基于PLC實現(xiàn)的火電廠小汽機保護控制系統(tǒng)

1、基于 PLC 實現(xiàn)的火電廠小汽機保護控制系統(tǒng)李大中1 ,倪瑋強1 ,李錦賢2 ,郭召偉2(1. 華北電力大學(xué) 自動化系 ,河北 保定 071003 ;2. 大唐許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司 ,河南 禹州 461690)摘 要 :針對 300 MW 機組給水泵小汽機保護系統(tǒng)采用 PLC(可編程序控制器) 設(shè)計了新的控制系統(tǒng) ,替代了原繼電器控 制邏輯 。該系統(tǒng)采用雙 CPU 冗余熱備和雙電源供電設(shè)計 ,硬件結(jié)構(gòu)簡單 ,控制邏輯由梯形圖軟件編程實現(xiàn) ,替代了原 繼電器控制邏輯 ,大大提高了系統(tǒng)的平安可靠性 ,同時控制邏輯軟件中新增設(shè)計了小汽機事故跳閘首出記憶功能 ,為系 統(tǒng)的事故分析提供了依據(jù) ?，F(xiàn)

2、場 投 運 表 明 , 該 系 統(tǒng) 運 行 穩(wěn)定 ,符合設(shè)計要求 。關(guān) 鍵 詞 :火電廠 ;小汽機保護 ; PLC 控制中圖分類號 : TK264文獻標(biāo)識碼 :A圖 1小汽機 PLC 保護控制系統(tǒng)構(gòu)成1引言2 . 2IO 信號配置系統(tǒng) IO 信號包括兩大類 ,即開關(guān)量輸入 DI 信 號和開關(guān)量輸出 DO 信號 ,其中 DI 信號 36 點 ,DO 信號 26 點 ?；痣姀S給水泵小汽輪機系統(tǒng)是發(fā)電機組的重要組成局部 ,對于小汽機運行的平安保護地位十分重 要 ,目前國內(nèi)的一些大機組的小汽機保護控制系統(tǒng) 還是基于常規(guī)繼電器邏輯控制 ,由于繼電器接點在 長時間使用情況下 ,將會出現(xiàn)接點的粘連 、打火放

3、電或勵磁線圈燒毀等現(xiàn)象 ,造成繼電器接點誤動或拒 動 ,控制邏輯不能正常執(zhí)行 ,使得系統(tǒng)的平安可靠性 差 ,事故隱患潛在 ,給整個發(fā)電機組的平安運行構(gòu)成 威脅 。本文內(nèi)容既是針對國內(nèi)某電廠 300 MW 機組 小汽機保護系統(tǒng)采用 PLC 控制器對原繼電器保護控制系統(tǒng)進行的設(shè)計 。3保護控制邏輯軟件設(shè)計小汽機保護系統(tǒng)控制流程如圖 2 所示 ,基于該流程采用 PLC 編程軟件設(shè)計的梯形控制邏輯主要 包括以下幾局部2 。3 . 1 潤滑油系統(tǒng)當(dāng) 1 . 2 交流潤滑油泵出口壓力低 ( 0 . 01 ,2 . 01)的時 ,延時 5 s ( 防止信號誤動) ,發(fā)出交流潤滑主油 泵切換失敗信號 ( 6

4、. 03) ; 潤滑油供油母管油壓低 II值 A. B . C (0 . 02 ,2 . 02 ,4 . 00) 3 個測點 ,采用三取二邏 輯 ,只要兩個滿足條件將發(fā)出跳閘信號 (6 . 05) 的同 時聯(lián)啟排煙風(fēng)機 ( 6 . 06) 和直流泵 EOP ( 8 . 04) ,并且產(chǎn)生事故追憶 (8 . 05) 。如果潤滑油箱油位低 (0 . 00)將禁止投加熱器 (8 . 00) ; 交流潤滑油泵出口母管油 壓低 (2 . 00) 將聯(lián)啟 1 號泵 (6 . 02) 、2 號泵 (8 . 01) 和啟直流油泵 EOP ( 8 . 02) 。如 果 直 流 油 泵 出 口 油 壓 低2系統(tǒng)結(jié)

