陳繼豐（1970-）
男，山西陽城人，助理工程師，主要研究方向為電氣自動化。
  






摘要：本文從硬件選型和軟件實現(xiàn)方面介紹了NB系列PLC在燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并充分肯定了其在燃?xì)廨啓C(jī)安全生產(chǎn)方面的成績。

關(guān)鍵詞：瓦斯；燃?xì)廨啓C(jī)；可編程控制器；控制

Abstract: This article from the selection of hardware and software introduced a series of NB PLC in gas turbine control system applications, and fully affirmed the safety of its gas turbine production results.

Key word:  gas; gas  turbine; PLC; control
　　
1引言

     寺河瓦斯發(fā)電站是利用煤礦井下抽放的瓦斯（其濃度在40%-50%之間）來發(fā)電的。它的原動機(jī)是在南方航空動力機(jī)械公司生產(chǎn)的運(yùn)8飛機(jī)發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，在改裝后由燒油變?yōu)闊龤獾模吞枮閃J6G1，單臺容量為2000kW。
　　
    由于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的控制環(huán)節(jié)復(fù)雜，控制對象數(shù)量多，各個控制對象之間又存在很多邏輯關(guān)系，并且在實際運(yùn)行當(dāng)中要經(jīng)常啟動與停止；同時還要在各種運(yùn)行狀態(tài)之間進(jìn)行切換，還必須具備一定的連鎖和保護(hù)功能。介于上述原因，為了達(dá)到減少運(yùn)行人員操作和監(jiān)視的項目，防止誤操作事故，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，因此寺河電站燃機(jī)的控制系統(tǒng)選用了可編程控制器，也就是所謂的PLC來實現(xiàn)其目的。

　　電站應(yīng)用可編程控制器進(jìn)行控制的系統(tǒng)主要有：啟動控制系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)、燃料供給控制系統(tǒng)、啟動電機(jī)轉(zhuǎn)換為勵磁機(jī)的控制系統(tǒng)以及并網(wǎng)控制系統(tǒng)等。可編程控制器在應(yīng)用于燃機(jī)電站發(fā)電控制系統(tǒng)后，使得燃機(jī)在運(yùn)行中具有簡明性和條理性；PLC的精巧和靈活性大大簡化了工程的安裝和布線，同時也節(jié)約了空間，節(jié)約了材料；尤其是可編程控制器較強(qiáng)的抗干擾能力，使得燃機(jī)運(yùn)行的可靠性大大增強(qiáng)。另外，PLC機(jī)與顯示器配合，能夠真正達(dá)到人機(jī)對話，便于維護(hù)和運(yùn)行，是一種可靠性程度較高的控制方式。

2 硬件系統(tǒng)的選型

    NB系列的PLC機(jī)包括兩類：NB1和NB2。NB1允許用戶自由選擇單元中I/O點數(shù)，以滿足各種需要。NB2是緊湊型，其中I/O點數(shù)可能多達(dá)NB1的1.5倍，盡管NB2為緊湊型，仍然具有較強(qiáng)的功能，可提供大量的I/O，靈活性強(qiáng)。NB2-PLC使用富士專門開發(fā)的超小型繼電器RB1。由于使用了它，使NB2在結(jié)構(gòu)與NB1一樣大的情況下，可以提供比NB1多一半的I/O接口。此外，NB系列可以與擴(kuò)展單元相連，擴(kuò)大了本機(jī)容量。

    根據(jù)電站燃機(jī)輸入量與輸出量的實際情況，電站控制系統(tǒng)選擇了NB2-P90R3-DC為基本單元，NB2-E36R3-DC為擴(kuò)展單元的控制器。基本單元具有8K步容量，48點輸入，42點輸出。擴(kuò)展單元具有18個輸入點和18個輸出點。機(jī)組在運(yùn)行中如遇到交流失電，為保證機(jī)組能夠安全停機(jī)和應(yīng)急泵能正常投入運(yùn)行，選擇了工作電源為直流的PC機(jī)。輸入和輸出包括燃機(jī)運(yùn)行的四個階段的控制，即：回零、啟動、勵磁和合閘。此外，還設(shè)置了發(fā)電機(jī)的參數(shù)報警和參數(shù)保護(hù)，構(gòu)成了完整的燃機(jī)控制系統(tǒng)。

    PLC程序的輸入采用編程器N-HLDO11E寫入，是在梯形圖的基礎(chǔ)上利用助記符語言輸入到系統(tǒng)的基本單元。

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

    按照燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀況，其啟動分復(fù)位（回零）、啟動、勵磁和合閘四個階段。每個階段均設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，對階段中的燃機(jī)參數(shù)、電機(jī)參數(shù)等實時監(jiān)控，當(dāng)某個參數(shù)超出正常工作范圍時，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報警信號或保護(hù)信號。

    3.1  復(fù)位（回零）
    
    將啟動方式開關(guān)置于“零”位，控制裝置梯形圖中的M0000接通，控制程序即進(jìn)行初始化，將上次存在的被鎖定的停車信號和故障信號進(jìn)行復(fù)位解除，并且拒絕接受其他階段的諸如啟動、勵磁、合閘等輸入信號。做好準(zhǔn)備接受下一階段的啟動指令，保證了機(jī)組的安全。
　　
    3.2  啟動階段

　　燃?xì)廨啓C(jī)在啟動階段，PLC控制裝置梯形圖中的M0001接通。啟動分為兩個過程：冷轉(zhuǎn)和啟動。兩個過程啟動程序互為獨立，具體如下.

