1 引言

汽機保護系統(tǒng)是一個汽輪機安全監(jiān)控及輔機聯(lián)鎖系統(tǒng)，它能在汽機正常工作、啟動和停止運行方式下，連續(xù)監(jiān)視汽機的運行參數(shù)及狀態(tài)，并且進行邏輯運算和判斷，通過聯(lián)鎖裝置使設(shè)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(tǒng)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(guī)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(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得系統(tǒng)安裝和現(xiàn)場接線簡便，并可按積木方式擴充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設(shè)計人員在沒有硬件的情況下進行“軟設(shè)計”工作，從而縮短了整個設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)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(tǒng)方案設(shè)計指導(dǎo)思想

(1) 高可靠性 系統(tǒng)采用西門子S7系列PLC為核心，硬件集成度和系統(tǒng)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(guān)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(wěn)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(xiàn)故障，另一路電源立即無間斷自動投入運行，不會對系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生影響。
l 交流電源 系統(tǒng)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(shè)計 系統(tǒng)采用冗余化設(shè)計，用戶可以在不更改系統(tǒng)任何配線的情況下增加功能:采用雙PLC配置，實現(xiàn)自動切換。
(4) 系統(tǒng)的基本功能 開關(guān)量輸入/輸出、內(nèi)部中間繼電器、鎖存繼電器、計時/計數(shù)器、移位寄存器、四則運算、比較運算、二進制與十進制轉(zhuǎn)換、跳轉(zhuǎn)和強制I/O等。
(5) 應(yīng)用靈活 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得系統(tǒng)安裝和現(xiàn)場接線簡便，并可按積木方式擴充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設(shè)計人員在沒有硬件的情況下進行“軟設(shè)計”工作，從而縮短了整個設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試周期。
(6) 外圍支持設(shè)備完善 具有完善的外圍支持設(shè)備，如編程器、計算機和打印機等。
(7) 操作方便，維修容易 系統(tǒng)采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖編程，使用戶能夠方便的讀懂程序，操作人員經(jīng)過短期培訓(xùn)就可以通過操作面板實現(xiàn)對系統(tǒng)的全部操作。
(8) 緩沖隔離 系統(tǒng)各種設(shè)備的I/O接口均采用光電隔離技術(shù)進行緩沖隔離。
(9) 高開放性 系統(tǒng)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(guān)控制參數(shù)的顯示，鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏操作等。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用管理層—控制層—設(shè)備層的遞階控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如附圖所示。設(shè)置有:
(1) 管理層:工程師站
(2) 控制層:汽機控制站
(3) 設(shè)備層:汽機儀表檢測設(shè)備及執(zhí)行機構(gòu)。
管理層是基于Windows環(huán)境下開發(fā)的開放式、模塊化、可擴展的系統(tǒng)，選用控制主機/服務(wù)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(shù)據(jù)，并對它們進行相應(yīng)計算，實現(xiàn)專家控制策略，發(fā)布命令下達到控制層對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。
控制層主控設(shè)備采用西門子S7系列PLC，實現(xiàn)回路控制，通過I/O模塊獨立完成包括保護、監(jiān)測、控制和事故紀(jì)錄等多項功能，在系統(tǒng)內(nèi)按要求整理“情報”，實現(xiàn)系統(tǒng)的“上傳下達”。
管理層、控制層以及設(shè)備層之間除通訊外，各自獨立，無電氣上的連接，實現(xiàn)的各種功能獨立。因此，即使系統(tǒng)中的某一部分出現(xiàn)故障，也不會影響系統(tǒng)其它部分的工作，從而使整個系統(tǒng)具有高可靠性，真正實現(xiàn)分層分布式優(yōu)化控制。

4 系統(tǒng)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(xiàn)故障后把相關(guān)的連鎖點都檢查一遍，處理時間長，影響生產(chǎn)進程，對隱含故障點無法判斷。現(xiàn)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(tǒng)，為經(jīng)后的系統(tǒng)擴展做好充分的準(zhǔn)備。具體功能如下所述:
(1) 控制保護功能
· 當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)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(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)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(shù)人員進行檢修維護，技術(shù)人員可根據(jù)實際情況確定是否停機或超速運行;當(dāng)轉(zhuǎn)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(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

· 當(dāng)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(shù)人員進行檢查超速原因;當(dāng)汽輪機軸向位移大于Ⅱ值(安全隱患發(fā)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(dāng)潤滑油壓低于Ⅰ值時，報警并提醒操作人員與同技術(shù)人員進行檢查超速原因;當(dāng)潤滑油壓低于Ⅱ值時，啟動交流油泵;當(dāng)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(dāng)潤滑油壓低于Ⅵ值(設(shè)備損壞臨界值)時，停盤車。
· 當(dāng)軸承油溫高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)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(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅱ值時警報連續(xù)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(dāng)電氣送來發(fā)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(fā)電機故障停機。
· 當(dāng)主汽溫度低于Ⅰ值時，報警;當(dāng)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(dǎo)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(shè)置保護投退開關(guān)，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(tǒng)誤動作。
(4) 打印功能 系統(tǒng)能夠?qū)崟r打印保護投退開關(guān)的投退時間及內(nèi)容、所有保護動作的時間和內(nèi)容。

5 結(jié)束語
1#、2#汽輪機大修投產(chǎn)后，通過集中監(jiān)控系統(tǒng)對汽機運行參數(shù)的實時監(jiān)控，使其安全可靠生產(chǎn)。實時快速、準(zhǔn)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。