PLC在汽機保護上的應用

1 引言

汽機保護系統是一個汽輪機安全監控及輔機聯鎖系統，它能在汽機正常工作、啟動和停止運行方式下，連續監視汽機的運行參數及狀態，并且進行邏輯運算和判斷，通過聯鎖裝置使設備按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保證汽輪機的安全。它在防止運行人員操作事故及系統故障情況下引起的安全事故方面起著非常重要的作用。
常規的保護是用繼電器用硬接線連接，可靠性較低，信號的改動比較麻煩。PLC是采用積木式結構，以及模塊化的軟件設計，使得系統安裝和現場接線簡便，并可按積木方式擴充和刪減其系統規模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設計人員在沒有硬件的情況下進行“軟設計”工作，從而縮短了整個設計、生產、調試周期。工廠在1#、2#氣輪機的大修改造中對氣輪機的保護使用了PLC。

2 系統方案設計指導思想

(1) 高可靠性 系統采用西門子S7系列PLC為核心，硬件集成度和系統可靠性極高。
(2) 電源冗余化
l 直流電源 24V DC電源采用雙套高頻開關型直流電源，其過流等保護功能齊全，允許輸入電壓波動范圍大，輸出穩定性好;各單元單獨供電，進一步提高供電可靠性，一旦工作電源出現故障，另一路電源立即無間斷自動投入運行，不會對系統正常工作產生影響。
l 交流電源 系統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) 冗余化設計 系統采用冗余化設計，用戶可以在不更改系統任何配線的情況下增加功能:采用雙PLC配置，實現自動切換。
(4) 系統的基本功能 開關量輸入/輸出、內部中間繼電器、鎖存繼電器、計時/計數器、移位寄存器、四則運算、比較運算、二進制與十進制轉換、跳轉和強制I/O等。
(5) 應用靈活 其標準的積木式結構，以及模塊化的軟件設計，使得系統安裝和現場接線簡便，并可按積木方式擴充和刪減其系統規模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設計人員在沒有硬件的情況下進行“軟設計”工作，從而縮短了整個設計、生產、調試周期。
(6) 外圍支持設備完善 具有完善的外圍支持設備，如編程器、計算機和打印機等。
(7) 操作方便，維修容易 系統采用電氣操作人員習慣的梯形圖編程，使用戶能夠方便的讀懂程序，操作人員經過短期培訓就可以通過操作面板實現對系統的全部操作。
(8) 緩沖隔離 系統各種設備的I/O接口均采用光電隔離技術進行緩沖隔離。
(9) 高開放性 系統可擴展上位機進行事故追憶，邏輯圖、模擬圖、棒圖、趨勢圖及相關控制參數的顯示，鍵盤、鼠標、觸摸屏操作等。

3 系統結構

系統采用管理層—控制層—設備層的遞階控制網絡結構，如附圖所示。設置有:
(1) 管理層:工程師站
(2) 控制層:汽機控制站
(3) 設備層:汽機儀表檢測設備及執行機構。
管理層是基于Windows環境下開發的開放式、模塊化、可擴展的系統，選用控制主機/服務器，提供管理軟、硬件平臺，通過接收來自控制層的信息，匯集和檢測汽機的各種實時數據，并對它們進行相應計算，實現專家控制策略，發布命令下達到控制層對現場設備進行控制。
控制層主控設備采用西門子S7系列PLC，實現回路控制，通過I/O模塊獨立完成包括保護、監測、控制和事故紀錄等多項功能，在系統內按要求整理“情報”，實現系統的“上傳下達”。
管理層、控制層以及設備層之間除通訊外，各自獨立，無電氣上的連接，實現的各種功能獨立。因此，即使系統中的某一部分出現故障，也不會影響系統其它部分的工作，從而使整個系統具有高可靠性，真正實現分層分布式優化控制。

4 系統功能

以往的繼電器連鎖方式無法提供形象的信息給操作人員，只能在出現故障后把相關的連鎖點都檢查一遍，處理時間長，影響生產進程，對隱含故障點無法判斷?，F采用PLC控制則避免了上述問題，還可同時增加打印功能，完善系統，為經后的系統擴展做好充分的準備。具體功能如下所述:
(1) 控制保護功能
· 當汽輪機轉速超過10%時，同時操作面板提示汽機超速，并提醒操作人員進行檢查超速原因;當汽輪機轉速超過12%時，操作面板再次提示汽機超速，并提示操作人員通知技術人員進行檢修維護，技術人員可根據實際情況確定是否停機或超速運行;當轉速超過15%時，汽輪機自行逐步減速，同時提示減速原因，1小時后汽輪機停機，同時操作面板上顯示汽機超速停機，打印機打印出停機原因:汽機超速停機。

附圖 控制系統網絡結構圖

· 當汽輪機軸向位移大于Ⅰ值(安全臨界值)時，報警并提醒操作人員與同技術人員進行檢查超速原因;當汽輪機軸向位移大于Ⅱ值(安全隱患發生臨界值)時，1小時后停機。同時操作面板上顯示原因，打印機打出停機原因:軸向位移大停機。
· 當潤滑油壓低于Ⅰ值時，報警并提醒操作人員與同技術人員進行檢查超速原因;當潤滑油壓低于Ⅱ值時，啟動交流油泵;當潤滑油壓低于Ⅲ值(絕對危險臨界值)時，停機。同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:潤滑油壓低停機。當潤滑油壓低于Ⅵ值(設備損壞臨界值)時，停盤車。
· 當軸承油溫高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統;當軸承油溫高于Ⅱ值時，1小時后停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:軸承回油溫度高停機。
· 當軸承軸瓦溫度高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統;當軸承軸瓦溫度高于Ⅱ值時警報連續提示，停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:軸承軸瓦溫度高停機。
· 當電氣送來發電機故障信號時，停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:發電機故障停機。
· 當主汽溫度低于Ⅰ值時，報警;當主汽溫度低于Ⅱ值時停機，同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:主汽溫度低停機。
(2) 記憶功能 在自動主汽門跳閘后，由操作面板顯示出導致首次動作原因，以便于進行事故分析。
(3) 保護投退功能 在操作盤上設置保護投退開關，以便運行人員和檢修人員試驗和維修，防止在試驗或維修過程中，以及汽輪機啟動過程中，由于某個條件不滿足而引起的系統誤動作。
(4) 打印功能 系統能夠實時打印保護投退開關的投退時間及內容、所有保護動作的時間和內容。

5 結束語
1#、2#汽輪機大修投產后，通過集中監控系統對汽機運行參數的實時監控，使其安全可靠生產。實時快速、準確報警，捕捉事故前兆，減少直至消除重大事故，同時也減輕工人的勞動強度。