PLC在汽轮鼓风机控制系统上的应用.pdf

9 0 P L C在汽轮鼓风机控制系统上的应用 P L C在汽轮鼓风机控制系统上的应用 App l i c a t i o n o f P L C o n T u r b i n e Co n t r o l S y s t e m 刘佳 乐 武汉大学动力与机械工程学院控制工程 系， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 摘要 武钢能源总厂 热力厂 1 舟鼓 风机站新 7 舟号机 是为 了给武钢 4 5 高炉送 风的 配套设备 ，该机 组采 用陕西鼓风机 AV 8 0 1 5轴 流 压 缩机 和 德 国西 门子 公 司提 供 的 大 型汽 轮 机 组 ， 其 下位 机 控 制 系统 采 用 西 门子 的 PL C S7 - 4 0 0系 统 ， 上位 机 采 用 的 是 Wi n CC 监控 软 件 。 关 键 词 PL C， 汽轮 鼓 风 机 ， 自动 控 制 ， 防 喘 振控 制 器 Abs t r ac t Th e c on t r o l s y s t e m o f NO 7 t u r b i n e u s es is t h e S7 4 00 PL C o f Siemen s a n d t h e monit or s o f t war e is a l s o u sin g WI NCC mor nit or in g s o f t war e o f Sie me ns S ome impo r t a n t p r i n c i ple o f t u r bi n e an d log i c f u n c t ion c on t r o l o n P LC ar e des cr i be i n de t ail i n t h i s p ape r ． Ke y wor ds PL C， s t e am t ur bi n e blo wer ．au t o ma t ic， a n t i - s ur ge c on t r o l ler 1 系统设 计 1 ． 1 系 统要 求 根据轴流鼓风机的启动过程和正常运行过程以及外方对汽 轮机的要求 ， 控制系统应满足以下条件 1 首先应满足启 动条件 动力油油压 、 润滑油油压 、 凋节油 压 ， 此外还应保证风机静叶关闭 、 放空 阀全开 、 止 回阀全关 和逆 流实验开关复位 ， 真空满足条件 ， 轴位移正 常 ， 机组无停 机条件 等等。 2 原按照外方设计要求鼓风机在运行过程 中有 以下 因素之 一 时停机 风汽机轴 振过高 、 风汽机轴位移过大 、 润滑油压 力过 低 、 调节油压力过低 、 手动紧急停 机 ， 汽机超速保护跳 闸停机 ， -it } 汽压力高停机 ， 排汽温度高停机和持续逆流停机等。 1 l2工艺简介和系统配置 工艺 流程如图 1 所示 。 系统配置 该汽轮鼓风机采用西门子 公 司的 S I MA T I C S 7 4 0 0可编程控 制器 的 4 1 4 4 H型 CP U， 采取冗余模式连接其硬件组态如 图 1 所示 。其冗余连接的特性 使得当其 中一个 CP U或者通讯模件出现故障时 ， 可以 自动切换 到另一个 ， 使 因系统故障造成的生产事故 的风险大大降低。 PR OF l BUS P R OF I BU S I H S Ⅱ 上 I t s y I M l M I M l M CP 4 4 2 I P RoF T BUS HS瞄 HSmc 图 1 硬件组态图 2外 部控 制 系统 整个 汽轮鼓风机的控制系统 ， 按其具有独立控制功 能划分 ， 主要有以下几大部分 汽轮转速调节系统 、风机 防喘振调节系 统 、 静 叶调 节 系 统 。 2 ． 1汽机调速系统 汽机 转速调节系 统通过 Wo o d w a r d公 司的 5 0 5调节器 实 现 ， 5 0 5接收现场来 的两路转速信号后 与设 定转速 比较后经 内 部 P I D调节后输 出一路 4 2 0 mA信 号给调速电磁阀 ， 通过 改变 电流的大小来改变调速汽门的开度 ，通过汽 门开度的大小控制 进入的蒸 汽量 ，达到控制转速 的功能 。另外该汽轮机组还 配有 P R 0T E C T 2 0 3超速保护系统， 当 2 0 3接受的 3路转速信号中有 两路转速信号超速时 ， 就发 出信号给 5 0 5， 使 5 D 5发出一个停机 信号 ， 从而对机组形成 了保护。 2 - 2 风机 防 喘 振 调节 系统 喘振是风机运行过程 中一种非常危险的工况 ，严 重时甚至 可将风机 的叶片全部烧毁 。 从控制系统的角度讲 ， 应该绝对避免 风机在喘振 区工作 ，因此风机 的防喘振调节系统在机组的自控 系统中是非常重要 的一环 。防喘振调节系统的设定值 为风机出 口风压和人 口温度计算 出的折线函数 ， 测量值为风机喉部差压 ， 测量值与设定值之差为偏差 ， 当偏差为零时 ， 即认为机组喘振 ， 应迅速打开防喘振 阀来降低 出13压力． 使机组 回到正常工况点 。 7 样汽轮鼓风机使用 沈阳创思达公司提供 的反喘振控制器。该控 制器采用多段折线 函数做为防喘振控制线 ，使 防喘振控制线几 乎与喘振线完全拟合 ，最大限度地扩展了压缩机 的安全运行区 域。