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陈继丰（1970-）
男，山西阳城人，助理工程师，主要研究方向为电气自动化。
  






摘要：本文从硬件选型和软件实现方面介绍了NB系列PLC在燃气轮机控制系统的应用，并充分肯定了其在燃气轮机安全生产方面的成绩。

关键词：瓦斯；燃气轮机；可编程控制器；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

     寺河瓦斯发电站是利用煤矿井下抽放的瓦斯（其浓度在40%-50%之间）来发电的。它的原动机是在南方航空动力机械公司生产的运8飞机发动机的基础上，在改装后由烧油变为烧气的，型号为WJ6G1，单台容量为2000kW。
　　
    由于飞机发动机的控制环节复杂，控制对象数量多，各个控制对象之间又存在很多逻辑关系，并且在实际运行当中要经常启动与停止；同时还要在各种运行状态之间进行切换，还必须具备一定的连锁和保护功能。介于上述原因，为了达到减少运行人员操作和监视的项目，防止误操作事故，保证机组的安全运行，因此寺河电站燃机的控制系统选用了可编程控制器，也就是所谓的PLC来实现其目的。

　　电站应用可编程控制器进行控制的系统主要有：启动控制系统、点火控制系统、燃料供给控制系统、启动电机转换为励磁机的控制系统以及并网控制系统等。可编程控制器在应用于燃机电站发电控制系统后，使得燃机在运行中具有简明性和条理性；PLC的精巧和灵活性大大简化了工程的安装和布线，同时也节约了空间，节约了材料；尤其是可编程控制器较强的抗干扰能力，使得燃机运行的可靠性大大增强。另外，PLC机与显示器配合，能够真正达到人机对话，便于维护和运行，是一种可靠性程度较高的控制方式。

2 硬件系统的选型

    NB系列的PLC机包括两类：NB1和NB2。NB1允许用户自由选择单元中I/O点数，以满足各种需要。NB2是紧凑型，其中I/O点数可能多达NB1的1.5倍，尽管NB2为紧凑型，仍然具有较强的功能，可提供大量的I/O，灵活性强。NB2-PLC使用富士专门开发的超小型继电器RB1。由于使用了它，使NB2在结构与NB1一样大的情况下，可以提供比NB1多一半的I/O接口。此外，NB系列可以与扩展单元相连，扩大了本机容量。

    根据电站燃机输入量与输出量的实际情况，电站控制系统选择了NB2-P90R3-DC为基本单元，NB2-E36R3-DC为扩展单元的控制器。基本单元具有8K步容量，48点输入，42点输出。扩展单元具有18个输入点和18个输出点。机组在运行中如遇到交流失电，为保证机组能够安全停机和应急泵能正常投入运行，选择了工作电源为直流的PC机。输入和输出包括燃机运行的四个阶段的控制，即：回零、启动、励磁和合闸。此外，还设置了发电机的参数报警和参数保护，构成了完整的燃机控制系统。

    PLC程序的输入采用编程器N-HLDO11E写入，是在梯形图的基础上利用助记符语言输入到系统的基本单元。

3 软件系统的设计

    按照燃气轮机的工作状况，其启动分复位（回零）、启动、励磁和合闸四个阶段。每个阶段均设置相应的监控系统，对阶段中的燃机参数、电机参数等实时监控，当某个参数超出正常工作范围时，系统发出相应的报警信号或保护信号。

    3.1  复位（回零）
    
    将启动方式开关置于“零”位，控制装置梯形图中的M0000接通，控制程序即进行初始化，将上次存在的被锁定的停车信号和故障信号进行复位解除，并且拒绝接受其他阶段的诸如启动、励磁、合闸等输入信号。做好准备接受下一阶段的启动指令，保证了机组的安全。
　　
    3.2  启动阶段

　　燃气轮机在启动阶段，PLC控制装置梯形图中的M0001接通。启动分为两个过程：冷转和启动。两个过程启动程序互为独立，具体如下.

