基于DCS的汽机旁路控制系统的设计和实现.pdf

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根据这些要求,先设计出梯形图来实现这些功能。

梯形图如图5所示。

程序中利用T610、T611、T612、T613四个定时器及CNT620、CNT621两个计数器来控制电铃预告时间及鼓、引风起停顺序时差。

定义261、263两个内部线圈为单脉冲线圈向控制器发送脉冲信号。

使用了260,262及264三个内部线圈,并利用了376这个特殊功能线圈。

376线圈的作用是在不影响程序执行的情况下能禁止硬件输出,即能使全部的输出点断开,但不影响内部线圈状态,也不改变输出线圈在CPU内部的状态,而且它对用SET及SETOUT设定的输出不起作用。

这样,其有利于在发生故障时,可以在切断输出信号的前提下查找故障原因。

在本程序中利用线圈可起到出现超温、超压状态时,使鼓、引风停机的作用。

按该梯形图写出相应的程序语句,再将程序语句用编程器逐句写入CPU。

然后,将可编程控制器置于现场指定位置,并将与之有关的各种电气连线接好,就可调试运行。

3结论实践证明,应用PLC控制工艺流程,可以大大提高设备运行可靠性,避免了人为因素造成的误操作等安全隐患,保证了锅炉在程序控制下安全运行,并且应用PLC可以缩短施工周期,安装、调试也十分方便。

它解决了以往采用继电器常开、常闭接点多级互连完成连锁要求的纯硬件做法所带来的弊端:

即连接线路复杂、使用器件多、相应的故障点也多,可靠性降低。

使用PLC则以较少的物理连线就可以完成许多复杂的控制功能,能够很好地满足工艺设计意图,既节约了资金又降低了安装、维护的劳动强度。

另外,由于PLC自动控制的灵活性,可在现场改变某些工艺参数,改变动作顺序,增加系统功能,所以应用PLC取代传统继电器是控制现代化的必由之路。

收稿日期:

2002-05-12。

第一作者王芳,女,1969年生,1991年毕业于鞍山大学,工程师;从事电气仪表设计工作。

基于DCS的汽机旁路控制系统的设计和实现TheDesignandlmplementationofDCBasedTurbineBypassControlSystem王仁志（铜陵电厂,铜陵244012）摘要介绍铜陵电厂300MW机组的旁路系统。

它采用西门子简易电动旁路系统实现,保护和控制功能用MAX1000+PLUS系统完成。

经机组二年来的运行表明,这种简化方案满足了生产过程的需要,与成套进口设备相比节约了200万元的基建投资。

关键词控制汽机旁路系统电动旁路集散型控制系统接口保护AbstractThebypasssysteminTonglingpowerplantisintroduced.ThesystemisimplementedbySiemenssimplifiedelectricbypasssystem,theprotectionandcontrolfunctionsareaccomplishedbyMAX1000+Plussystem.Thetwoyearoperationshowsthatthissimplifiedstrategymettherequirementofproductionpro2cess.Comparingwiththeimportedequipment2millionofconstructioninvestmenthasbeensaved.KeywordsControlTurbinebypasssystemElectricbypassDCSInterfaceProtection0引言国产引进型300MW机组旁路系统常规配置为SULZER液动旁路或SIEMENS双速电动旁路,其控制系统为随阀门配套的AV6或T-ME系统,整套系统价格昂贵。

综观国内引进型西屋汽轮机所配旁路系统绝大多数都处于退出工作状态,因此结合电规院关于简化旁路的精神,我厂对引进型300MW机组进行设计选型时,经优化论证,旁路阀门选用了上海电力机械厂制造的PL300/40产品,并配以SIEMENS的电动单速（慢速）执行器及动力柜,旁路控制系统BPC则纳入MAX1000+PLUS系统。

机组两年的运行效果表明,这种简化方案满足了生产过程的需要,与成套进口的设备相比节约了200万元的基建投资。

15基于DCS的汽机旁路控制系统的设计和实现王仁志1硬件配置铜陵电厂300MW机组旁路系统采用西门子电控旁路装置,设计容量为40%MCR,为高、低压两级串联旁路系统。