5、構(gòu)組成2 . 1硬件組成小汽 機 保 護 PLC 控 制 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 如 圖 1 所 示 , PLC 采用 Omron CS1D 系列模件1 ,3 , 其中 32 點 DO模件 2 個 ,32 點 DI 模件 3 個 ,整個硬件系統(tǒng)使用了一個 PLC 主機架 , 為了提高 PLC 系統(tǒng)的可靠性 , 采 用雙 CPU 冗余熱備運行和雙電源模件供電 。收稿日期 :2006 - 04 - 17 ; 修訂日期 :2006 - 07 - 14作者簡介 :李大中 (1961 - ) ,男 ,山西朔州人 ,華北電力大學(xué)教授.熱能動力工程2006 年·562 ·(4 . 05) 將聯(lián)動

6、排煙風(fēng)機 ( 8 . 03) 同時產(chǎn)生報警信號(6 . 04) 。隔膜閥上部潤滑油壓低 II 值 A. B . C (0 . 04 ,2 . 04 ,4 . 04) 3 個測點也是三取二的邏輯 ,從而來確認(rèn)BFPT 已跳閘 (6 . 07) ,證實小汽機已跳閘 。其中 W0 .01 代表交流潤滑主油泵切換失敗的中間點 , W0 . 04證實小汽機已經(jīng)跳閘的中間點 。圖 2小汽機保護控制流程圖3 . 2 小汽機排氣壓力小汽機排汽壓力高 II 值 A. B . C (0. 03 ,2. 03 ,4102)3 個測點 ,采用三取二邏輯 ,將報警信號 (6. 08) 送至DCS ,同時產(chǎn)生小汽機排汽壓

7、力高 II 值中間點 ( W0.02) 。小汽機排汽壓力高 (0. 10) 將報警 ,如果小汽機 排汽壓力高超馳指令 (4. 10) 發(fā)出 ,將產(chǎn)生排汽壓力跳 閘超馳指令 (W0. 03) ,該信號同時自鎖 。在第 13 步第 16 步控制中 ,主要是對上下壓主汽門截止閥的開關(guān)控制 ,其中證實小汽機已經(jīng)跳閘 ( W0.04) 的條件必須有 ,否那么無條件的操作將對設(shè)備形成 損害 ,當(dāng)小汽機上下壓主汽門截止閥關(guān)到位將產(chǎn)生小汽機高 、低壓主汽門關(guān)到位 (W0. 07) 信號 ,該信號起到 閉鎖掛閘的作用 。由 W0. 02 和 W0. 03 的常閉點形成 一個小汽機排汽壓力高跳閘信號 (W0. 0

8、8) 。第 6 期李大中 ,等 :基于 PLC 實現(xiàn)的火電廠小汽機保護控制系統(tǒng)·563 ·3 . 4集控室操控信號當(dāng) MEH 請求跳閘 A. B (0 . 09 ,2 . 10) 和電超速 A. B (0 . 08 ,2 . 09) 任意一個信號發(fā)出 ,都將產(chǎn)生 MEH 跳 閘請求信號 (W0 . 12) ,而集控室 DCS 下發(fā)的 MCS 請 求跳閘信號 (4 . 09) 和集控室手動停機按鈕信號 ( 4 .06) 和就地手動停機按鈕信號 ( 2 . 04) 都分別產(chǎn)生跳 閘條件 W0 . 13 ,W0 . 14 和 W0 . 15 。3 . 5小汽機跳閘邏輯3 . 3

9、小汽機軸振系統(tǒng)根據(jù)小汽機軸向位移達跳閘值 A. B . C ( 0 . 07 ,2107 ,4 . 07) 3 個信號采用三取二邏輯產(chǎn)生小汽機軸 向位移大跳閘 ( W0 . 09) 信號 ,小汽機振動達跳閘值 信號 (2 . 08) 和小汽機偏心達跳閘值信號 (4 . 08) 分別 產(chǎn)生小汽機振動達跳閘值跳閘 ( W0 . 10) 信號和偏心達跳閘值跳閘 (W0 . 09) 信號 。以上 3 類信號無論那 種信號出現(xiàn)非正常狀態(tài)都將導(dǎo)致小汽機跳閘 。以上的 12 個跳閘條件均為或邏輯關(guān)系 ,任何一個產(chǎn)生 ,都將導(dǎo)致小汽機跳閘 ( W1 . 00) 出現(xiàn) 。在該 邏輯中我們把引起跳閘的條件全部引出