    3.2.1 冷转

　　冷转程序为：将启动方式开关置于冷转位置，输入点X00A接通，再将发电过程控制开关打至启动位置，输入点X00E接通。将励磁手柄回零，位置开关接通输入点X005，按下启动按纽X004接通。发动机就根据PC机内预设的冷转程序的要求进行冷转。首先控制发电机顶轴泵、发电机滑油泵投入工作，当顶轴压力达到4MPa，压力继电器的常开接点接通，信号反馈给PC输入点X006接通，通过辅助点MOO11、输出点Y031将启动整流柜和启动电动机的一次回路接通，燃机即开始冷转，经过9秒时间，时间继电器T000常闭接点打开，顶轴泵停；30秒后，时间继电器T003动作，断开启动整流柜电源，冷转完毕。

    3.2.2 启动

　　将启动方式开关置于启动位置，发电过程控制开关打至启动位置，输入点X00B和X00E接通。将励磁手柄回零，位置开关接通输入点X005，按下启动按纽X004接通；发动机就根据PC机内预设的启动程序的要求进行启动。首先控制发电机顶轴泵、发电机滑油泵投入工作，当顶轴压力达到4MPa，压力继电器的常开接点接通，信号反馈给PC输入点X006接通，通过辅助点MOO11、输出点Y031将启动整流柜和启动电动机的一次回路接通，燃机即开始启动，经过9秒时间，时间继电器T000常闭接点打开，顶轴泵停，燃机点火线圈、启动供气电磁阀通过输出点Y056、Y058接通开始工作；20秒时，时间继电器T001动作，工作供气电磁阀通过输出点Y054开始投入工作，25秒时，时间继电器T002接点断开，点火线圈和启动供气阀退出工作。当发动机的转速达到42%-46%时，或启动时间超过70秒时，分别由转速断电开关或时间继电器的接点T004，将励磁机和整流柜退出运行。燃机随后在燃料爆燃的化学能的拖动下，转速均匀上升至慢车状态，在经过2分钟的慢车运行后，其自动进入平衡转速。

    3.3 励磁合闸并网

　　当发动机的转速达到平衡转速，PLC接到控制器发出的励磁指令后，自动的将励磁开关合上，自动调整励磁电流，使发电机的电压升到与电网相等的电压，同期装置在检测到具备并网条件后，就发出合闸脉冲进行合闸。PLC根据接收到的合闸成功反馈信号，就自动的进入接带负荷阶段。

    3.4报警与保护

　　机组参数报警与保护系统程序设置在程序图的公共部分。除了复位阶段外，机组的启动、励磁、合闸和运行四个阶段都包含报警系统。各个阶段的报警参数由相应的测量装置将报警信号输入到PLC，PLC再将信号输出到光字牌和蜂鸣器，发出声光信号，提醒运行人员注意。

　　同样机组的参数保护也贯穿于机组的全部发电过程，由于保护参数多，以前由于一个保护信号会在不同的时间内导致机组其他正常参数的变值，出现众多的保护信号，以至于不能够分清真正的保护停机原因，给机组的排故带来相当多的麻烦。为此建立了“单一保护”程序，当所有阶段的保护信号传送到“紧急停机”输出Y040。同时通过保护信号本身输入点去判断其他保护信号，此时PLC拒绝接受其他假保护信号，从而达到了单一保护的目的。

4 结语

　　由于采用了可编程控制器，使得电站的用工人数减少了1/3，提高了劳动生产率。通过近几年的运行情况看，燃机的故障率明显减少，非计划停机的次数由原来的每月8次减少到每年三、四次。电站的机组年有效利用小时也出现了逐年升高。2003年为4000小时，2004年为5600小时，2007年达到了7000小时，创下了燃机运行的新记录。

参考文献：

[1] 尹秀妍，可编程控制器及应用，中国建筑工业出版社，2005-1-1.
[2] 马小军，可编程控制器及其应用，东南大学出版社，2007年.
[3]  燃气轮机使用维护指南，南方燃气轮机公司.