此外 ， 在控制线上还设 置了快开慢关功能 ， 在接到喘振控制 图 2机 组工 况 图 工业控制计算机} 2 0 1 1年第 2 4卷第 1 期 9 1 信号后 ， 能够快 速、 及时地打开防喘振 阀门 ， 在关闭 阀门时 ， 控 制 信号也将 以指数函数慢慢关闭阀门。 2 ． 3 静叶调节系统 V O T H电液伺服 阀接收来 自静 叶手操输出的 4 2 0 mA控制 信号与位移传感器 4 2 1 1所测得的实际信号所转换 的电流 ， 通过 比较和 P I D运算 ，发出信号从而驱动伺服油缸 S M 左右运动达 到静叶调节的 目的。同时伺服控制器还送出一路 4 ～ 2 0 mA信号 到控制室指示 静叶角度。 _ t It,i ] } -， 』』 ． 一 生 主． T 一 图 3静 叶 系 统 图 3逻辑控制部分 3 1启动条件 汽轮风机启动应该满足一系列条件方可允许启动 即机组无 停机条件 ， 静叶最小位 ， 逆止阀全关 ， 防喘振 阀全开， 润滑油 ， 调节 油压力正常 ， 润滑油冷油器温度正常等条件满足后方可开机 。当 机组转速达到 4 0 0 0 r p m 时 ， 投入 自动操作， 即投入创世达 的防喘 振控制系统。然后通过该控制器关 闭两个放风阀 ， 使风机向高炉 送风 。本 台汽机启动逻辑控制较为复杂 ， 控制程序和西门子汽机 配套 ， 用 S 7 一 GR AP H顺控程序编程 ， 其顺控逻辑图如 图 4 。 图 4启动 顺 控 原 理 图 3 _ 2停 机联锁 为了保障机组的安全 。 还应有相应 的许多停机联锁保护 ， 即 如果不满足机组运行所必需 的条件就要将机组强制停 下来 。比 如润滑油压 、 调节油压 、 汽机 真空 、 轴系振动 、 轴系位移 、 汽机超 速停机 ， 手动停机等等 ， 任何一个条件 不满足时 ， 都要进行联锁 保护停机。停机逻辑的原理图如图 5 。 如果有停 机条件触发 ，通过程序发出一个停 机标 志给 5 0 5 调速器 ， 然后通过 5 0 5发出一个停机信号给汽机 3个 电磁 阀， 达 到汽机部分停机的 目的。 同时发出信 号分别使放风阀快开 ， 静叶 回到最小位 ， 止 回阀强制关 闭， 保护来风机的安全 。 图 5停机逻辑原理 图 3 ．3 逆流保护 系统 风机在发生喘振时会出现逆 流现在 ， 为防止这种现象发生 ， 我们除了给机组配置了反喘振控 制系统 ，另外采用 了逆流保护 系统来保护风机 的安全 ， 达到了双重保护 的效果。 与以往的机组 另外采用 小型欧姆龙 P L C来 做的系统相 比，直接将其做在 了 S 7 4 0 0 P L C系统 内。 当出现逆流时 ， 压力开关发 出一个开关量 信号给 P L C， 为防止 出现误动作 ， 在现场采集 3个喉差的差压开 关的信号 ， 传递给 P L C， 采取 3选 2的方式 ， 当出现 2个信号动 作 ， 则认 为出现逆流 ， 由程序发 出一个信 号给停机逻辑 ， 同时给 放风阀的快开电磁阀一个失 电信号 ， 使放风阀快速打开 ， 保护机 组 的安 全 。 3．4 油 泵 控制 联 锁 1 润滑油泵联锁 该机组配有一台电动辅助油泵 以及一个高 位油箱 ， 当润滑油压低于 0 ． 2 2 MP a时， 使辅助 电动油泵开启。当 机组出现停电或者其他意外情况发生造成机组润滑油压过低 时， 高位油箱 内的油会通过势能进入机组 ， 防止机组轴瓦磨损 。 2 动力油泵联锁 动力油压力很高 ， 主要负责控制静叶和防 喘振 阀的控制。 当动力油压过低或者一台运行油泵 出现故障时 ， 另 一 台 油泵 自动 启 动 。 3 冷 凝水泵联锁 当冷凝泵 出 口压力小 于 1 ． 5 MP a或者一 台泵出现故障时 ， 另一 台自动启动 。 3 ． 5监控软件 上位机采用 Wi n d o ws X P作为操作平 台 ，用西 门子公司 的 S I MA 丁 I C Wi n C C6 ． O工 业控制组 态软件对过 程数据 和画面 进行编程 。编制 了机组全貌 、 轴系监测 、 动力油系统 、 润滑油系 统 、 汽机系统 、 风机系统 、 机组启动 、 机组停车、 工况监视 、 历史趋 势等显示和操作画面， 以及 编制 了报警程序和打印程序。 另外编 写了所有 自控操作界面 ， 方便操作员在仪表室 内进行操作 。 4结 束 语 武钢 1 鼓 风机 站 7 鼓风机于 2 0 0 9年 4月 2 8日一次试车 成功 ， 该控制系统使用 以来 ， 比老 的 D CS系统的控制精度 ， 反应 速度和稳 定性都有明显的提高 ， 而且其 S t e p 7和 Wi n C C的编程 相 比较 D C S更加方便 ， 可视化程度更高 ， 易于人员掌握和修改。 通过该系统我们实现了系统预期高可靠性 的目标 ，满足了高炉 生 产 的需 要 。 参考 文献 [ 1 ] 刘锴 ， 周海 ． 深入浅 出西门子 S 7 - 3 0 o P L C[ M] ． 北京 北京航 空航天 大学 出版社 ， 2 0 0 4 [ 2 ] 苏 昆哲 ． 深入 浅出西门子 WI NC G V 6 [ M]北京 北京 航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 4 5 [ 3 ] 王玉萍 ． P L C在汽轮鼓风机控制系统上 的应用 [ J ]冶金动力 ， 2 0 0 2， 2 58 6 0 『 收稿 日期 2 0 1 0 ． 1 0 ． 2 4]