燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

陳妙芳 柳 斌

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 紹興 312000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，電力供應(yīng)已出現(xiàn)嚴(yán)重短缺，應(yīng)用燃機(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)，可以在氣溫高用電峰時(shí)有效地恢復(fù)、提高燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力，增加機(jī)組發(fā)電量,減緩電網(wǎng)供電壓力，充分挖掘現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組的發(fā)電潛力。進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)作為燃機(jī)電站的輔助系統(tǒng)，其運(yùn)行狀況將影響燃機(jī)的輸出功率和電廠的效率，為了確保系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須建立一套安全、可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)在控制單元的協(xié)調(diào)、控制下運(yùn)行，控制單元的可靠性、穩(wěn)定性將直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，監(jiān)控軟件在保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起到重要作用。

1 測(cè)控系統(tǒng)的控制

測(cè)控系統(tǒng)的控制主要是對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，其總體控制流程的設(shè)計(jì)如下：

（1）低壓蒸發(fā)器利用余熱鍋爐的余熱對(duì)汽包內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生飽和蒸汽。低壓蒸發(fā)器汽包內(nèi)的水位要控制在正常水位附近，當(dāng)汽包水位低于正常水位時(shí)，補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥開啟，操作人員也可以將其設(shè)成手動(dòng)檔人為地調(diào)節(jié)閥的開度，控制補(bǔ)水的速度；汽包水位達(dá)到正常水位之后，循環(huán)泵必須打開，以保護(hù)低壓蒸發(fā)器內(nèi)水的正常循環(huán)；汽包內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值（一般120℃）或者蒸汽壓力達(dá)到一定壓力值（0.1MPa）時(shí)，開啟蒸汽電動(dòng)閥使飽和蒸汽通過管道輸送至溴化鋰制冷機(jī)或低壓加熱器；當(dāng)汽包水位過高時(shí)，排污電動(dòng)閥自動(dòng)開啟，排除多余的水以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。汽包壓力是汽包運(yùn)行的安全性參數(shù)之一（本系統(tǒng)的汽包最高壓力為0.3MPa），當(dāng)汽包壓力達(dá)到一定設(shè)定值（0.28MPa）時(shí)，蒸汽排空閥打開，直至壓力恢復(fù)正常。

（2）在進(jìn)氣冷卻工況條件下，低壓蒸發(fā)器的飽和蒸汽流入溴化鋰制冷機(jī)組，此時(shí)空冷器的冷凍水調(diào)節(jié)閥打開，在確定其打開之后，啟動(dòng)制冷機(jī)組；冷凍水調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉應(yīng)在確定制冷機(jī)關(guān)閉成功之后；制冷機(jī)組在運(yùn)行期間，從低壓蒸發(fā)器過來的飽和蒸汽經(jīng)過熱交換凝結(jié)成水進(jìn)入溴化鋰制冷機(jī)的凝結(jié)水箱，凝結(jié)水箱水位達(dá)到上限時(shí)開啟凝結(jié)水泵，將凝結(jié)水送回到低壓蒸發(fā)器汽包中；當(dāng)達(dá)到下限時(shí)，關(guān)閉凝結(jié)水泵。如果凝結(jié)水箱的水位過高，將導(dǎo)致進(jìn)氣冷卻工況出現(xiàn)“憋死”情況，由于凝結(jié)水來自低壓蒸發(fā)器輸入的蒸汽，必要時(shí)應(yīng)開啟排污閥或蒸汽排空閥來排出多余的水或蒸汽；制冷機(jī)出來的冷卻水流入空氣冷卻器，冷卻空氣進(jìn)口溫度，經(jīng)冷卻的空氣有一部分形成水蒸汽凝結(jié)匯入到水池中，通過水池潛水泵進(jìn)入冷卻塔。當(dāng)空冷器處于工作狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)旁通門關(guān)閉，以最大效率地對(duì)進(jìn)口空氣進(jìn)行冷卻；在平時(shí)環(huán)境溫度低時(shí)，空冷器不工作的狀態(tài)下，電動(dòng)旁通門打開，以更好地促進(jìn)空氣的流通。

（3）在低壓加熱工況條件下，低壓蒸發(fā)器的蒸汽進(jìn)入低壓加熱器當(dāng)中，事先對(duì)進(jìn)入汽輪機(jī)的供給水進(jìn)行加熱；飽和蒸汽進(jìn)行熱交換后，凝結(jié)成水，進(jìn)入低壓加熱器的凝結(jié)水箱。當(dāng)凝結(jié)水箱的水位達(dá)到上限時(shí)，凝結(jié)水泵開啟，將冷凝水送回低壓蒸發(fā)器的汽包內(nèi)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

2 進(jìn)氣冷卻測(cè)控系統(tǒng)

進(jìn)氣冷卻測(cè)控系統(tǒng)可以分為集中監(jiān)控層、過程控制層（即現(xiàn)場(chǎng)控制站）和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器層三個(gè)層次。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 進(jìn)氣冷卻測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）集中監(jiān)控層

集中監(jiān)控層以操作監(jiān)視為主要任務(wù)，兼有部分管理功能，位于金華燃機(jī)電廠集控室內(nèi)，如圖3-2所示。集中監(jiān)控層由工業(yè)控制PC機(jī)和通訊網(wǎng)卡CP5613 2A構(gòu)成，是面向操作員和控制系統(tǒng)工程師的，不僅需要較大存儲(chǔ)容量的硬盤支持，還需要功能強(qiáng)大的軟件支持。這里，PC機(jī)選用HP工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用的是西門子公司的工業(yè)組態(tài)軟件WinCC，通過PROFIBUS電纜線與過程控制層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