高压旁路被控对象为减压阀、喷水隔离阀、喷水调节阀;低压旁路为减压阀、一级喷水调节阀、二级喷水阀。

根据机务专业的要求,所有阀门由单速电动执行器驱动。

控制系统的设计主要考虑满足机组在启动期间的需要和必要的联锁保护以及与DEH系统的接口。

控制系统的硬件配置为:

1块AI模件、1块RTD模件、5块DI模件、2块D0模件、1块QUAT-PAT模件;一对冗余的DPU模件。

所有模件安装在DCS机柜内,作为DCS的子系统。

高旁喷水隔离阀、低旁二级喷水阀为二位式,采用D0模件控制,其余4只阀门为调节型,采用1块QUAT-PAT脉冲模件来控制。

2主要功能锅炉点火前,高、低压旁路处于关闭状态,旁路系统如投入自动,系统按照一定的曲线开启阀门。

当达到汽机的冲转参数时,DEH向BPC发出关闭信号,高、低压旁路按照一定的逻辑关闭,正常工况下它不再开启。

2.1高压旁路系统锅炉点火后,机前压力小于1MPa,旁路手动投入（BPSON）,旁路投入自动后,高旁减压阀超弛开20%此时处于滑压控制。

当机前压力达到1MPa时,转为定压控制;随着燃烧的增强,高旁减压阀慢慢开大以保持1MPa压力不变,当开度达到40%时转为滑压控制。

当机前压力达到冲转压力412MPa（可由运行人员设定）时,又转为定压控制,这时减压阀处于调节状态以维持冲转压力。

当暂时不冲转,应逐步开大调门。

若汽机冲转为维持机前压力,高旁减压阀逐渐关小直至全关。

也可以在冲转前旁路切手动关闭。

当高旁减压阀关闭或汽机负荷大于40%时,高旁压力设定值高于机前压力1MPa,以确保正常工况下高旁减压阀关死。

高旁喷水隔离阀采用二位式控制方式,当高旁减压阀打开后,高旁喷水隔离阀才能打开,这样确保了减压阀未打开之前没有水进入减压阀,从而避免了蒸汽带水而对管道产生水击现象;当高旁减压阀关闭后将联锁关闭高旁喷水隔离阀。

减温减压后的蒸汽温度与设定值比较后控制高旁喷水调节阀,并采用了高旁减压阀开度作为前馈以提高响应速度,高旁后温度作为校正信号。

当减压阀关闭后,喷水调节阀也相应联锁关闭。

2.2低压旁路系统当汽机未挂闸,同时低旁前压力小于设定压力,低旁减压阀与阀前压力有如下关系:

阀前压力小于设定压力值4%时,阀门开度0%;阀前压力达设定压力值8%,阀门开度为20%;当阀前压力达到设定压力时,转为定压控制,当汽机冲转时阀前压力与汽机负荷成对应关系,随着汽机负荷的增加,低旁减压阀逐渐关小。

当然也可以在高旁全关后、再热器压力释放后,手动关闭低旁减压阀。

在负荷正常时,设定压力要比这实际压力高,确保低旁阀处于关闭状态。

为确保先喷水,后开低旁减压阀,只要低旁减压阀不在关死位,一级喷水阀超弛开10%,将低旁减压阀开度作为前馈以提高响应速度,低旁后温度作为校正信号。

为防止低压旁路排气温度过高而设置了低旁一级喷水调节阀闭锁低旁减压阀,即先开水阀再开汽阀。

当低旁减压阀关闭后,喷水调节阀也超驰关。

低旁二级喷水阀采用二位式控制方式,只要低旁减压阀或低旁一级喷水阀未关,低旁二级喷水阀为打开状态。

以上2个调节阀全关,低旁二级喷水阀关闭。

2.3主要保护功能2.3.1高旁压力保护2.3.1.1以下任一条件满足时,高旁减压阀强关:

汽机超速110%（旁路投入）;高旁后温度高于390（延迟10s）;高旁喷水压力低;DEH要求切除旁路。

2.3.1.2无高旁强关信号,同时机前压力大于6MPa时,以下任一条件发生时,高旁减压阀强开:

汽机跳闸;发电机跳闸;机前压力升压过快。

2.3.2低旁压力保护2.3.2.1以下任一条件满足时,低旁减压阀强关:

凝汽器真空低于（三取二）85kPa;低旁喷水压力低;低旁后温度高于190;凝汽器水位高;DEH要求切除旁路（低旁进口压力低于011MPa）2.3.2.2当无低旁强关信号,同时低旁一级喷水阀大于10%,在以下任一条件满足时,低旁减压阀强开:

高旁强开;25自动化仪表第24卷第3期2003年3月PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION,Vol.24,No.3,Mar.,2003汽机超速110%。

2.3.3为保护阀门及电动执行器所设置的保护:

力矩过载、马达过热或马达欠压时,将闭锁执行机构动作。

2.4手动控制系统没有设置操作面板,阀门的手动远方操作均可以在CRT画面上进行。

3BPC系统与DEH的接口3.1BPC系统送至DEH的开关量其开关量有:

旁路投入、旁路切除、旁路投入允许、旁路切除允许、BPC故障。

3.2DEH系统送至BPC的开关量这部分的开关量有汽机未挂闸、DEH请求投旁路、DEH请求切除旁路、中调门全开、汽机超速110%等。

4动力柜与DCS的接口SIEMENS的旁路动力柜与控制系统的接口是同T-ME系统的6DS1411-8DE步进型闭环控制模件相适配的,其动力柜安装有6DT1033-OBC转换模件。

转换模件主要由24V,d.c.转换继电器、交流接触器及有关保护元件组成。

外部开关信号通过转换继电器来驱动交流接触器,转换继电器的24V电源由外部供电,动力柜无24V,d.c.电源。

因设计时未考虑周全,在调试时发现动力柜与MAX1000+PLUS系统接口不匹配:

DCS的输出指令原设计为脉冲信号,经PAT卡直接输出到旁路电动控制装置,但动力柜控制回路的电流方向与PAT卡的电流方向要求相反。

通过加装隔离继电器,解决了这个问题。

以高旁减压阀为例,在DCS机柜内加装隔离继电器K与G。

通过QUAT-PAT模件输出脉冲宽度大于150ms的信号驱动继电器K与G,继电器K与G的触点驱动转换继电器,转换继电器的24V电源由DCS机柜提供,并在回路的端子上加装了一只容量为250mA的熔丝。

接口示意图如图1所示。

“马达温度高”和“马达失电”等保护信号均从旁路动力柜控制装置输出接点到DCS的QCI卡,QCI图124V,d.c.供电回路卡提供48V的采样电压,并且QCI卡的每个开关量信号共负端,而旁路动力柜控制装置输出接点的48V共正端,这样对于QCI卡来说每个输入无源触点都是闭合的,“马达温度高”和“马达失电”等保护信号一直存在,为此修改动力柜控制装置的内部接线解决了这个问题。

5结束语机组运行二年来的结果表明:

BPC系统在锅炉点火至汽轮机挂闸前的过程中起到了提升蒸汽温度、压力的作用,对提高机组的启动性能、缩短启动时间发挥了作用,基本实现了设计功能。

电动单速阀门严密性较好,能满足生产过程的需要。

控制系统组态软件透明、画面丰富。

电动旁路系统与液动旁路系统相比,具有易维护、易操作的优点。

基于旁路系统在引进型300MW机组运行中所起的作用,尽管国内已有专家在引进型300MW机组进行过不采用旁路系统启动机组的试验研究,但在规划设计主管部门对是否配置旁路系统尚未有明确的设计规程之前,采用简化电动旁路、BPC系统进入DCS控制、设置必要实用的控制/保护的设计方案,在过渡期间是一种较为实用可靠、投资少的方案。

它一方面节省了基建投资;另一方面实现了BPC系统与DCS一体化,有利于电厂运行、维护管理。

收稿日期:

2002-05-10。

作者王仁志,男,1968年生,1990年毕业于华北电力学院,高级工程师;从事火电厂热工自动化维护和管理工作。

自动化仪表中国学术期刊文摘首批收录期刊之一。

35基于DCS的汽机旁路控制系统的设计和实现王仁志