PLC在汽机保护上的应用（yòng）

摘要：汽机（jī）保护系统是一个汽轮（lún）机安（ān）全监控及辅机联锁系统，常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低（dī），信（xìn）号的改动（dòng）比较麻（má）烦。PLC可编程是采用积木式结构，以及模块化的软（ruǎn）件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木（mù）方式扩充和（hé）删减其系统规模。
1、引言（yán）：
    汽机保护系统是一个汽轮机安全监控及辅机联（lián）锁系统，它能在汽机正常工作、启动和（hé）停止运行方式下，连续监视汽机的（de）运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁（suǒ）装置使设备按照既定的合理程序（xù）完成必要的操作或未遂事故（gù），以保证汽轮（lún）机的安全。它在防止运行人员操作事故及（jí）系统故障情况下引起的安全事故（gù）方面起着（zhe）非常重要的作用。
    常规的保护是用继（jì）电器用硬接线连接，可靠性（xìng）较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得（dé）系统安装和现场接线（xiàn）简便，并可（kě）按积木方式扩充和删减其（qí）系统规（guī）模（mó）。由于它的逻辑、控制功（gōng）能是通过软（ruǎn）件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况（kuàng）下进（jìn）行“软设计”工（gōng）作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机（jī）的大修改造中对气轮机的保（bǎo）护使用了PLC。
2、系统方案设（shè）计指导思想：
        (1) 高可靠性系统采用西（xī）门子S7系列PLC为核心，硬件（jiàn）集成（chéng）度和系统可靠性极高。
    (2) 电源冗余化
电源 24V DC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能（néng）齐全，允许输入电压波动范围（wéi）大，输（shū）出稳定性好;各单（dān）元单独供电，进一步提（tí）高供电可靠性，一旦工作电源出现故（gù）障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会（huì）对（duì）系统（tǒng）正常（cháng）工作产生影响。
交流电源 系统允许输入（rù）两路交流电源，一路来（lái）自厂用UPS电源，一路来自（zì）厂用电(保（bǎo）安段（duàn）)。
    (3) 冗余化设计系统采用冗余化设计（jì），用户可（kě）以在不更改（gǎi）系统任何配线（xiàn）的情况下（xià）增加（jiā）功能:采用双PLC可编程配置，实现自（zì）动切换。
    (4) 系统的基本功（gōng）能开关（guān）量（liàng）输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器（qì）、四（sì）则运算、比较运（yùn）算、二（èr）进制与十进制（zhì）转换、跳转和强（qiáng）制I/O等。
    (5) 应用（yòng）灵活其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装（zhuāng）和现场接（jiē）线简便，并可按积木方式扩（kuò）充和删减其系统规模。由于它（tā）的逻辑、控制功（gōng）能是通过软（ruǎn）件完（wán）成的，因此（cǐ）允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设（shè）计”工作，从而缩短了（le）整个设计、生产、调试周（zhōu）期。
    (6) 外围支持设备完善具有完善的外（wài）围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。
    (7) 操作方便，维修容易系统采用电气（qì）操作人员习惯的梯形图（tú）编程（chéng），使用户能够方便的读懂程序，操作人员经过短期培训就可以（yǐ）通过操作面板实现对系（xì）统的全部操作（zuò）。
    (8) 缓冲隔离系统各种设备（bèi）的I/O接口（kǒu）均采用光电隔离技术进行缓冲隔离。
    (9) 高开放性系统可扩展上位机进行事故追忆，逻辑图、模拟图、棒图、趋势（shì）图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。
   3、系（xì）统结构：
    系统采用管理层—控（kòng）制层—设备（bèi）层的递阶控制网络结构，如附图所示。设置有:
    (1) 管理层:工（gōng）程师（shī）站（zhàn）
    (2) 控（kòng）制层:汽机控制（zhì）站
    (3) 设备层:汽机仪表检（jiǎn）测（cè）设备及执（zhí）行机构。
