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【摘 要】结合武汉钢铁集团公司热力厂冶炼电站2#机组汽轮发电机控制系统工程实例，简要介绍了PLC冗余系统在自动化控制过程中的应用。
【关键词】汽轮发电机;PLC冗余
一、前言
汽机控制系统对设备的可靠性要求比较高，特别是汽机保护系统。它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。
施耐德QUANTUM PLC（140 CPU 67160）可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个控制器框架采用完全相同的配置，它们之间使用同步光纤连接，保证PLC数据的同步，通讯网络也可以采用同轴电缆的方式进行热备，除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以采用施耐德的冗余电源（140CPS12420）进行冗余，这样大大提高了控制器的运行的可靠性，满足汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行。
PLC控制器的配置采用了施耐德电气首创，并在20多年的实践应用中被证实的热备解决方案，以满足站控系统SCS的严格的技术要求。在热备系统中配置了两个CPU机架，按照镜相配置的方式，两个CPU机架采用完全相同的配置，每个CPU机架包括底板、电源、冗余CPU模块（、以太网通讯模块和远程I/O通讯模块等。
CPU机架与I/O机架之间通过远程I/O网络进行连接，远程I/O网络采用施耐德电气专利的S908通讯技术，支持1.544M的数据传输输率以及同步扫描机制，保证数据扫描的實时性。I/O网络也采用冗余配置，可以保证在任何一个网络因故障不能完成通讯任务时，系统依然可以无中断的正常工作，数据的采集与控制不会受到任何影响。
二、系统简介
武汉钢铁集团公司热力厂冶炼电站2#机组汽轮发电机工程利用高炉多余煤气通过锅炉制蒸汽推动汽轮机发电。其控制系统采用了施耐德PLC，CPU模块为其高端冗余CPU（140 CPU 67160），系统结构如图1所示。上位机通过交换机与PLC处理器通讯，远程RIO架通过冗余的连接到控制器框架，同时，远程框架和主机架都采用了冗余电源配置。整套系统具有很高的可靠性，满足了汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行的要求。上位机采用IFIX软件，用以监控现场设备的运行。
三、PLC结构
PLC主机架采六槽的QUANTUM底板，上配置两块冗余电源140CPS12420、一块高端冗余CPU（140CPU67160）、一块以太网模块140NOE77101和远程 I/O 头双通道模块140 CRP 932 00。I/O机架为三块16槽底板（图1中只画两I/O底板），每块底板上都有两块冗余电源、一块远程 I/O 子站双通道模块。主机架上的CPU通讯热备光纤实现PLC的数据同步，远程I/O模块通过双同轴电缆实现RIO子站的通讯冗余，保证了系统的可靠性。
四、控制方式
根据设计，该厂自控系统在结构上采用既集中又分散的方式，实行三级控制，即就地手动控制、中央控制室手动控制和PLC自动控制，提高了系统运行的可靠性。该控制系统采用以太网高速通讯网络，将中央控制室和PLC现场控制站连接起来。PLC现场控制站负责设备的自动控制及信号状态采集。中央控制室负责提供设备的控制方式，能进行单独设备或系统的控制。
4.1、设备的自动控制
各油泵、射水泵、循环水泵等在自动控制下达到设定条件下自动启停，并进行在主设备不能开启的情况下备用的设备自动投入运行，保证系统的可靠运行。循环水调节阀根据凝汽器水位自动调节开度。
4.2汽轮机的负荷控制
通过PLC与DEH控制器的硬接点连接，由PLC发出升转速、降转速等信号控制调节汽阀的开度达到调节负荷的目的，PLC通过上位机设定的目标负荷，再结合实际负荷值通过运算自动控制调节汽阀的开度达到无人值守计算机自动控制的目的。
4.3汽机保护功能
汽机保护功能要求在达到需要故障停机或手动停机等条件下，系统将自动停机，此时若不能停机，将可能对设备产生严重损坏，甚至可能引起人员伤亡，故汽机保护功能的全面投入是此非常重要的，对PLC系统的可靠性要求非常高。具体功能如下所述：
（1）控制保护功能
a.当汽轮机转速超过10%时，同时操作站提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;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，同时上位机上显示汽机超速停机。
b.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，停机。同时操作站上显示轴向位移大停机。
c.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。同时操作站上显示润滑油压低停机。当润滑油压低于Ⅵ值（设备损坏临界值）时，停盘车。
