成汽輪機(jī)跳閘的功能，使汽輪機(jī)緊急停機(jī)，處于安全狀態(tài)，以避免發(fā)生嚴(yán)重的后果。

    2 系統(tǒng)組成

    ETS系統(tǒng)由以PLC為核心的控制柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警和一次、二次外圍元件組成，系統(tǒng)裝置如圖1所示。ETS控制柜里主要有雙PLC、報(bào)警繼電器、跳閘繼電器、保護(hù)投切盤等。每一路輸入、輸出通道都有與之相對(duì)應(yīng)的指示燈，可以檢查某一通道的動(dòng)作情況。且系統(tǒng)具有在線試驗(yàn)功能。

       

    PLC系統(tǒng)通過(guò)編程邏輯實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)ETS停機(jī)保護(hù)裝置狀態(tài)檢測(cè)、報(bào)警及控制。同時(shí)，也可通過(guò)按鈕開關(guān)進(jìn)行人工模擬跳機(jī)測(cè)試和面盤顯示燈的測(cè)試。汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)系統(tǒng)可靠跳機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性，防止由于振動(dòng)單回路測(cè)量故障而引起的機(jī)組跳閘，確保汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

    ETS系統(tǒng)的輸入信號(hào)及通道采用多重化設(shè)置，任何單一元件故障或電源故障均不影響整套裝置的正常工作或引起保護(hù)誤動(dòng)，跳閘原因未消除時(shí)，各保護(hù)項(xiàng)目不能手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)歸。直流控制回路設(shè)備線圈設(shè)有吸取反電勢(shì)的功能設(shè)計(jì)。ETS設(shè)有方便地切/投各項(xiàng)保護(hù)的手段。

    借助DCS系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，使ETS系統(tǒng)的人機(jī)界面成為DCS系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。可以方便地對(duì)整個(gè)ETS系統(tǒng)進(jìn)行直觀的狀態(tài)監(jiān)視分析，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和眾多過(guò)程量設(shè)置聲光報(bào)警。并且把汽輪機(jī)跳閘的首出原因送進(jìn)了事故追憶系統(tǒng)(SOE)，可以方便的查找汽輪機(jī)跳閘原因。這樣豐富和完善了對(duì)ETS系統(tǒng)的檢修、維護(hù)手段，提高了自動(dòng)化水平。

    ETS選用了和利時(shí)公司的HOLLiAS LK系列PLC，選用了電源模塊、CPU模塊、DI模塊和DO模塊。由PLC的中央處理單元CPU完成所有輸入信號(hào)的邏輯處理和輸出信號(hào)的邏輯控制。由于系統(tǒng)對(duì)該裝置的可靠性要求特別高，即保證在任何可能發(fā)生的緊急情況下，都能準(zhǔn)確無(wú)誤地使汽輪機(jī)組停機(jī)，所以該套裝置設(shè)置為雙PLC運(yùn)行方式。由于雙PLC是并列運(yùn)行，互不干擾，并具有“或”的關(guān)系，不需要在線熱切換，所以不存在切換擾動(dòng)的問(wèn)題。若其中任意一套發(fā)生故障，另一套可編程控制器還是正常運(yùn)行，此時(shí)，汽機(jī)運(yùn)行的保護(hù)功能仍是完整的。這種雙PLC控制方案比通常所講的冗余控制方案的可靠性更高一些。

        

    3 控制功能

    輸入信號(hào)設(shè)定并組合，如三選二（確保消除誤停機(jī)現(xiàn)象）、四選二（適用于需要在線試驗(yàn)的情況），編程過(guò)程中可編程邏輯控制器的特點(diǎn)盡最大可能的發(fā)揮。通過(guò)編寫功能“子程序”、“中斷”程序等，達(dá)到控制功能完整，運(yùn)行快捷的目的。傳統(tǒng)控制方式中某一功能的觸點(diǎn)可靠性受器件的限制，而改用可編程控制器后，該功能的觸點(diǎn)就變成控制器的一個(gè)內(nèi)在虛擬的地址，它的使用完全可以根據(jù)需求來(lái)確定。

    輸出信號(hào)選用帶隔離、獨(dú)立回路的DO輸出卡件，輸出觸點(diǎn)的帶負(fù)載的能力完全滿足系統(tǒng)中執(zhí)行元件的要求。

    ETS的基本功能包括汽輪機(jī)的有關(guān)開關(guān)量監(jiān)視和跳閘保護(hù)功能。

       

    在各種工況下，當(dāng)發(fā)生不能保證熱力系統(tǒng)、設(shè)備正常運(yùn)行或危及設(shè)備安全時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警、跳閘信號(hào)。由HOLLiAS LK系列PLC組成的ETS系統(tǒng)為獨(dú)立系統(tǒng)，其運(yùn)行獨(dú)立于DCS系統(tǒng)，通過(guò)DP總線與DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ETS系統(tǒng)與DCS的通訊僅為監(jiān)視用，通訊中斷或DCS故障不影響ETS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

