PLC在汽机保护上的应用

1 引言

汽机保护系统是一个汽轮机安全监控及辅机联锁系统，它能在汽机正常工作、启动和停止运行方式下，连续监视汽机的运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁装置使设备按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保证汽轮机的安全。它在防止运行人员操作事故及系统故障情况下引起的安全事故方面起着非常重要的作用。
常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低，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，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机的大修改造中对气轮机的保护使用了PLC。

2 系统方案设计指导思想

(1) 高可靠性 系统采用西门子S7系列PLC为核心，硬件集成度和系统可靠性极高。
(2) 电源冗余化
l 直流电源 24V DC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能齐全，允许输入电压波动范围大，输出稳定性好;各单元单独供电，进一步提高供电可靠性，一旦工作电源出现故障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会对系统正常工作产生影响。
l 交流电源 系统允许输入两路交流电源，一路来自厂用UPS电源，一路来自厂用电(保安段)。
(3) 冗余化设计 系统采用冗余化设计，用户可以在不更改系统任何配线的情况下增加功能:采用双PLC配置，实现自动切换。
(4) 系统的基本功能 开关量输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器、四则运算、比较运算、二进制与十进制转换、跳转和强制I/O等。
(5) 应用灵活 其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。
(6) 外围支持设备完善 具有完善的外围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。
(7) 操作方便，维修容易 系统采用电气操作人员习惯的梯形图编程，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通过操作面板实现对系统的全部操作。
(8) 缓冲隔离 系统各种设备的I/O接口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、趋势图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。

3 系统结构

系统采用管理层—控制层—设备层的递阶控制网络结构，如附图所示。设置有:
(1) 管理层:工程师站
(2) 控制层:汽机控制站
(3) 设备层:汽机仪表检测设备及执行机构。
管理层是基于Windows环境下开发的开放式、模块化、可扩展的系统，选用控制主机/服务器，提供管理软、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，实现专家控制策略，发布命令下达到控制层对现场设备进行控制。
控制层主控设备采用西门子S7系列PLC，实现回路控制，通过I/O模块独立完成包括保护、监测、控制和事故纪录等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。
管理层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自独立，无电气上的连接，实现的各种功能独立。因此，即使系统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，真正实现分层分布式优化控制。

4 系统功能

以往的继电器连锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用PLC控制则避免了上述问题，还可同时增加打印功能，完善系统，为经后的系统扩展做好充分的准备。具体功能如下所述:
(1) 控制保护功能
· 当汽轮机转速超过10%时，同时操作面板提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;当汽轮机转速超过12%时，操作面板再次提示汽机超速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或超速运行;当转速超过15%时，汽轮机自行逐步减速，同时提示减速原因，1小时后汽轮机停机，同时操作面板上显示汽机超速停机，打印机打印出停机原因:汽机超速停机。

附图 控制系统网络结构图

· 当汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(安全临界值)时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当汽轮机轴向位移大于Ⅱ值(安全隐患发生临界值)时，1小时后停机。同时操作面板上显示原因，打印机打出停机原因:轴向位移大停机。
· 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;当润滑油压低于Ⅲ值(绝对危险临界值)时，停机。同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:润滑油压低停机。当润滑油压低于Ⅵ值(设备损坏临界值)时，停盘车。
· 当轴承油温高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承油温高于Ⅱ值时，1小时后停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承回油温度高停机。
· 当轴承轴瓦温度高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承轴瓦温度高于Ⅱ值时警报连续提示，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承轴瓦温度高停机。
· 当电气送来发电机故障信号时，停机;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。
· 当主汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。
(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致首次动作原因，以便于进行事故分析。
(3) 保护投退功能 在操作盘上设置保护投退开关，以便运行人员和检修人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于某个条件不满足而引起的系统误动作。
(4) 打印功能 系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。

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参数的实时监控，使其安全可靠生产。实时快速、准确报警，捕捉事故前兆，减少直至消除重大事故，同时也减轻工人的劳动强度。