10、 ,防止誤動 。3 . 6跳閘首出記憶由于小汽機跳閘將會導(dǎo)致整個機組的跳閘 ,為 了便于小汽機跳閘后進行事故分析和原因查找 ,控 制邏輯中設(shè)計了將 12 個小機跳閘條件進行首出記 憶 ,即將引起小汽機跳閘的第一原因記錄保持 。本熱能動力工程2006 年·564 ·設(shè)計中采用了 Keep 模塊 ,該模塊實現(xiàn)的是一個功能增強型 RS 觸發(fā)器 ,并具有掉電保持功能 。首出記憶 ,即進入下一掃描周期后 ,所有未發(fā)出首出的跳閘條件即使?jié)M足也將均被 FIRSTOUTZ 閉鎖 。 在第 38 步中 ,將小汽機復(fù)位 (0. 06) 指令置于 S端 ,而將小汽機跳閘 (W1. 00) 條件置

11、于 R 端 ,因為小 機跳閘電磁閥為常帶電 ,這兩個跳閘電磁閥分別控制 :潤滑油壓電磁閥 、隔膜油壓電磁閥 ,在正常運行時 是常開的 ,當(dāng)小汽機跳閘后 ,將用來卸掉回路油壓 。4 現(xiàn)場調(diào)試與投運4 . 1 硬件初始設(shè)定(1) 將雙機單機模式開關(guān)設(shè)定成 DPL (雙機) 。(2) 根據(jù)實際情況對運行 CPU 單元開關(guān)設(shè)定 ,右側(cè) CPU 運行狀態(tài)就將開關(guān)撥到 ACT RIGHT ,左側(cè)CPU 運行狀態(tài)就將開關(guān)撥到 ACT L EFT。(3) 將兩個 CPU USENO USE 開關(guān)設(shè)定成 USE ,從而對應(yīng)的 CPU 的供電就是 ON 。(4) 設(shè)定雙機單元上的通信開關(guān) ,如果我們選 用網(wǎng)絡(luò)類型

12、為 ToolBus ,將 CX - Programmer 連接到運 行 CPU 的 RS - 232C 端 口 上 時 , 將 雙 機 模 塊 的COMM 開關(guān)設(shè)定成 ON 。如果我們選用網(wǎng)絡(luò)類型為SYSMAC WAY 時 ,COMM 開關(guān)設(shè)定成 OFF 。4 . 2 檢查初始運行(1) 檢查供電配線和電壓沒有問題 ,然后給電源 模塊加電 。(2) 確認(rèn)雙機單元上的 DPL STATUS 指示器是 否為綠色 。(3) 確認(rèn)運行 CPU 單元的 ACTIVE 指示器為綠 色 。4 . 3 程序下裝當(dāng) PLC 在 PROGRAM 模式時 ,通過 PC 機或?qū)Ｓ?編程器中的 CX - Program

13、mer 軟件將控制軟件下裝 到 PLC 的 CPU 單元 。數(shù)據(jù)傳送到運行 CPU 單元后 , 確認(rèn)雙機單元上的 DPL STATUS 指示器閃綠光 。這 表示雙機系統(tǒng)正在初始化 ,如 ,傳送到運行 CPU 單元的數(shù)據(jù)也正在傳送到備用 CPU 單元 。如果檢測 出兩個 CPU 單元之間有不一致 ,將發(fā)生雙機確認(rèn)錯 誤 ,并且 DPL STATUS 指示器將閃紅光 。如果發(fā)生 這種情況 ,按下初始化開關(guān) 。除非是硬件錯誤引起這里第 38 步和 39 步是小汽機跳閘指令至電磁閥 (8 . 11 ,6 . 11) 和小汽機跳閘指令至 WDPF 顯示 (8 .12) ,其中的 FIRSTOUTZ (W

14、1 . 13) 是小汽機跳閘的一 個閉鎖條件 ,也是首出邏輯必須要用到的 ,因為當(dāng)跳 閘后 ,W1 . 13 的常閉點將斷開 ,以后引起的跳閘條件將不會在出現(xiàn)在邏輯中 ,這樣就可以把跳閘的第一原因找出來 ?？刂七壿嬛?12 個首出跳閘信號 ,在同 一 PLC 掃描周期內(nèi) , 假設(shè)有多個首出條件滿足 , 那么從 第一個首出之后的其它滿足跳閘條件的首出都可以 發(fā)出 ,且動作順序就是程序的執(zhí)行順序 ,據(jù)此可看出 小汽機跳閘條件的動作順序 。假設(shè)在第一個跳閘首出 之后的第二個掃描周期中產(chǎn)生的跳閘信號那么不能被1的不一致 ,其它錯誤應(yīng)能被去除。4 . 4運行完成 413 之后 ,將 PLC 在 PROG