    ETS裝置單獨(dú)安放在一小機(jī)柜之中，系統(tǒng)每一個(gè)保護(hù)項(xiàng)均配有獨(dú)立的保護(hù)投切開關(guān)，并有一個(gè)總保護(hù)開關(guān)。ETS裝置使用的24V電源需要監(jiān)視。系統(tǒng)存在手動(dòng)停機(jī)功能，操作員臺(tái)按鈕直接硬接線至DEH的打閘繼電器。ETS系統(tǒng)的在線試驗(yàn)不影響機(jī)組保護(hù)的正常動(dòng)作，即在做試驗(yàn)時(shí)，若有保護(hù)信號(hào)經(jīng)邏輯判定動(dòng)作，ETS系統(tǒng)應(yīng)正常發(fā)出信號(hào)停機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC之間，采用繼電器隔離，一方面防止干擾，另一方面保證冗余PLC之間的隔離。同時(shí)，保證了現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)的擴(kuò)展（此信號(hào)要進(jìn)SOE等）。

       

    4 應(yīng)用特點(diǎn)

    基于LK系列PLC的ETS系統(tǒng)具有如下性能特點(diǎn)：

    正確性、可靠性高

    正確性、可靠性是汽輪機(jī)ETS系統(tǒng)的關(guān)鍵，本系統(tǒng)采用了雙PLC運(yùn)行方式，確保整套裝置在任何情況下，都能正確可靠地實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)跳閘功能。以往裝置中重點(diǎn)關(guān)注的汽機(jī)“拒跳”或“誤跳”的情況，在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到充分合理的處理，這在技術(shù)上保證了系統(tǒng)的高可靠性。在PLC選型方面，充分利用質(zhì)量上乘的產(chǎn)品，選用了性價(jià)比高的和利時(shí)公司的LK系列PLC，這在硬件上保證了系統(tǒng)的高可靠性。

    系統(tǒng)功能強(qiáng)

    由于可編程邏輯控制器體積小，集成化程度高，運(yùn)算速度快，邏輯控制容量大，所以整套程序中除了狀態(tài)報(bào)警、遮斷停機(jī)等常規(guī)功能外，還添加了在線試驗(yàn)功能。該功能的作用在于:在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)， 檢查壓力開關(guān)、電磁閥等外圍元器件的狀態(tài)，提高整套裝置的自身安全系數(shù)。

    增加汽機(jī)跳閘首出原因記憶功能，幫助運(yùn)行人員在第一時(shí)間知道停機(jī)的第一起因，避免了以往或者顯示面板上有多項(xiàng)報(bào)警指示，分析不出第一起因，或者隨著現(xiàn)場(chǎng)情況的瞬息變換，指示燈的熄滅，也找不到第一起因。同時(shí)，該功能的存在也為事故追憶系統(tǒng)（SOE）的記錄提供了驗(yàn)證手段。該功能完全通過(guò)程序編寫完成，不需要增加任何硬件設(shè)備，而且完全應(yīng)用編程技巧。在沒(méi)有發(fā)生停機(jī)條件時(shí)，該功能不需要執(zhí)行，不占用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的時(shí)間，使系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、停機(jī)功能得到最大程度的實(shí)現(xiàn)。

    自動(dòng)化程度高

    對(duì)于信號(hào)處理，如“延時(shí)”等功能，原來(lái)要求運(yùn)行人員一直“按著”的按鈕，現(xiàn)變成“按一下”軟按鈕，蜂鳴器一響即可，原來(lái)需要持續(xù)若干秒的要求可在程序中通過(guò)“秒脈沖”邏輯完成。該功能可多處使用，編程時(shí)不存在“資源緊張”的問(wèn)題。同樣的還有“定時(shí)器”、“RS觸發(fā)器”、“PID調(diào)節(jié)器”等分離元件所具有的器件功能。這些器件在PLC中均成為虛擬器件，能充分完成這些功能的要求。對(duì)該系統(tǒng)而言它們的使用數(shù)量是微不足道的，完全可以盡情使用。編程邏輯控制器中DI、DO卡件面板上的狀態(tài)指示燈上，各種狀態(tài)一目了然，故障排查簡(jiǎn)便易行。

    （4）制作程序化
整套裝置的硬接線部分只涉及到確定所需輸入和輸出可編程控制器的信號(hào)，而控制邏輯部分完全固化在EPROM中。對(duì)于功能增減的要求，通過(guò)修改程序后，下載程序，完成在EPROM中的內(nèi)容修改即可。監(jiān)視整個(gè)裝置的工作情況，包括信號(hào)的狀態(tài)模擬、控制邏輯功能的“脫機(jī)”或在線調(diào)試等，均可在PC機(jī)上完成。

    5 結(jié)束語(yǔ)

    汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）邏輯簡(jiǎn)單，可靠性要求高。和利時(shí)公司LK系列PLC作為高性價(jià)比的PLC系統(tǒng)，在火力發(fā)電廠項(xiàng)目中與DCS系統(tǒng)配合，既有效地提高了控制水平，又為用戶節(jié)省了大量投資。同時(shí)和利時(shí)PLC出色的通訊能力使得它可以通過(guò)PROFIBUS-DP、Interbus、CAN或Ethernet與多種DCS構(gòu)成互補(bǔ)的、適用于火力發(fā)電廠的控制系統(tǒng)。

    參考文獻(xiàn)

    [ 1 ] 王平洋，電力系統(tǒng)自動(dòng)化與智能技術(shù)[J]，電力系統(tǒng)自動(dòng)化

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    [ 3 ] 方承遠(yuǎn)，《工廠電器控制技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社

    [ 4 ] 顧戰(zhàn)松，《可編程控制器原理與應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社

    [ 5 ] 和利時(shí)公司，HOLLiAS LK大型可編程控制器硬件手冊(cè)，2008