    管理层是基于Windows环境下开发的（de）开（kāi）放式、模块化、可扩（kuò）展的系统，选（xuǎn）用控制主机/服务器（qì），提（tí）供管理软、硬件平台，通过接收来自控制层的信息，汇集和检测汽机的各种实时数据，并对它们进行相应计算（suàn），实现专家控制策略，发布命令下达到（dào）控制层对（duì）现场设备进行控制。
    控制（zhì）层（céng）主控设备采用西门子S7系（xì）列PLC可编程，实（shí）现回路控制，通过I/O模块独立（lì）完（wán）成包括保护、监测、控制和事故纪录（lù）等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。
管理（lǐ）层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自（zì）独立，无电气上的连接，实现的各种功（gōng）能独立。因此，即使系统（tǒng）中的某一部分出现故障，也不会影响系统其它部分的工作，从而使整个系统具有高可靠性，真正实现分层（céng）分（fèn）布式优化控制。
4、系统功能
    以往的继电（diàn）器连锁方式无法提（tí）供形象的信息给操作人员，只能（néng）在出现故障后把相关的连锁点都（dōu）检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对（duì）隐含故障点无法判断。现采（cǎi）用PLC可编程控制则避免了上述问题（tí），还可同时增加打印（yìn）功能，完善系统（tǒng），为经后的系统扩展做好（hǎo）充分的准备。具（jù）体功能如下所述:
    (1) 控制保护功能
    a. 当（dāng）汽轮机（jī）转速超过10%时，同时（shí）操作面板（bǎn）提（tí）示汽（qì）机超速，并提醒操作人员进（jìn）行检查超速（sù）原因;当汽轮机转速超过12%时，操作面板再次提示汽机超（chāo）速，并提示操作人员通知技术人员进（jìn）行检修维护，技术人（rén）员可根（gēn）据实（shí）际情况确定是否停机或超速运行;当（dāng）转速超过15%时，汽轮机（jī）自行逐步减速，同时提（tí）示减速原因，1小时（shí）后（hòu）汽（qì）轮机停机，同时操作面板上显示汽机超速停机，打印机打（dǎ）印出停机原因:汽机超速（sù）停机。
    b. 当（dāng）汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(安（ān）全临界值)时，报警并提醒操作（zuò）人员与同技术人员进行检查超速原因;当（dāng）汽轮机轴向（xiàng）位移（yí）大于Ⅱ值(安全隐患发生临界值)时，1小时后停机。同时操（cāo）作面板（bǎn）上显示原因，打印机打出停机原因:轴向（xiàng）位移大（dà）停机。
    c. 当润滑油压低于Ⅰ值时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当润滑油压低于Ⅱ值时，启动交流油泵;当润滑油压低（dī）于Ⅲ值(绝对危险临界值)时，停机（jī）。同时（shí）操（cāo）作面板显示停机原因，打（dǎ）印机打印停机原因:润滑油压（yā）低停机。当润滑油压低于Ⅵ值（zhí）(设备损坏临界值（zhí）)时，停盘车。
    d. 当轴承（chéng）油温高于Ⅰ值时，报警并启动油温（wēn）冷却系统;当轴承油温高于（yú）Ⅱ值时，1小时（shí）后停机;同时操作面板显示停机原因，打印（yìn）机打印停机原因:轴承回油温度高停机。
    e. 当轴承（chéng）轴（zhóu）瓦温度高于Ⅰ值时，报警并启动（dòng）油温冷却系统;当轴承轴瓦温度高于Ⅱ值（zhí）时警报连续提示，停机;同时操作面板（bǎn）显示停机（jī）原因，打印（yìn）机打印（yìn）停机原因:轴承轴瓦温度高停机。
    f. 当（dāng）电气送来发电机故障（zhàng）信号时，停机（jī）;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。
    g. 当主汽温度低于Ⅰ值（zhí）时，报警（jǐng）;当（dāng）主汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作面板显示停机原因，打印机打印（yìn）停机原因:主（zhǔ）汽温（wēn）度低停机。
    (2) 记忆功能在自动主汽门跳（tiào）闸（zhá）后，由操作面板显（xiǎn）示出导致首（shǒu）次动作原因，以便于进行事（shì）故分析。
    (3) 保护（hù）投退（tuì）功能在（zài）操作盘上设置保护投退开关，以便运（yùn）行人（rén）员和检修（xiū）人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于（yú）某个条件不满足（zú）而引起的系统误动作。
    (4) 打印功能（néng）系统能够实时打印保（bǎo）护（hù）投退开关的投（tóu）退时间及（jí）内容、所有保护动（dòng）作（zuò）的时间和内容。
    5、结束语：
        1#、2#汽轮机大修投产后，通过集中监控系统对汽机运行（háng）参数的实时监控，使其安（ān）全可靠生产（chǎn）。实时快速、准确报警，捕捉事故前兆，减少直（zhí）至消除重大事故，同时也减轻工人的劳动强度。