西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8品质好货
1、引言
汽机保护系统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。
常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机的大修改造中对气轮机的保护使用了PLC。
2、系统方案设计指导思想
(1) 高可靠性 系统采用西门子S7系列PLC为核心，硬件集成度和系统可靠性极高。
(2) 电源冗余化
直流电源 24VDC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能齐全，允许输入电压波动范围大，输出稳定性好;各单元单独供电，提高供电可靠性，一旦工作电源出现故障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会对系统正常工作产生影响。
交流电源 系统允许输入两路交流电源，一路来自厂用UPS电源，一路来自厂用电(保安段)。
(3) 冗余化设计系统采用冗余化设计，用户可以在不更改系统任何配线的情况下增加功能:采用双PLC配置，实现自动切换。
(4) 系统的基本功能开关量输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器、四则运算、比较运算、二进制与十进制转换、跳转和强制I/O等。
(5) 应用灵活其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。
(6) 外围支持设备完善 具有完善的 3.2 变频器
本系统采用了较为先进的台达变频器进行调速，它调速方便可靠，且调速的精度高。为了适应这种工艺负载，需要在调速时使电动机输出恒定的转矩，应用V/F控制特性的变频器在基频应用V/F控制特性的变频器在基频(台达A型机的参数是Pr04)以下调速。本系统应用两台台达变频器，它们是主从的关系，即从变频器的频率的给定必须得跟随主变频器的给定频率的变化，且保证从变频器的频率输出略高于主变频器的频率输出。
3.3 伺服纠偏装置
由于纸板在轨道上传送时，难免会出现位置偏差，这就得需要有能够快速矫正其位置的器件，而伺服电动机正好具备这样的功能。它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度，加上控制电压，它便马上旋转，去掉控制电压又马上停转，转速高低与控制电压成正比。此装置具有转动惯量小，摩擦转矩小，运行平稳，噪声小等特点。这里主要利用伺服驱动器对伺服电机的运动特性进行设置，并采用了速度和位置相结合的PID调节，从而使纸箱的位置得到很好的纠正。
4、软件设计
4.1 人机界面的设置
要很好的对系统进行控制和监视，就得利用触摸屏。在前先确定好相应设备和信号的端口地址，利用触摸屏的编程软件——ADP软件进行界面设置。下图触摸屏的主控画面，它具有友好的人机交流性。通过对触摸屏的操作，我们很容易的了解和监视系统的运行情况，并可以方便的改变系统的运行参数。其主菜单的设计如图3所示。
图3 主菜单界面图
4.2 PLC的程序设计
为了能使系统各部分协调有序、安全可靠地运行就得配以比较优化的软件程序。整个软件程序采用模块化编程的方法，便于调试、修改及扩充，它主要包含三部分:通行协议部分、参数设置部分和自动运行控制部分，程序总的控制框图如图4所示。
图4 程序流程图
4.3 软件的可靠性设计
软件的可靠性措施主要包括3个故障检测程序:
(1) 时间故障检测程序:将工序执行时间某一时间余量作为定时控制时间，超时则报警并停产；
(2)信号比较检测程序:建立故障扫描时钟，使自动式在运行过程中能自动检测出各段单元，从而清除故障；
(3) 当纸板被卡主或重叠时，进行报警或减速停机。
5、结束语
纸板成型过程的控制，由于PLC及相关的高性能设备引入，解决了繁冗工作生产，实现了全自动化的生产，其产品的质量和产量都得到了显著的提高。总之在保证工艺控制要求和产品质量的情况下，大大提高了生产效率，有很广阔的市场前景。
外围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。
(7) 操作方便，维修容易系统采用电气操作人员习惯的梯形图编程，使用户能够方便的读懂程序，操作人员经过短期培训就可以通过操作面板实现对系统的全部操作。
(8) 缓冲隔离 系统各种设备的I/O接口均采用光电隔离技术进行缓冲隔离。
(9) 高开放性系统可扩展上位机进行事故追忆，逻辑图、模拟图、棒图、趋势图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。
3、系统结构
附图 控制系统网络结构图
系统采用管理层—控制层—设备层的递阶控制网络结构，如附图所示。设置有:
(1) 管理层:工程师站
(2) 控制层:汽机控制站
(3) 设备层:汽机仪表检测设备及执行机构。
管理层是基于bbbbbbs环境下开发的开放式、模块化、可扩展的系统，选用控制主机/服务器，提供管理软、硬件平台，通过接收来自控制层的信息，汇集和检测汽机的各种实时数据，并对它们进行相应计算，实现专家控制策略，发布命令下达到控制层对现场设备进行控制。
控制层主控设备采用西门子S7系列PLC，实现回路控制，通过I/O模块独立完成包括保护、监测、控制和事故纪录等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。
管理层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自独立，无电气上的连接，实现的各种功能独立。系统中的某一部分出现故障，也不会影响系统其它部分的工作，从而使整个系统具有高可靠性，真正实现分层分布式优化控制。
4、系统功能
