袁吉勝，王娜娜，段緒偉

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，許多大型輔機設(shè)備已經(jīng)采用由工業(yè)汽輪機帶動，例如水泵、壓縮機等大型輔機設(shè)備[1]。這些大型設(shè)備功率要求高，直接由電機帶動已難以滿足要求，由工業(yè)汽輪機驅(qū)動可滿足輔機設(shè)備功率高、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靈活、連續(xù)穩(wěn)定運行的要求[2]。然而，工業(yè)汽輪機相比于常規(guī)發(fā)電機組，體積小，通常是在高轉(zhuǎn)速下變轉(zhuǎn)速運行，啟動和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要求快速靈活，這對于運行安全有了更嚴(yán)格的考驗，任意一保護參數(shù)引起的跳機信號都對機組安全運行產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，同時，還要滿足保護控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，設(shè)計安全可靠的保護控制系統(tǒng)方案是機組安全運行的重要保證。

本文以輔機汽輪機保護控制為研究目標(biāo)，通過NT6000國產(chǎn)化分散控制軟件，在下位機進行保護控制組態(tài)設(shè)計，在上位機可視化監(jiān)測，實現(xiàn)對汽輪機運行全程進行監(jiān)控、報警以及輸出危機遮斷保護信號。通過I/O模塊對現(xiàn)場傳感器進行數(shù)據(jù)采集，在下位機組態(tài)中進行邏輯運算，所有數(shù)據(jù)可保存，滿足隨時調(diào)取曲線分析需求，最終設(shè)計出一個具備輔機安全監(jiān)控與危機遮斷輸出功能的保護控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能便于運行人員直觀的了解輔機的運行狀態(tài)，尤其在發(fā)生危險時能夠快速響應(yīng)，自動輸出保護信號，有效的實現(xiàn)了自動保護控制[3]。

1 保護控制系統(tǒng)的組成

本文基于組態(tài)軟件NT6000的保護控制系統(tǒng)方案，運行于麒麟系統(tǒng)平臺，硬件DCS采用SC8000系統(tǒng)，控制器與系統(tǒng)平臺通過以太網(wǎng)進行連接。I/O模塊與控制器以Ebus協(xié)議進行通信，實時采集現(xiàn)場傳感器信號，在NT6000軟件中進行下位機保護組態(tài)設(shè)計、上位機畫面管理?？刂破骺膳渲脝螜C或冗余模式，數(shù)據(jù)采集模塊可根據(jù)功能進行靈活選用與配置。該方案可實時監(jiān)控各保護信號點數(shù)據(jù)及狀態(tài)，通過設(shè)置報警區(qū)可進行故障報警，支持日志查詢等功能。NT6000控制軟件主界面見圖1[4]。

圖1 NT6000 控制軟件主界面

當(dāng)有報警信號時，通過指示燈和蜂鳴器進行預(yù)警。各項保護投切可選擇，當(dāng)有滿足停機的信號發(fā)生時，經(jīng)過中間邏輯快速運算，發(fā)出快關(guān)信號給現(xiàn)場遮斷保護裝置，同時也進行報警提示，畫面首出顯示停機原因。此外，支持歷史數(shù)據(jù)曲線查詢、日志查詢，可為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。保護控制系統(tǒng)架構(gòu)見圖2[5]。

圖2 保護控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 保護控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 通信配置

點擊麒麟加固機控制面板進入“網(wǎng)絡(luò)連接”，與控制器進行以太網(wǎng)配置。點擊“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”對網(wǎng)絡(luò)1進行IPv4設(shè)置，地址為192.168.2.22，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，見圖3。在點擊右下角“路由”，對IPv4路由設(shè)置，見圖4。設(shè)置完成后該網(wǎng)口與控制器2網(wǎng)段連接，1網(wǎng)段設(shè)置同理，地址為192.168.1.22。

圖3 網(wǎng)絡(luò)連接屬性編輯圖

圖4 IPv4 路由設(shè)置

2.2 下位機組態(tài)設(shè)計

點擊NT6000軟件中CCM Studio進入邏輯組態(tài)主界面，該界面由工程視圖、工具箱、消息窗口和屬性窗口組成。在HW頁面可根據(jù)需要配置不同的I/O模塊，每列分支最多可容納八塊卡件，每個模塊根據(jù)通道數(shù)可配置測點，設(shè)置相應(yīng)的量程、報警值、報警區(qū)等，見圖5。在logic界面可選用工具箱中的功能模塊，搭建保護控制邏輯，進行組態(tài)設(shè)計，各邏輯頁面之間數(shù)據(jù)通過中間模塊進行連接，見圖6。

圖5 HW 頁I/O 模塊配置

圖6 邏輯組態(tài)設(shè)計頁面

在CCM中，功能模塊種類完善，有I/O模塊、邏輯時序模塊和數(shù)學(xué)運算模塊等，可根據(jù)需要的保護控制功能選擇相應(yīng)的模塊進行組態(tài)設(shè)計。例如超速保護功能，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速超過停機轉(zhuǎn)速時，超速保護系統(tǒng)發(fā)出停機指令，關(guān)閉主汽門和調(diào)門，使機組停機，避免發(fā)生飛車事故。

