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引言 

汽轮机由锅炉产生的高温高压蒸汽带动高速运转，是火力发电厂的关键动力设备，汽轮机的紧急跳闸系统（ETS）是发电厂对系统可靠性要求高的子系统。传统上，200MW以下机组的汽机本体保护都是用继电器搭建的，可靠性差，保护逻辑修改麻烦，不能与主控制系统构成有效的通讯连接。若与电厂主 DCS合并在一起控制，则因DCS处理周期较长等原因无法满足快速保护要求，一般都不采用。基于PLC的汽机紧急跳闸系统因其可靠性高、处理速度快、逻辑修改方便等特点得到了广泛的应用。 

汽轮机紧急跳闸系统（ETS系统）完成汽轮机紧急跳闸控制过程中全部电动阀门的开关控制功能，包括完成开关量的数据采集、处理、计算及开关量的实时输出，并将相关数据传送到中央控制室操作站等。ETS系统是与汽轮机监测仪表系统（TSI系统）相配合监视汽轮机的一些重要信号，并保证汽轮机安全的系统，当进入ETS系统的参数，如润滑油压力、凝汽器真空、汽机转速、转子振动、轴向位移等超过极限值时，输出跳闸信号到跳闸电磁阀，跳闸电磁阀卸掉保安系统的保安油，使汽轮机的主汽阀和调节阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能，使汽轮机紧急停机，处于安全状态，以避免发生严重的后果。 

系统设计 

ETS系统一般由以PLC为核心的控制机柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成。ETS控制柜里配置有PLC、报警继电器、跳闸继电器、保护投切盘等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况，且系统具有在线试验功能。 

由于系统可靠性要求特别高，即保证在任何可能发生的紧急情况下，都能准确无误地使汽轮机组停机，ETS系统采用腾控公司的T9系列PLC，并设置为双PLC运行方式，即双CPU、双I/O结构，每套PLC均包括电源模块、CPU模块、DI模块和DO模块等，每个跳闸输入信号通过PLCA和 PLCB的DI模块同时送至2套PLC，由CPU模块完成所有输入信号的逻辑处理和输出信号的逻辑控制，从硬件和软件上实现了双机热备用。 

PLC硬件配置 

以300MW机组的ETS为列，输入输出信号清单如下： 

表3-1输入输出信号清单表 

序号  信号类型  输入输出信号说明  

1     DI          汽轮机电超速保护  

2     DI          轴向位移保护  

3     DI          轴承油压低保护（三取二）  

4     DI          EH油压低保护  

5     DI          真空低保护（三取二）  

6     DI          1＃－7＃轴承振动保护  

7     DI          MFT主燃料停机保护  

8     DI          DEH失电停机保护  

9     DI          差胀越限保护  

10    DI         高压缸排汽压力高停机保护  

11    DI         发电机内部故障停机保护  

12    DI         手动紧急停机  

13    DO         汽轮机停机信号  

14    DO         发电机停机信号  

应用特点 

基于PLC的ETS系统具有如下特点： 

准确性及可靠性 

准确性、可靠性是汽轮机ETS系统的关键，本系统采用了双PLC运行方式，系统配置高性能的工业级处理器，具有纳秒级的处理速度以及大容量的内存，可使汽机保护逻辑程序准确、快速地执行，这在硬件上也大大保证了系统的高可靠性。确保整套装置在任何情况下，都能正确可靠地实现汽轮机跳闸功能。以往装置中重点关注的汽机“拒跳”或“误跳”的情况，可在程序设计过程中得到充分合理的处理，这在技术上保证了系统的高可靠性。 

系统功能强 

由于PLC体积小，集成化程度高，运算速度快，逻辑控制容量大，所以整套程序中除了状态报警、遮断停机等常规功能外，还可进行在线试验功能。该功能的作用在于机组正常运行时，检查压力开关、电磁阀等外围元器件的状态，提高整套装置的自身安全系数。 