    3.2.1 冷轉(zhuǎn)

　　冷轉(zhuǎn)程序為：將啟動方式開關(guān)置于冷轉(zhuǎn)位置，輸入點X00A接通，再將發(fā)電過程控制開關(guān)打至啟動位置，輸入點X00E接通。將勵磁手柄回零，位置開關(guān)接通輸入點X005，按下啟動按紐X004接通。發(fā)動機(jī)就根據(jù)PC機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)的冷轉(zhuǎn)程序的要求進(jìn)行冷轉(zhuǎn)。首先控制發(fā)電機(jī)頂軸泵、發(fā)電機(jī)滑油泵投入工作，當(dāng)頂軸壓力達(dá)到4MPa，壓力繼電器的常開接點接通，信號反饋給PC輸入點X006接通，通過輔助點MOO11、輸出點Y031將啟動整流柜和啟動電動機(jī)的一次回路接通，燃機(jī)即開始冷轉(zhuǎn)，經(jīng)過9秒時間，時間繼電器T000常閉接點打開，頂軸泵停；30秒后，時間繼電器T003動作，斷開啟動整流柜電源，冷轉(zhuǎn)完畢。

    3.2.2 啟動

　　將啟動方式開關(guān)置于啟動位置，發(fā)電過程控制開關(guān)打至啟動位置，輸入點X00B和X00E接通。將勵磁手柄回零，位置開關(guān)接通輸入點X005，按下啟動按紐X004接通；發(fā)動機(jī)就根據(jù)PC機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)的啟動程序的要求進(jìn)行啟動。首先控制發(fā)電機(jī)頂軸泵、發(fā)電機(jī)滑油泵投入工作，當(dāng)頂軸壓力達(dá)到4MPa，壓力繼電器的常開接點接通，信號反饋給PC輸入點X006接通，通過輔助點MOO11、輸出點Y031將啟動整流柜和啟動電動機(jī)的一次回路接通，燃機(jī)即開始啟動，經(jīng)過9秒時間，時間繼電器T000常閉接點打開，頂軸泵停，燃機(jī)點火線圈、啟動供氣電磁閥通過輸出點Y056、Y058接通開始工作；20秒時，時間繼電器T001動作，工作供氣電磁閥通過輸出點Y054開始投入工作，25秒時，時間繼電器T002接點斷開，點火線圈和啟動供氣閥退出工作。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到42%-46%時，或啟動時間超過70秒時，分別由轉(zhuǎn)速斷電開關(guān)或時間繼電器的接點T004，將勵磁機(jī)和整流柜退出運(yùn)行。燃機(jī)隨后在燃料爆燃的化學(xué)能的拖動下，轉(zhuǎn)速均勻上升至慢車狀態(tài)，在經(jīng)過2分鐘的慢車運(yùn)行后，其自動進(jìn)入平衡轉(zhuǎn)速。

    3.3 勵磁合閘并網(wǎng)

　　當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到平衡轉(zhuǎn)速，PLC接到控制器發(fā)出的勵磁指令后，自動的將勵磁開關(guān)合上，自動調(diào)整勵磁電流，使發(fā)電機(jī)的電壓升到與電網(wǎng)相等的電壓，同期裝置在檢測到具備并網(wǎng)條件后，就發(fā)出合閘脈沖進(jìn)行合閘。PLC根據(jù)接收到的合閘成功反饋信號，就自動的進(jìn)入接帶負(fù)荷階段。

    3.4報警與保護(hù)

　　機(jī)組參數(shù)報警與保護(hù)系統(tǒng)程序設(shè)置在程序圖的公共部分。除了復(fù)位階段外，機(jī)組的啟動、勵磁、合閘和運(yùn)行四個階段都包含報警系統(tǒng)。各個階段的報警參數(shù)由相應(yīng)的測量裝置將報警信號輸入到PLC，PLC再將信號輸出到光字牌和蜂鳴器，發(fā)出聲光信號，提醒運(yùn)行人員注意。

　　同樣機(jī)組的參數(shù)保護(hù)也貫穿于機(jī)組的全部發(fā)電過程，由于保護(hù)參數(shù)多，以前由于一個保護(hù)信號會在不同的時間內(nèi)導(dǎo)致機(jī)組其他正常參數(shù)的變值，出現(xiàn)眾多的保護(hù)信號，以至于不能夠分清真正的保護(hù)停機(jī)原因，給機(jī)組的排故帶來相當(dāng)多的麻煩。為此建立了“單一保護(hù)”程序，當(dāng)所有階段的保護(hù)信號傳送到“緊急停機(jī)”輸出Y040。同時通過保護(hù)信號本身輸入點去判斷其他保護(hù)信號，此時PLC拒絕接受其他假保護(hù)信號，從而達(dá)到了單一保護(hù)的目的。

4 結(jié)語

　　由于采用了可編程控制器，使得電站的用工人數(shù)減少了1/3，提高了勞動生產(chǎn)率。通過近幾年的運(yùn)行情況看，燃機(jī)的故障率明顯減少，非計劃停機(jī)的次數(shù)由原來的每月8次減少到每年三、四次。電站的機(jī)組年有效利用小時也出現(xiàn)了逐年升高。2003年為4000小時，2004年為5600小時，2007年達(dá)到了7000小時，創(chuàng)下了燃機(jī)運(yùn)行的新記錄。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尹秀妍，可編程控制器及應(yīng)用，中國建筑工業(yè)出版社，2005-1-1.
[2] 馬小軍，可編程控制器及其應(yīng)用，東南大學(xué)出版社，2007年.
[3]  燃?xì)廨啓C(jī)使用維護(hù)指南，南方燃?xì)廨啓C(jī)公司.