超速保護控制邏輯可設(shè)計見圖7，當(dāng)機組實際轉(zhuǎn)速值大于或等于轉(zhuǎn)速保護設(shè)定值時，且轉(zhuǎn)速保護投切已投入時，觸發(fā)超速停機信號，第一路去往遮斷裝置，控制主汽門和調(diào)門快關(guān)，切斷主蒸汽；第二路去首出，可用于在操作界面上顯示停機原因；第三路去指示燈和蜂鳴器報警。保護動作發(fā)生后，當(dāng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)在設(shè)定值之下或超速保護投切已切除時，需要通過復(fù)位按鈕對超速停機信號進行復(fù)位，否則會一直保持超速保護動作狀態(tài)。除此之外，可對各類重要溫度測點進行保護控制，例如溫度高、速率大等，還可直接連入外部輸入的開關(guān)量保護信號點進行組態(tài)設(shè)計。總之，可利用CCM可搭建一套功能完善、覆蓋全面的保護控制邏輯。

圖7 超速停機邏輯

2.3 危機遮斷系統(tǒng)

危機遮斷是保護控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分，當(dāng)有停機信號產(chǎn)生時，危機遮斷系統(tǒng)動作，快關(guān)主汽門和調(diào)門，保護機組安全。圖8為危機遮斷系統(tǒng)原理圖，包括兩部分組成。第一路保護為邏輯回路控制，ETS動作信號由下位機各模擬量和開關(guān)量信號保護控制邏輯組態(tài)運算發(fā)出，經(jīng)過DO模塊輸出，控制繼電器吸合，從而使電磁閥得電（DC 24 V），高壓油管路卸油，主汽門和調(diào)門快關(guān)。第二路保護為就地手動機械停機保護，不經(jīng)過控制器運算，當(dāng)需要緊急停機時，可手動打開球閥開關(guān)卸掉高壓油，從而快關(guān)主汽門和調(diào)門。本文危機遮斷系統(tǒng)采用了機械保護與邏輯保護相結(jié)合，使得機組安全得到了更全面的保證。

圖8 危機遮斷系統(tǒng)原理圖

圖9為危機遮斷系統(tǒng)油路控制圖。

圖9 危機遮斷系統(tǒng)油路控制圖

當(dāng)電磁閥得電時，油動機下腔高壓油與上腔低壓油連通，此時上腔變?yōu)楦邏河?，油動機帶動主汽門和調(diào)門快關(guān)。同理，手動機械停機時，球閥打開，油動機上腔變?yōu)楦邏河停蛣訖C快關(guān)，實現(xiàn)遮斷保護。此外，在油動機上腔與下腔油路上均布置有單向閥Mca和Mcb，可用于連接測壓裝置，便于實時監(jiān)控油壓，在油系統(tǒng)出現(xiàn)異常時也可用于故障分析。

2.4 上位機可視化管理

在NT6000軟件GraphView中，可對保護控制進行人機界面的可視化設(shè)計和管理。對保護測點數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，可設(shè)置高、低限報警量程，當(dāng)測點數(shù)據(jù)超過量程時數(shù)據(jù)顏色變化提示異常點；開關(guān)量通道有信號輸入時對應(yīng)顏色變化顯示。此外，保護信號的報警和停機值支持畫面上在線設(shè)置，各個保護信號可選擇性投切，在機組啟動前和運行過程中，可靈活設(shè)置保護功能，控制界面分別見圖10和圖11。

圖10 報警停機值設(shè)置界面

圖11 保護選擇投切界面

另外，監(jiān)視界面中提供報警和停機原因顯示功能，當(dāng)有報警信號發(fā)出時，能快速查看來源，進行預(yù)警。保護動作停機時，能夠迅速查看跳機原因，采取處理措施。最后，上位機支持在線調(diào)取所有模擬量、開關(guān)量信號點的實時或歷史數(shù)據(jù)，以及操作日志，便于數(shù)據(jù)分析，為保護控制提供數(shù)據(jù)支撐，見圖12。

圖12 歷史曲線、日志查詢界面

3 結(jié)論

隨著工業(yè)汽輪機在大型輔機設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，其啟、停以及運行的的各項要求也不斷的提高，確保設(shè)備安全運行是重中之重。本文基于NT6000的保護控制系統(tǒng)，集成了邏輯組態(tài)設(shè)計、可視化管理、歷史數(shù)據(jù)存儲等為一體，具備輔機安全運行監(jiān)控與危機遮斷輸出功能，能夠?qū)ζ啓C運行全程進行監(jiān)控、報警以及輸出危機遮斷保護信號；便于運行人員監(jiān)視，尤其在發(fā)生危險時能夠快速響應(yīng)，自動輸出保護信號，有效的實現(xiàn)了自動保護控制。