15、RAM 模式時 ,強 制開關(guān)各種數(shù)字量 , 并確認(rèn)相應(yīng)的輸出運行是否正(下轉(zhuǎn)第 581 頁)第 6 期蘇志剛 ,等 :灰色軟測量在球磨機料位檢測中的應(yīng)用·581 ·表 3 測試結(jié)果及誤差 (2)機理分析 ,且反映了球磨機大滯后的特性 。數(shù)據(jù)圖 4料位隨給煤機轉(zhuǎn)速變化仿真曲線圖6 結(jié)論由表 2 和表 3 實驗分析結(jié)果并結(jié)合實際工程 ,該軟測量建模方法用于球磨機料位的預(yù)測效果是比 較理想的 ,最大相對誤差小于 3 % ,相對誤差平均值 小于 1 . 7 % 。在分析了制粉系統(tǒng)球磨機筒內(nèi)存煤量所受各種影響因素的情況下 ,本文提出了灰色一致關(guān)聯(lián)法 ,運 用非線性 PLS 回歸方法首

16、次實現(xiàn)了對料位的灰軟測3量建模。實驗結(jié)果說明 ,采用一致關(guān)聯(lián)度法對輔助變量的選擇是可行的 ; 運用非線性 PLS 作為軟測 量建模方法其精度滿足工程實際要求 。5 實驗結(jié)果仿真通過球磨機全負(fù)荷試驗獲得大量的不同給煤工況下的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)樣本 ,用于訓(xùn)練非線性 PLS 模型的 結(jié)構(gòu)參數(shù) 。建立的基于灰色一致關(guān)聯(lián)法和非線性PLS 的球磨機料位灰色軟測量模型 ,用于無錫某電 廠的球磨機制粉系統(tǒng) , 試驗時間為 2005 年 1 月 24 日 ,起始時間為 09 :24 :43 ,數(shù)據(jù)采樣間隔為 3 s ,得到 的由虛擬料位控制給煤機轉(zhuǎn)速的變化趨勢曲線 ,如 圖 4 所示 。由圖 4 可以發(fā)現(xiàn) ,用已建立的

17、灰色軟測量模型 所預(yù)測到的球磨機虛擬料位隨給煤機轉(zhuǎn)速趨勢符合參考文獻 :1王東風(fēng) ,韓 璞. 基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的球磨機負(fù)荷軟測量 J .儀器儀表學(xué)報 ,2002 ,23 (3) :311 - 313 .屈耀紅 ,閆健國. 曲線擬合濾波在無人機導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理中的應(yīng) 用J . 系統(tǒng)工程與電子技術(shù) ,2004 (12) :1912 - 1914 .WOLD S , KETTANEH WOLD N , SKAGERBERG B. Nonlinear PLSmodeling J . Chemometrics and Intelligent La boratory Systems ,1989 ,7 :

18、53 - 56 .23(輝編輯)(上接第 564 頁)確 。程序正常運行 , 小汽機各種信號有效 , 最后將PLC 切換到 MONITOR 模式測試 PLC 運行 ,在此模式 下 ,不能對程序強制 ?？刂七壿嬡浖行略鲈O(shè)計了小汽機事故跳閘首出記憶功能 ,為小汽機跳閘后事故分析提供了依據(jù) ?，F(xiàn) 場投運結(jié)果說明 ,系統(tǒng)運行穩(wěn)定 ,操作維護方便 ,達 到了設(shè)計要求 。5 結(jié)束語參考文獻 :大型汽輪發(fā)電機組給水泵小汽機保護控制系統(tǒng)是關(guān)系到整個機組能否平安穩(wěn)定運行的重要組成部 分 ,采用 PLC 控制器替代小汽機保護系統(tǒng)中常規(guī)繼電器控制邏輯是一種有效的控制方案 。本文針對 300 MW 機組小汽機保護系

19、統(tǒng) , 采用 PLC 進行了控制系統(tǒng)的改造設(shè)計以及現(xiàn)場投運 。由 于系統(tǒng)采用了雙 CPU 冗余熱備運行和雙電源供電 設(shè)計 ,大大提高了保護控制系統(tǒng)的平安可靠性 ,同時1歐姆龍公司. CS1D 系列雙機系統(tǒng)操作手冊R . 上海 :歐姆龍公司 ,2003 .歐姆龍公司. SYSMAC CS 系列可編程序控制器指令參考手冊R . 上海 :歐姆龍公司 ,2003 .歐姆龍公司. SYSMAC CS1 可編程序控制器 R . 上海 : 歐姆龍 公司 ,2004 .謝柏友. 汽輪機熱工監(jiān)視與保護 M . 北京 : 水利電力出版社 ,1990 .(何靜芳編輯)234Fill - level 實際值Fill

