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1 前言
隨著我國電力工業的迅速發展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，熱工保護系統的規模也大幅度上升，對熱工保護系統的控制方式、運行水平的要求也越來越高。
　　熱工保護的主要作用是當機組在啟停和運行過程中發生危及設備和人身安全的故障時，自動采取保護或聯鎖措施，防止事故產生和避免事故擴大，從而保證機組的正常啟停和安全運行。熱工保護是通過對設備工作狀態和機組運行參數的嚴密監視，發生異常情況時，及時發出報警信號，必要時自動啟動或切除某些設備或系統，使機組維持原負荷運行或減負荷運行。當發生重大故障而危及機組設備時，停止機組（或某一部分）運行，避免事故進一步擴大。
　　發電機組的安全可靠性對本機、對電網乃至對國民經濟來說都極為重要，因此，保護控制系統的安全可靠性，對保障機組的安全穩定運行顯得十分關鍵。
　　

2 原有熱工保護系統改造的必要性
　　保護裝置在機組正常運行時是長期不動作的，而一旦出現異常情況卻要求必須可靠的立即動作，因此對于熱工保護裝置應有必要的監視和試驗手段，以確保熱工保護裝置本身動作的正確和可靠。
　　機組運行的安全可靠，不僅依賴于各設備的安全可靠性能，而且同各類保護控制裝置的準確性和可靠性密切相關。電廠原有熱工保護裝置較落后且投運時間較長，保護系統由繼電器組成控制回路，回路硬接線多，加上繼電器長期帶電工作，繼電器觸點易老化，導致接觸不良，易產生拒動或誤動的情況。大修期間需對繼電器進行測試，以確保繼電器工作正常，大大增加了熱工人員的維護工作量。而且隨著運行時間的越來越長，故障點相應增多，維護工作量越來越大，嚴重影響著機組的安全運行，因此亟待進行改造。
　　

3 熱工保護系統改造的設計思想
　　系統設計的出發點是提供可靠、高效的產品，有效地提高火力發電廠熱工保護系統的控制水平，給發電機組的安全、經濟運行提供保障，同時實現減員增效的目的。
　　由于微電子技術、計算機技術和通信技術的發展，PLC已發展成為新一代工業控制機。它具有編程組態方便、硬件配置靈活、高可靠性和適應工業惡劣環境等優點，已經越來越多的被應用于各個工業控制領域。
　　新系統采用“上位機+PLC”方式，應用計算機通訊技術和PLC控制技術，對多個輸入輸出信號實現動態實時監控，具有輸入輸出信號狀態顯示、保護動作記錄、報表打印、保護聯鎖試驗等功能。

4 可編程控制器（PLC）的特點
　　4.1 功能豐富
　　PLC具有豐富的處理信息的指令系統及存儲信息的內部器件，可以進行各種邏輯問題處理以及數據的運算。
　　PLC不僅能完成復雜的控制邏輯，而且也能實現模擬量控制和智能控制；并能實現遠程通訊、計算機聯網及上位機監控等功能。


　　4.2 編程方便
　　PLC是為取代傳統的繼電器控制邏輯而設計的，它沿用了繼電器原理圖或梯形圖的編程方法，包含有觸點、連線和線圈等概念。PLC一般采用梯形圖編程，可由非計算機專業人員在使用現場完成，程序可以在線修改。


　　4.3 系列化與標準化程度高
　　PLC在結構、形式、編程語言、通訊等方面大同小異，且各種PLC產品均形成了適用于不同控制要求的系列產品。因此，PLC應用于發電廠的控制系統將使系統的設計及硬件配置更為經濟合理。


　　4.4 開放的通訊功能
　　PLC既具有各PLC之間的協議通訊接口，也具有多種的通訊方式，如:RS232接口方式硬件成本低，經濟性好，目前較常用，但傳送距離短、速率低；RS485接口方式克服了RS232的一些缺點，傳送距離大（最大可達1.2Km）； CAN方式接口傳送速度快，最大1～2M/S，傳送距離可達1.0Km，誤碼率低； 以態通訊方式傳送速度非常快（10Mbit/S），同時可以實現超遠距離的傳輸，只是硬件和傳送介質的成本略高，用戶組成大型控制系統時，可根據外圍設備進行方便的選擇。