以往的继电器连锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用PLC控制则避免了上述问题，还可增加打印功能，完善系统，为经后的系统扩展做好充分的准备。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，操作面板提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;当汽轮机转速超过12%时，操作面板提示汽机超速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或超速运行;当转速超过15%时，汽轮机自行逐步减速，提示减速原因，1小时后汽轮机停机，操作面板上显示汽机超速停机，打印机打印出停机原因: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，1小时后停机。操作面板上显示原因，打印机打出停机原因: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(危险临界值)时，停机。操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因: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，1小时后停机;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因: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;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因: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;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。
g.当主汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主汽温度低于Ⅱ值时停机，操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。
(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致动作原因，以便于进行事故分析。
(3) 保护投退功能在操作盘上设置保护投退开关，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。
(4) 打印功能系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。
二次滤网是一种自动过滤污水的装置，可以强力清除污水中的杂物，适用于火力或水力发电机组循环冷却水的过滤和其它工业循环冷却水的过滤，尤其是对一些以江、河、湖水为一次循环直供的厂家，其排污的效果更为明显。该设备具有结构合理、性能先进、自动化程度高、经济实用等优点。
1、二次滤网的工作原理
二次滤网的工作原理主要分为压差排污和时间排污两种情况。
种是压差排污，即根据压差的大小进行排污。二次滤网接入管道系统后，污水由下部进水口进入滤水器，过滤杂物后，水从出水口流出。当水中杂物通过网芯时，由于杂物的体积大于网芯孔的尺寸，从而被聚集在网芯的内侧表面上。当杂物聚积到一定的数量时，由于截流口的减压作用，从而造成进水口和出水口之间产生一定的压力差。当滤网进口压力表和出口压力表的水压差值增大到规定数值时，设备自动清洗排污。排污时，控制机构自动打开排污阀，水流对于附着在网芯的内侧表面上的杂物进行反向冲洗，经由排污管路和排污阀门排入冷却水的出水管中，将其排出滤网。当压力差值恢复到正常时，控制机构自动关闭排污阀，从而完成过滤排污的工作过程。
第二种是时间排污，即根据时间的长短进行排污。清洗排污的时间间隔可以自由设定。在设定的清洗排污时间，控制机构自动打开排污阀，进行清洗排污。
2、PLC选型与I/O点分配
根据二次滤网的工艺要求，PLC控制系统需要有一定电流容量的开关量输出点来控制主电机和排污阀门。要求PLC能够和上位操作界面进行通讯，在上位操作界面中实现对变量的监控和修改。要求能够对现场的压差信号进行采集，供CPU或上位操作屏幕显示。
根据统计，PLC控制系统的I/O点共有14个，其中开关量输入点8个，开关量输出点5个，模拟量输入点1个，没有模拟量输出点。根据输入和输出的要求，选用和利时HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。该CPU模块的性能价格比很高，广泛用于工业控制的各个领域。对于现场模拟量的采集，选用4通道模拟量输入模块LM3310，该模块具有如下优点：
采样精度高，常温下的满量程误差为0.2%。
响应速度快，4个通道完成一次采样的时间为20ms。
信号范围广，可以接收0~20mA电流信号、4~20mA电流信号和0~10V电压信号。
PLC的人机界面选用HITECH触摸屏。这些配置完全能够满足系统的要求。本系统的I/O点数分配如表1所示。
表1 PLC控制系统的I/O点分配
3、PLC控制系统软件设计
二次滤网过滤杂物后，滤芯脏污，水阻增大。当差压变送器输出值达到预设值A时，PLC得到差压变送器的信号，自动打开排污阀门进行自动排污。将杂物排出滤网后，当压差降到预设值B时，PLC自动关闭排污阀门。如果压差没有下降，反而继续增加达到预设值C时，则PLC发出报警信号，停止执行电机，关闭排污阀门。之后应当进行检修，取出滤芯，进行清理或更换。PLC程序采用和利时的编程软件PowerPro完成，程序流程图如图1所示。
图1 PLC程序流程图
4、结论
采用和利时HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC作为控制核心的二次滤网，可以广泛应用于电站、化工、印染、造纸等各种行业的供用水管道。通过PLC控制，可以自动启动排污阀门进行冲洗，具有清污效果强、排污耗水量少、运行安全可靠等优点。