20、- level 相對誤差( 穩(wěn)態(tài) L 值) % 預(yù)測值% 絕對值%1 21. 471 8 21 . 935 5 2 . 162 39. 863 4 38 . 994 3 2 . 180 23 53. 177 5 52 . 286 2 1 . 676 14 66. 082 4 65 . 274 8 1 . 222 15 85 86 . 07 1 . 2596 34. 874 9 34 . 757 1 0 . 337 87 34. 775 7 35 . 737 8 2 . 767第 6 期英文摘要·653 ·大型汽輪機汽流激振研究現(xiàn)狀及展望 = The Status Quo a

21、nd Prospect Concerning a Study on Stea m Flo w Exci2tations in Large2sized Stea m Turbines 刊 ,漢 LUO Ming2wen , DING Xue2jun , YANG Yan2lei ( College of Energy Source and Power Engineering under the Central China University of Science and Technology , Wuhan , China , Post Code : 430074) , QI Xiao2bo

22、( Electromechanical Engineering Department , Huanggang Polytechnic College , Huanggang , China , Post Code : 438002) Journal of Engineering for Thermal Energy & Power . - 2006 , 21 (6) . - 551555The generation mechanism and characteristics of steam flow excitations in large2sized steam turbines

23、are analyzed and summarized along with an overview of the general situation of the research on steam flow excitations both at home andabroad. Special emphasis is laid on an analysis concerning the selection of efficiency coefficient. It is believed that theefficiency coefficient depends on such fact

24、ors as eccentricity , blade tip clearance , blade spacing , blade inlet and outlet relative steam2flow angle and lift force factor etc . and can take a wide range of values for selection. Measures taken for preventing and eliminating steam flow excitations in steam turbines are summed up from the pe

25、rspective of increasing rotor rigidity , increasing system damping and decreasing steam flow excitation force etc . Finally , the problems existing in the study of steam flow excitations in large2sized steam turbines are discussed and a forecast of the future research trend isgiven from the standpoi

26、nt of selecting the efficiency coefficient , types of packing rings , solving non2linear dynamics problems , optimizing blade excitation forces and ensuring the stability of the shaft system etc . altogether five aspects.Key words : steam flow excitation , clearance excitation , self2excited vibrati

27、on , steam turbine1 200 mm 末級超長葉片全三維工程設(shè)計的數(shù)值研究 = Numerical Study of a Full Three2dimensional Engineer2ing Design of 1200 mm Super2long La st Stage Bla des 刊 ,漢 YANG Qi2guo ( Harbin Steam Turbine Works Co . Ltd. Harbin , China , Post Code : 150046) , HAN Wan2jin ( College of Energy Science and Enginee

28、ring under the Harbin Insti2tute of Technology , Harbin , China , Post Code : 150001) Journal of Engineering for Thermal Energy & Power . -2006 ,21 (6) . - 556560With the adoption of a calculation program for a full three2dimensional viscous flow field and through an optimized match2 ing of rota

29、ting and stationary blades as well as a rational selection of various aerodynamic parameters in flow passages , an engineering design of 1200 mm super2long last stage blades for a full2speed steam turbine unit has been successfully com2 pleted. The numerical verification of test results shows that t

30、he rear2loaded twisted and bent stator blades enable the steam flow in the passage to be accelerated uniformly , thus reducing the profile and secondary flow losses and providing rotor blades with optimized design schemes. The use of rear2loaded blade profiles at their lower half part of rotor blade

31、s and the use of specially designed supersonic blade profiles at their upper half part can reduce the losses caused by mutual reaction between shock waves and that between shock waves and boundary layers. Key words : full speed , super2longblade , full three2dimensional numerical simulation , design

32、 and study基于 PLC 實現(xiàn)的火電廠小汽機保護控制系統(tǒng) = PL C ( Progra mma ble Logic Controllers) 2ba sed Protection andControl System f or Small2sized Stea m Turbines at a Thermal Po wer Plant 刊 , 漢 L I Da2zhong ,NI Wei2qiang(Automation Department , North China Electric Power University , Baoding , China , Post Code : 071003) ,L I J in2xian , GUO Zhao2wei (Datang Xuchang Longgang Power Generation Co . Ltd. , Yuzhou , Chi