d.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，停机;同时操作站上显示停机原因：轴承回油温度高停机。
e.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;同时操作站上显示停机原因：轴承轴瓦温度高停机。
f.当电气送来发电机故障信号时，停机;同时操作站上显示停机原因：发电机故障停机。
g.当凝汽器压力低于Ⅰ值时，报警;当凝汽器压力低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：凝汽器真空低停机。
h.当主蒸汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主蒸汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：主蒸汽温度低停机。
i.当主蒸汽压力低于Ⅰ值时，报警;当主蒸汽压力低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：主蒸汽压力低停机。
j.当DEH控制器有故障停机信号来时，报警并停机，同时操作站上显示停机原因：DEH故障停机。
k.当现场手动停机按钮按下时，报警并停机，同时操作站上显示停机原因：现场手动停机。
（2）历史记录取 在自动主汽门跳闸后，由操作站上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 在操作站上对每个保护联锁都设置保护投退开关，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。
五、结语
根据上述的思路和方法，由PLC控制的汽轮机系统已在武汉钢铁集团公司热力厂冶炼电站2#机组汽轮发电机控制系统工程上投入运行，结果表明系统的设计是合理的，系统在现场运行稳定可靠，不仅提高了设备的自动化运行水平，减轻了现场人员的维护量，有着明显的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]栾健，张健中，万新斌.行星齿轮减速器隔振式双层箱体支撑刚度优化研究[J].热能动力工程，2019，34（01）：103-112.
[2]张志伟.CZ港CH码头建设项目进度管理研究[D].南京理工大学，2019.
[3]李明涛，赵文航，焦体华.整体框架式弹簧隔振基础在1000MW机组中的应用[J].神华科技，2017，15（09）：51-56.
（作者单位：武汉朗涤环保科技工程有限公司）
【关键词】汽轮发电机;PLC冗余
一、前言
汽机控制系统对设备的可靠性要求比较高，特别是汽机保护系统。它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。
施耐德QUANTUM PLC（140 CPU 67160）可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个控制器框架采用完全相同的配置，它们之间使用同步光纤连接，保证PLC数据的同步，通讯网络也可以采用同轴电缆的方式进行热备，除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以采用施耐德的冗余电源（140CPS12420）进行冗余，这样大大提高了控制器的运行的可靠性，满足汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行。
PLC控制器的配置采用了施耐德电气首创，并在20多年的实践应用中被证实的热备解决方案，以满足站控系统SCS的严格的技术要求。在热备系统中配置了两个CPU机架，按照镜相配置的方式，两个CPU机架采用完全相同的配置，每个CPU机架包括底板、电源、冗余CPU模块（、以太网通讯模块和远程I/O通讯模块等。
CPU机架与I/O机架之间通过远程I/O网络进行连接，远程I/O网络采用施耐德电气专利的S908通讯技术，支持1.544M的数据传输输率以及同步扫描机制，保证数据扫描的實时性。I/O网络也采用冗余配置，可以保证在任何一个网络因故障不能完成通讯任务时，系统依然可以无中断的正常工作，数据的采集与控制不会受到任何影响。
二、系统简介
武汉钢铁集团公司热力厂冶炼电站2#机组汽轮发电机工程利用高炉多余煤气通过锅炉制蒸汽推动汽轮机发电。其控制系统采用了施耐德PLC，CPU模块为其高端冗余CPU（140 CPU 67160），系统结构如图1所示。上位机通过交换机与PLC处理器通讯，远程RIO架通过冗余的连接到控制器框架，同时，远程框架和主机架都采用了冗余电源配置。整套系统具有很高的可靠性，满足了汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行的要求。上位机采用IFIX软件，用以监控现场设备的运行。
三、PLC结构
