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)鍵字：汽輪機(jī)；PLC；冗余系統(tǒng)；人機(jī)界面；觸摸屏 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)。 1 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。 2 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?，F(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。 3 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，例如AB-ControLogix系列、GE-PAC7i系列、施耐德公司Modicon QUANTUM系列產(chǎn)品。 以下以選用AB-ControLogix系列PLC為例對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明，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。 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。 4 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。 5 結(jié)論 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) ： [1]周世平 《300MW火電機(jī)組調(diào)試技術(shù)》 中國(guó)電力出版社 2002年 [2]李建剛 《汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行》 中國(guó)電力出版社 2006年 [3]Rockwell Automation 《ControlLogix 選型指南》 [4]Allen-Bradley《系統(tǒng)用戶手冊(cè) ControlLogix》 Application of PLC to Protection System of Steam Turbines MA Zhi-Jun1 （1.Dalian Huaying Automatization Technology Co.,Ltd, Dalian Liaoning 116600） Abstract: In Power Plant,It’s very important with protection system of steam turbines.It discuss that Appling PLC control system to accomplish various protected functions with steam turbions,And discuss the main functions,structure and realization of the PLC control system in this paper. Keywords: Steam Turbines; PLC; Redundancy System; HMI Touch Panel