增加汽机跳闸首出原因记忆功能，帮助运行人员在时间知道停机的起因，避免了以往或者显示面板上有多项报警指示，分析不出起因，或者随着现场情况的瞬息变换，指示灯的熄灭，也找不到起因。同时，该功能的存在也为事故追忆系统（SOE）的记录提供了验证手段。该功能可通过程序编写完成，不需要增加任何硬件设备，而且完全应用编程技巧。在没有发生停机条件时，该功能不需要执行，不占用系统监测的时间，使系统的监测、停机功能得到大程度的实现。 

前言

可编程控制器技术性能高,抗干扰能力强,输人输出状态显示,硬件线路大大简化,这给使用和维护都带来很大方便。随着科学技术的发展和设备档次的提高,用PLC控制系统改造旧设备,将会取得更大的经济效益和社会效益。

一、运输机系统及其工艺控制过程分析

系统由四级皮带运输机构成,B1、B2、B3、 B4为胶带运输机,L1、 L2为气动料仓料斗,Y为车船压力传感器。系统的工艺控制过程如下:一是确定工艺过程及料仓号(工艺1: B1→B2→B3→B4→堆场;工艺2: B1→B2→B3→装车(船);工艺3:同时堆料、装车〔船),即气动闸门半开)。二是B1起动前,鸣起动信号,起动完成信号停。三是先起动末一台输送机,延时5s,再依次起动B3→B2→B1,,然后打开闸门L1或(和)L2。四是停止时先停L1或(和)L2。延时4s,再依次停B1→B2→B3→B4。五是当某输送机发生故障时,该机及其前愉送机立即停止,而其后输送机待料运完再停。六是车、船装满时,压力传感器动作,使输送机及料斗停止运作。

二、PLC控制系统的硬件设计分析

输入:直流或交流输入,采用光电藕合电路进行电路隔离。

输出:继电器输出,具R--C吸收电路,抗干扰能力和带负载能力较强。

单板机:即CPU板,对整个可编程控制器的工作进行控制。它一方面对系统进行管理,如自诊断、查错、信息传送时针、计数刷新等;另一方面,根据用户程序执行输入输出操作、程序解释执行操作等。

编程器:采用手持编程器,可对运行状态进行监控,修改运行数据等。

三、 PLC控制系统的I/O分配分析

PLC的I/O端口。输入端口包括运行控制信号、运行方式选择、工艺流程选择、物料检测和安全保护信号。其中,X10为转换开关,可实现手动控制,便于系统调试和检修。在控制每台运输机的接触器线圈回路上,并联一个起动按纽,串联一个停止按纽,可实现就地控制,单独调试每台电机。输出端口包括信号指令、变频器控制信号、电机拖动信号及音响报警信号。主电路四台电机通过接触器由一台变频器控制。变频器设置了0.2 v, 0.5 v, v三种速度。若L1或L2中均无料((X11, X12=0),延时30s,变频器速度设定端X2接通((Y6=1),对应速度为0.5 v;若L1或L2中有料,变频器设定端X3接通((Y7=1),对应速度为v;检修时X25=1,变频器速度设定端X1接通(Y5=1),对应速度为0.2 v。为提高设备的可维护性,在自动运输机上设置了较全的信号和音响系统,对易损器件及电路设置了自诊断环节。