PLC主机架采六槽的QUANTUM底板，上配置两块冗余电源140CPS12420、一块高端冗余CPU（140CPU67160）、一块以太网模块140NOE77101和远程 I/O 头双通道模块140 CRP 932 00。I/O机架为三块16槽底板（图1中只画两I/O底板），每块底板上都有两块冗余电源、一块远程 I/O 子站双通道模块。主机架上的CPU通讯热备光纤实现PLC的数据同步，远程I/O模块通过双同轴电缆实现RIO子站的通讯冗余，保证了系统的可靠性。
四、控制方式
根据设计，该厂自控系统在结构上采用既集中又分散的方式，实行三级控制，即就地手动控制、中央控制室手动控制和PLC自动控制，提高了系统运行的可靠性。该控制系统采用以太网高速通讯网络，将中央控制室和PLC现场控制站连接起来。PLC现场控制站负责设备的自动控制及信号状态采集。中央控制室负责提供设备的控制方式，能进行单独设备或系统的控制。
4.1、设备的自动控制
各油泵、射水泵、循环水泵等在自动控制下达到设定条件下自动启停，并进行在主设备不能开启的情况下备用的设备自动投入运行，保证系统的可靠运行。循环水调节阀根据凝汽器水位自动调节开度。
4.2汽轮机的负荷控制
通过PLC与DEH控制器的硬接点连接，由PLC发出升转速、降转速等信号控制调节汽阀的开度达到调节负荷的目的，PLC通过上位机设定的目标负荷，再结合实际负荷值通过运算自动控制调节汽阀的开度达到无人值守计算机自动控制的目的。
4.3汽机保护功能
汽机保护功能要求在达到需要故障停机或手动停机等条件下，系统将自动停机，此时若不能停机，将可能对设备产生严重损坏，甚至可能引起人员伤亡，故汽机保护功能的全面投入是此非常重要的，对PLC系统的可靠性要求非常高。具体功能如下所述：
（1）控制保护功能
a.当汽轮机转速超过10%时，同时操作站提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;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，同时上位机上显示汽机超速停机。
b.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，停机。同时操作站上显示轴向位移大停机。
c.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。同时操作站上显示润滑油压低停机。当润滑油压低于Ⅵ值（设备损坏临界值）时，停盘车。
d.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，停机;同时操作站上显示停机原因：轴承回油温度高停机。
e.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;同时操作站上显示停机原因：轴承轴瓦温度高停机。
f.当电气送来发电机故障信号时，停机;同时操作站上显示停机原因：发电机故障停机。
g.当凝汽器压力低于Ⅰ值时，报警;当凝汽器压力低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：凝汽器真空低停机。
h.当主蒸汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主蒸汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：主蒸汽温度低停机。
i.当主蒸汽压力低于Ⅰ值时，报警;当主蒸汽压力低于Ⅱ值时停机，同时操作站上显示停机原因：主蒸汽压力低停机。
j.当DEH控制器有故障停机信号来时，报警并停机，同时操作站上显示停机原因：DEH故障停机。
k.当现场手动停机按钮按下时，报警并停机，同时操作站上显示停机原因：现场手动停机。
（2）历史记录取 在自动主汽门跳闸后，由操作站上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 在操作站上对每个保护联锁都设置保护投退开关，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。
五、结语
根据上述的思路和方法，由PLC控制的汽轮机系统已在武汉钢铁集团公司热力厂冶炼电站2#机组汽轮发电机控制系统工程上投入运行，结果表明系统的设计是合理的，系统在现场运行稳定可靠，不仅提高了设备的自动化运行水平，减轻了现场人员的维护量，有着明显的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]栾健，张健中，万新斌.行星齿轮减速器隔振式双层箱体支撑刚度优化研究[J].热能动力工程，2019，34（01）：103-112.
[2]张志伟.CZ港CH码头建设项目进度管理研究[D].南京理工大学，2019.
[3]李明涛，赵文航，焦体华.整体框架式弹簧隔振基础在1000MW机组中的应用[J].神华科技，2017，15（09）：51-56.
（作者单位：武汉朗涤环保科技工程有限公司）