（2）過程控制層

過程控制層直接面對(duì)控制對(duì)象，是本測(cè)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括#1低壓蒸發(fā)器控制系統(tǒng)、#1空冷器和低壓加熱器控制系統(tǒng)、#2低壓蒸發(fā)器控制系統(tǒng)、#2空冷器和低壓加熱器控制系統(tǒng)、單效溴化鋰制冷機(jī)和雙效溴化鋰制冷機(jī)組成的制冷機(jī)組控制系統(tǒng)等五部分。它們均由安裝在現(xiàn)場(chǎng)的控制柜中的電源、PLC、輸入輸出繼電器、接線端子排和信號(hào)線等組成。過程控制層主要完成直接對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控操作。此外，還負(fù)責(zé)把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)返回集中監(jiān)控層，并隨時(shí)接受集中監(jiān)控層的命令，以完成開、關(guān)機(jī)以及各種緊急情況的處理。過程控制層應(yīng)具有抗沖擊、抗震、抗干擾、保護(hù)設(shè)備不受損壞的功能。

（3）現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器層

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器負(fù)責(zé)準(zhǔn)確地執(zhí)行來自過程控制層的各種控制指令，并將執(zhí)行結(jié)果返回過程控制層。此外，現(xiàn)場(chǎng)還布置了大量的傳感器，用來測(cè)量系統(tǒng)必需的各種運(yùn)行參數(shù)，并將其返回現(xiàn)場(chǎng)控制柜，進(jìn)而寫入到集中監(jiān)控層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以便數(shù)據(jù)保存并備查。

1）監(jiān)控主機(jī)的選擇

監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站即PLC的通信和管理，并為管理人員和操作人員提供界面服務(wù)，其實(shí)現(xiàn)功能和自身的可靠性對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的整體性能有著決定性的影響。主機(jī)選用了高性能、高可靠性的HP工控機(jī)。內(nèi)存512MB以適應(yīng)Windows 2000操作系統(tǒng)以及監(jiān)控軟件中動(dòng)態(tài)畫面的運(yùn)行；選用17”液晶顯示器，可提供更為清晰的圖形界面。硬盤空間80G以滿足建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的需要；監(jiān)控主機(jī)配以相應(yīng)的監(jiān)控軟件，通過通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的管理和監(jiān)控。

2）檢測(cè)儀表選型

檢測(cè)儀表包括變送器和傳感器，負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度、液位和流量等被測(cè)量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理的電信號(hào)和測(cè)控系統(tǒng)可以識(shí)別，是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的“耳朵”和“眼睛”，要求其能夠準(zhǔn)確、及時(shí)和穩(wěn)定地反映生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)，因此必須重視檢測(cè)儀表的選擇。選擇時(shí)主要根據(jù)被測(cè)參數(shù)的量程、種類、準(zhǔn)確度要求以及工藝上對(duì)其穩(wěn)定性和可靠性的要求來確定檢測(cè)儀表的型號(hào)和類型。

（1）溫度傳感器

根據(jù)電廠要求，低壓蒸發(fā)器部分的溫度參數(shù)采用K型熱電偶，其他部分的溫度參數(shù)采用PT100熱電阻。熱電偶選用WRNK2-331型號(hào)的固定卡套螺紋裝置式鎧裝K型熱電偶，其精度等級(jí)屬于I級(jí)，測(cè)量范圍-40℃～375℃。熱電阻選用WZPK2-338型號(hào)的固定卡套螺紋鎧裝鉑熱電阻（PT100），其精度等級(jí)屬于工業(yè)A級(jí)，測(cè)量范圍-200℃～500℃。

（2）壓力、壓差變送器

壓力、壓差變送器用來測(cè)量系統(tǒng)中的壓力、壓差和液位參數(shù)。

低壓蒸發(fā)器汽包壓力的范圍是0～0.4MPa，循環(huán)泵的出口壓力的范圍是0～0.4MPa，選用威瑪WPTG型壓力變送器，其誤差范圍在0.2%之內(nèi)。WPTG型變送器具有精度高，溫度靜壓影響小，寬量程比，超壓保護(hù)，使用方便，容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)用來測(cè)量空氣冷卻器的冷凍水流量。冷凍水流量的范圍是0～1000m3/h，選用上海光華的LDG-350S/LDZ-6，其準(zhǔn)確等級(jí)是0.3級(jí)，誤差范圍在0.5～1%之間。

A.PLC的選型

PLC的產(chǎn)品有很多，本項(xiàng)目選擇Siemens公司的S7-300系列PLC。S7-300系列PLC屬于中小型PLC，模塊化設(shè)計(jì)，性能適中，用途廣泛。

B.執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC的連接

低壓蒸發(fā)器的補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥以及空氣冷卻器的冷凍水進(jìn)口碟閥的開度均通過4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)進(jìn)行控制。其與PLC的連接方式如圖2所示。由于系統(tǒng)采用的是帶隔離的模擬量輸出通道，需要通過在MANA端子和CPU的M端子之間使用一根等電線連接導(dǎo)線，以確保MANA和M端存在的電位差UISO不會(huì)超過允許值。如果UISO超過允許值時(shí)，會(huì)有損模擬信號(hào)的精度甚至造成模擬信號(hào)的中斷。

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC的連接

3 結(jié)論

詳細(xì)論述了進(jìn)氣冷卻測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先介紹了計(jì)算機(jī)硬件的選擇；根據(jù)測(cè)量參數(shù)的控制精度以及工作范圍選擇檢測(cè)儀表；分析PLC及模塊的選型依據(jù)并進(jìn)行選型；描述系統(tǒng)通信的硬件構(gòu)成以及連接；最后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的電路連接作了分析。

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