四、皮带运输监控系统分析

1、系统的主要功能。

一是每台设备机头旁均设有就地操作控制箱,上有工作方式转换开关及就地起停钮;所有胶带机上的给煤点均设置堆煤保护和纵向撕裂保护,以防止胶带机事故的扩大化;所有胶带机均设有两极跑偏开关,每隔约50米设置一对跑偏开关,一级跑偏用于故障报警,二级跑偏用于故障停车;所有胶带运输机,均设拉线开关,用于紧急情况下的停车,急停拉线开关的安装间距均确定按50米进行配置,并可扩展下皮带的跑偏保护,以保证设备和人身安全;扩音电话采用新型的选拨电话系统,安装间距确定按200米进行配置;二是水平胶带机的拉紧装置为液压调节方式,开诚提供一套胶带机的松带检测传感器,由PLC控制完成胶带机的张力自动调节功能; 在皮带机头设置堆料传感器,防止皮带的堆料事故的发生;在皮带机设置皮带速度传感器,以检测皮带的超速及打滑事故的发生;在皮带廊道设置烟雾传感器,以检测皮带廊道的烟雾浓度防止火灾事故的发生;在皮带机的主滚筒设置温度传感器,随时检测滚筒的温度,并配备自动撒水装置,在滚筒超温时实现自动撒水并对主滚筒进行降温; 胶带运输机每隔约100米设起动预警装置,设备启动前发出预警信号,提示有关人员应立即远离设备;电机的电流实时监测功能可发现一些机械设备的潜在故障隐患;运行中对电机的电流进行实时监测分析,当发生电流超限或突变时报警,严重时停机。实现对给料机与皮带的闭锁,实现与以前皮带的闭锁功能,具有自动、手动、检修等控制方式;三是在软件与硬件上开发了先进的矩阵控制功能,节省主电缆的开支;自控系统在性能上具有良好的抗湿热性、抗干扰性,在结构上满足在港口条件能够迅速检修或更换元器件,根据港口的现场环境,控制箱采用不锈钢结构,其他采用防腐措施;可根据胶带机系统的故障性质,进行紧急停机、顺序停机或发出报警声光信号;在集中操作台上能集中显示胶带机的工作状态、故障类型、故障地点;软启动器或变频器纳入监控;多种操作方式。控制方式有:集中联动、集中手动、就地联动、就地手动、禁起等方式,使系统操作灵活、可靠。在集中方式,所有设备由集控室操作员通过上位机操作;多种流程选择。在联动方式下,可根据工艺选择运输流程, 胶带启动按顺料流方向,并根据胶带速度、长度延时开车,以减少运行时间;重载启动时,按逆料流方向启动;系统停止或无料时延时自动停车;四是完善的信息处理功能,报警信息、运行参数、操作记录等信息自动形成标准格式的数据库文件,并在硬盘长期保存,供信息系统调用;实现系统集中监控,生产数据微机化管理:1)界面直观友好,操作简便,功能齐全。有形象逼真的动态画面和全中文显示,还具有实时报警监视、安全确认机制和数据记录功能。对操作员素质无特殊要求,培训简单;2)对报警信息和重要运行参数在硬盘记录,数据表格和曲线可随时调出;3)生产数据存入计算机硬盘,可由管理信息系统按需调用。

2、可实现自动化控制系统与生产管理系统数据共享

计算机管理工作站设信息管理系统,决策者通过管理工作站可根据各自权限远程访问监控上位机,得到现场生产数据报表、设备管理信息和生产统计分析。

3、具有故障自诊断功能

一是网络故障自诊断。当网络由于发生断线、干扰等传输问题时, 网络会自动侦测到,并发出报警;二是 PLC故障自诊断。PLC的扫描器和适配器发生故障时,系统会通过网络的通讯情况判断故障,并发出报警;PLC的I/O模块发生故障时,CPU会通过I/O模块的状态位侦测到故障及故障内容,系统会发出报警;三是传感器和信号线故障诊断。模拟量的传感器或信号线发生断线故障时,PLC通过测量值判断故障并发出报警。

4、维护方便

一是I/O模块采用可拆卸端子排,出现故障时,集控室发出声光报警,可在几分钟之内即可更换完毕;二是系统扩展方便,增加新设备或上后期工程,可以方便地加入节点,并可通过网络在线修改程序;三是系统具有自诊断功能,能及时报告故障时间、位置、类型等信息,更便于维护。

五、结语

企业皮带运输设备大多采用接触器一继电器控制。其缺点是联动关系繁杂,维修困难,故障率高,常影响生产,而可编程控制器((PLC)可靠性高,抗干扰能力强,控制灵活,允许控制对象和控制方法具有广泛的自由性。为此,采用PLC、变频器和单板机技术,大大提高了设备的先进性和实用性。