4.5 PLC的選擇
　　根據保護系統所需要的輸入輸出點數、節點容量、系統功能等的要求，采用歐姆龍公司的SYSMAC C200HG PLC對保護系統進行改造，C200HG-CPU63的各項性能指標如下表所示:
　　項目 功能
　　存儲器 用戶存儲器（UM） 15.2K字
　　普通DM 6.144字（DM0000-DM6143）
　　固定DM 512字（DM6144-DM6655）
　　擴展DM 0-3000字（DM7000-DM9999）
　　擴展DM存儲器（EM） 6.144字（EM0000-EM6143）
　　I/O分配 擴展機架 3個機架
　　I/O單元 單元號0-9，A-F
　　特殊I/O單元 單元號0-9，A-F
　　指令執行時間 基本指令 0.156μs
　　MOV（21） 0.625μs
　　ADD（30） 16.65μs
　　I/O刷新時間 0.7ms
　　通訊方式 RS232C端口
　　時鐘功能 具備時鐘功能
       5 改造后熱工保護系統的主要構成
　　改造后的保護系統主要由PLC控制器和上位計算機兩大部分組成，通過RS232電纜通訊。
　　C200HG PLC控制器配置包括CPU機架和擴展機架， CPU機架由四部分組成:CPU底板、C200HG CPU、電源單元、I/O單元。擴展機架由三部分組成:擴展底板、電源單元、擴展I/O單元。



　　6 PLC與上位機的串行通訊
　　PLC接收上位機發送過來的開啟、停止信號，通過梯形圖編制的邏輯回路來控制相應的輸出點，從而實現對外部設備和裝置的控制。PLC與上位機采用串行通訊格式，ASCII碼，7位數據位，2位停止位，奇偶校驗位，通訊速率為9600bit/s。



　　7 改造后的熱工保護系統特點
　　a 系統結構簡單可靠，組件式插接，便于安裝維護。I/O模件卡件式設計，可靈活、方便的進行擴充。
　　b 保護系統采用雙電源供電，確保了系統穩定、連續的工作。
　　c 對PLC采用梯形圖的組態編程方式，可方便的進行組態、監視和修改。通過梯形圖編程可實現相應的保護聯鎖功能和在線編輯，系統工作安全可靠。
　　d 采用上位機監控，可實現報表打印、報警查詢、狀態監視、保護聯鎖試驗記錄等多種功能。
　　e 對輸入信號狀態進行記錄，確認其動作或恢復的時間，給事故分析提供準確的依據。


　　8 小結
　　a 改造后的熱工保護系統由上位機和可編程控制器PLC組成，對原有的由繼電器構成的保護回路進行改造。系統結構合理、可靠性高、易擴展，能完全滿足火電廠熱工保護的需要。
　　b 能對所有輸入/輸出點進行狀態記錄，包括各輸入點的接通和斷開時間，而且熱工維護人員可根據所提供的動作記錄來判斷一次元件或現場接線可能存在的問題，消除事故隱患。
　　c 系統可實現保護聯鎖試驗、動作記錄數據管理、狀態監視、系統組態等功能，大大提高了熱工保護裝置的技術水平，減輕了熱工人員的維護量，為事故分析提供了可靠、客觀的依據。
　　d 該系統靈活性高、適應性強、擴展性好，可根據用戶需要進行擴展和修改，并提供了與其它控制系統的接口。
　　熱工保護系統肩負著保護主、輔設備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任，它是機組自動化控制的重要組成部分。隨著機組容量的增大，熱工保護的重要性已日益為人們所認識。因此，合理地設計熱工保護系統，對提高機組自動控制水平，減輕運行人員的負擔，增加機組運行的可靠性具有重大意義。