淺析汽輪機系統(tǒng)中DCS控制技術的應用

【摘要】汽輪機具有轉速高、熱力參數(shù)及轉速變化范圍大的特點，是熱電廠的關鍵動力設備。熱控設備相關技術不斷提升，自動化改造的機組均采用了DCS模式，從控制技術看，可以提高機組整體的可控性，保證機爐協(xié)調和機組運行安全性。本文論述了汽輪機的結構以及現(xiàn)有的控制技術和手段。

【關鍵詞】汽輪機；數(shù)據(jù)；DCS；技術；控制

近年來熱控設備相關技術不斷提升，自動化改造的機組均采用了DCS模式，從控制技術看，實現(xiàn)該模式可提高機組運行安全性。傳統(tǒng)下汽輪機是按照運行規(guī)程完成的，運行的狀態(tài)監(jiān)視依賴于運行人員的經(jīng)驗，控制系統(tǒng)多采用無法制止調節(jié)精度低和自動化程度低的缺點。因此，汽輪機在運行中，采取安全有效的保護措施也是必要的。轉子轉動帶動負載做功會影響轉速的變化，凝結水溫度的變化和真空的變化也會影響轉速的變化。汽輪機的控制和管理，很好的實現(xiàn)了控制的有效性，系統(tǒng)工作是實現(xiàn)工廠智能控制和管理的重要一步。維持控制系統(tǒng)的任務是促進機組做功的功率與外界負載相協(xié)調，改變汽輪機的功率使之建立新的平衡。

一、DCS與傳統(tǒng)方式控制的優(yōu)勢

FCS是在DCS的基礎上發(fā)展起來的，DCS則代表傳統(tǒng)與成熟，以其成熟的發(fā)展，完備的功能，確?？刂葡到y(tǒng)DCS相互兼容。控制功能分散，靈活可靠，以及現(xiàn)場信息豐富，增加和完善現(xiàn)場子層設備間的數(shù)據(jù)通訊功能。實現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理更能綜合化和系統(tǒng)化。采用網(wǎng)絡通信技術，這是DCS的關鍵技術，它使得控制與管理都具實時性，并解決系統(tǒng)的擴充與升級問題。隨著自動化技術的發(fā)展，DCS分散控制系統(tǒng)融合計算機技術、實現(xiàn)顯示與人機界面技術而成的現(xiàn)代控制系統(tǒng)，采用機械液壓控制系統(tǒng)，改變了調節(jié)精度低，自動化程度低的缺點，適用于工業(yè)汽輪機的性能優(yōu)良和通用性好，適合現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

二、DCS系統(tǒng)對對汽輪機的控制和保護

汽輪機DCS系統(tǒng)過程控制的設計，系統(tǒng)監(jiān)視的汽機運行參數(shù)要高，記錄事故原因和保護動作發(fā)生時間需要完善，實現(xiàn)汽輪機組安全運行和在線狀態(tài)分析。汽機熱工系統(tǒng)間信息傳遞手段基本以硬接線為主，保護熱控系統(tǒng)的備品備件安全，建立汽輪機轉子應力的機理模型，確保應力極限的計算方法。調節(jié)精度和自動化程度，研究汽輪機控制系統(tǒng)可靠性。保護方案的設計應該確定保護策略，傳感器信號處理，傳感器與控制器的連線和檢測點的分布采用計算機高級語言，對DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行操作和管理。

1、自動控制系統(tǒng)

汽輪機DCS系統(tǒng)調速系統(tǒng)是汽輪機控制的主題，轉速設定值在上位機人機界面直接輸入，通過模擬量輸入模塊讀入實際轉速值與轉速設定值進行比較來控制汽機轉速。汽機設備采用變頻器控制轉速，以達到控制水位的調節(jié)，通過上位機運控按鈕，操作汽機設備的運行停止。當操作人員在人際界面按下按鈕時，汽輪機的閥門控制指令輸出到執(zhí)行機構等被調節(jié)變量的控制，是系統(tǒng)工程師與DEH系統(tǒng)的人機界面。操作員給出汽輪機的控制目標等各種控制指令，完成供油系統(tǒng)，以調節(jié)汽輪機各蒸汽進汽閥的開度。危急遮斷時，控制系統(tǒng)或汽輪機保護系統(tǒng)發(fā)出的指令，緊急關閉調節(jié)閥；當汽輪機機械超速等動作引起汽輪機安全油泄去時，危急遮斷系統(tǒng)緊急蒸汽進汽門，汽輪機緊急跳閘。因此，必須對原來的控制手段進行改造才能提高汽輪機的工作效率和可靠性。上位機通過網(wǎng)絡控制遠程設備的啟動停止，當操作人員按下急停按鈕或汽機故障停機時，根據(jù)PLC數(shù)字量輸出模塊輸出數(shù)字量控制高壓油關斷主汽閥而停機。汽輪機DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是本系統(tǒng)工作的依據(jù)，通過壓力、溫度和位移傳感器及變送器將信號輸入給輸入模塊。計算機對數(shù)據(jù)進行存儲和管理，采用工業(yè)組態(tài)軟件WINCC來完成設計工作，實現(xiàn)遠程控制系統(tǒng)的操作手段。

2、緊急跳閘保護系統(tǒng)

為了提供控制系統(tǒng)的安全，DCS系統(tǒng)設備本身出現(xiàn)問題時，如有設置保護措施，可以及時有效的把過載電流導入大地，從而保護系統(tǒng)安全。采用兩路互相獨立的電源供電、跳閘失電跳閘動作方式，建立互相隔離和雙卡并聯(lián)運行的方式，在開關量輸入卡件時，可避免拒動和誤動，保證系統(tǒng)兩路電源均喪失時，實現(xiàn)保護功能的拒動。采用失電跳閘的保護方式，更換會造成其輸出狀態(tài)翻轉，輸出卡件要分層布置。各層供電裝置相互獨立，防止造成汽輪機跳閘保護的拒動和誤動。其中模擬信號本身也要有效接地。有效的消除電子噪聲干擾，為系統(tǒng)本身提供良好的公共信號參考點，防止造成設備的損壞和人員的觸點傷害。

3、汽輪機控制算法和策略組態(tài)

通過系統(tǒng)網(wǎng)絡下載至相應的PS、FC及操作站OS中，可幫助工程師迅速查找對應的變量位號及操作畫面。同一工程軟件完成控制策略組態(tài)，采用項目樹使得程序生成靈活、統(tǒng)一的系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫 。運行在管理PC機上的生產(chǎn)數(shù)據(jù)用途更加廣泛，可靠性更高。系統(tǒng)控制是以速度為主控參數(shù)、干擾因素，當機械輸出功率不能及時調節(jié)時，可以保證汽輪機在空載至滿載的額定轉速下穩(wěn)定運行，實際轉速也就等于轉速的給定值，控制器的輸出不變。驅動調節(jié)進汽調節(jié)汽閥的開度，以調節(jié)發(fā)電機的輸出功率。調整功率反饋通道，控制回路進行改造，將速度傳感器安裝在汽輪機外殼的機頭上，兩塊用在控制系統(tǒng)用于顯示和累積。改進后的控制系統(tǒng)使汽輪機機組抗干憂性更強，運行更穩(wěn)定，操作維護更方便。

參考文獻

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