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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方面介紹了NB系列PLC在燃氣輪機控制系統的應用，并充分肯定了其在燃氣輪機安全生產方面的成績。

關鍵詞：瓦斯；燃氣輪機；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

     寺河瓦斯發電站是利用煤礦井下抽放的瓦斯（其濃度在40%-50%之間）來發電的。它的原動機是在南方航空動力機械公司生產的運8飛機發動機的基礎上，在改裝后由燒油變為燒氣的，型號為WJ6G1，單臺容量為2000kW。
　　
    由于飛機發動機的控制環節復雜，控制對象數量多，各個控制對象之間又存在很多邏輯關系，并且在實際運行當中要經常啟動與停止；同時還要在各種運行狀態之間進行切換，還必須具備一定的連鎖和保護功能。介于上述原因，為了達到減少運行人員操作和監視的項目，防止誤操作事故，保證機組的安全運行，因此寺河電站燃機的控制系統選用了可編程控制器，也就是所謂的PLC來實現其目的。

　　電站應用可編程控制器進行控制的系統主要有：啟動控制系統、點火控制系統、燃料供給控制系統、啟動電機轉換為勵磁機的控制系統以及并網控制系統等。可編程控制器在應用于燃機電站發電控制系統后，使得燃機在運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，同時也節約了空間，節約了材料；尤其是可編程控制器較強的抗干擾能力，使得燃機運行的可靠性大大增強。另外，PLC機與顯示器配合，能夠真正達到人機對話，便于維護和運行，是一種可靠性程度較高的控制方式。

2 硬件系統的選型

    NB系列的PLC機包括兩類：NB1和NB2。NB1允許用戶自由選擇單元中I/O點數，以滿足各種需要。NB2是緊湊型，其中I/O點數可能多達NB1的1.5倍，盡管NB2為緊湊型，仍然具有較強的功能，可提供大量的I/O，靈活性強。NB2-PLC使用富士專門開發的超小型繼電器RB1。由于使用了它，使NB2在結構與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系列可以與擴展單元相連，擴大了本機容量。

    根據電站燃機輸入量與輸出量的實際情況，電站控制系統選擇了NB2-P90R3-DC為基本單元，NB2-E36R3-DC為擴展單元的控制器。基本單元具有8K步容量，48點輸入，42點輸出。擴展單元具有18個輸入點和18個輸出點。機組在運行中如遇到交流失電，為保證機組能夠安全停機和應急泵能正常投入運行，選擇了工作電源為直流的PC機。輸入和輸出包括燃機運行的四個階段的控制，即：回零、啟動、勵磁和合閘。此外，還設置了發電機的參數報警和參數保護，構成了完整的燃機控制系統。

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

3 軟件系統的設計

    按照燃氣輪機的工作狀況，其啟動分復位（回零）、啟動、勵磁和合閘四個階段。每個階段均設置相應的監控系統，對階段中的燃機參數、電機參數等實時監控，當某個參數超出正常工作范圍時，系統發出相應的報警信號或保護信號。

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

　　燃氣輪機在啟動階段，PLC控制裝置梯形圖中的M0001接通。啟動分為兩個過程：冷轉和啟動。兩個過程啟動程序互為獨立，具體如下.

    3.2.1 冷轉

　　冷轉程序為：將啟動方式開關置于冷轉位置，輸入點X00A接通，再將發電過程控制開關打至啟動位置，輸入點X00E接通。將勵磁手柄回零，位置開關接通輸入點X005，按下啟動按紐X004接通。發動機就根據PC機內預設的冷轉程序的要求進行冷轉。首先控制發電機頂軸泵、發電機滑油泵投入工作，當頂軸壓力達到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的一次回路接通，燃機即開始冷轉，經過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，冷轉完畢。

    3.2.2 啟動

　　將啟動方式開關置于啟動位置，發電過程控制開關打至啟動位置，輸入點X00B和X00E接通。將勵磁手柄回零，位置開關接通輸入點X005，按下啟動按紐X004接通；發動機就根據PC機內預設的啟動程序的要求進行啟動。首先控制發電機頂軸泵、發電機滑油泵投入工作，當頂軸壓力達到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的一次回路接通，燃機即開始啟動，經過9秒時間，時間繼電器T000常閉接點打開，頂軸泵停，燃機點火線圈、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。當發動機的轉速達到42%-46%時，或啟動時間超過70秒時，分別由轉速斷電開關或時間繼電器的接點T004，將勵磁機和整流柜退出運行。燃機隨后在燃料爆燃的化學能的拖動下，轉速均勻上升至慢車狀態，在經過2分鐘的慢車運行后，其自動進入平衡轉速。

    3.3 勵磁合閘并網

　　當發動機的轉速達到平衡轉速，PLC接到控制器發出的勵磁指令后，自動的將勵磁開關合上，自動調整勵磁電流，使發電機的電壓升到與電網相等的電壓，同期裝置在檢測到具備并網條件后，就發出合閘脈沖進行合閘。PLC根據接收到的合閘成功反饋信號，就自動的進入接帶負荷階段。

    3.4報警與保護

　　機組參數報警與保護系統程序設置在程序圖的公共部分。除了復位階段外，機組的啟動、勵磁、合閘和運行四個階段都包含報警系統。各個階段的報警參數由相應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，發出聲光信號，提醒運行人員注意。

　　同樣機組的參數保護也貫穿于機組的全部發電過程，由于保護參數多，以前由于一個保護信號會在不同的時間內導致機組其他正常參數的變值，出現眾多的保護信號，以至于不能夠分清真正的保護停機原因，給機組的排故帶來相當多的麻煩。為此建立了“單一保護”程序，當所有階段的保護信號傳送到“緊急停機”輸出Y040。同時通過保護信號本身輸入點去判斷其他保護信號，此時PLC拒絕接受其他假保護信號，從而達到了單一保護的目的。

4 結語

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

參考文獻：

[1] 尹秀妍，可編程控制器及應用，中國建筑工業出版社，2005-1-1.
[2] 馬小軍，可編程控制器及其應用，東南大學出版社，2007年.
[3]  燃氣輪機使用維護指南，南方燃氣輪機公司.