汽輪機的危急遮斷系統(tǒng)（ETS），是保證汽輪發(fā)電機組正常運行的必不可少的安全保護(hù)裝置。汽輪機運行中，當(dāng)存在某種可能導(dǎo)致機組受損害的危險情況時，ETS裝置可使汽輪機自動緊急遮斷，保護(hù)機組的安全。

硬件介紹

由于ETS系統(tǒng)是確保機組安全運行的最后一道自動保護(hù)裝置，因此，對系統(tǒng)的可靠性和快速性有非常高的要求。

目前，公司ETS系統(tǒng)使用和利時擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的LM系列PLC模塊。該系列模塊已經(jīng)先后為400多家用戶提供產(chǎn)品和解決方案，包括北京地鐵監(jiān)控改造、核電安全報警監(jiān)控、環(huán)保節(jié)能、污水處理無線監(jiān)控等等。

下面以ETS通常選用的CPU模塊LM3108為例，進(jìn)行簡要說明。

LM3108 CPU模塊的主要特性：

1)      模塊集成了24輸入/16輸出，共40個開關(guān)量I/O點；

2)      可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至264路數(shù)字量I/O點或者56路模擬量I/O點；

3)      3個獨立的100KHz高速計數(shù)器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出；

4)      響應(yīng)時間<1ms< span="">；

5)      1個RS232通訊口，1個RS485通訊口，通訊協(xié)議有專有協(xié)議、MODBUS協(xié)議和自由協(xié)議等方式。

當(dāng)PLC需要作為從站連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)時，只要配上PROFIBUS-DP從站模塊LM3401即可，該模塊上可以設(shè)置波特率、模塊地址等通訊參數(shù)。

同樣，當(dāng)PLC需要作為從站接入MODBUS/TCP網(wǎng)絡(luò)時，只要配上MODBUS/TCP從站模塊LM3403即可，該模塊上可以設(shè)置IP地址。

圖一：CPU模塊外觀圖

另外，當(dāng)CPU集成的I/O通道不夠用時，可以另配擴(kuò)展模塊。

圖二：擴(kuò)展模塊外觀圖

軟件介紹

PLC的組態(tài)軟件為PowerPro，該軟件基于Windows環(huán)境，符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)，具有離線仿真功能，用戶可在程序試運行之前測試邏輯正確與否，而無需下載到硬件設(shè)備，極大方便程序的調(diào)試，具有豐富高效的指令與功能塊，眾多的數(shù)據(jù)類型，靈活多樣的編程實現(xiàn)方法，并且具有用戶程序的密碼保護(hù)功能。

下圖為ETS監(jiān)視畫面圖，綠燈為默認(rèn)狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)項開關(guān)投入或者來ETS保護(hù)動作條件時變成紅燈。其中如凝汽器真空低、潤滑油壓低等有3路信號參與保護(hù)時，在邏輯里作3取2處理，當(dāng)任何2路動作時，ETS遮斷動作。

圖三：監(jiān)視畫面圖1

圖四：監(jiān)視畫面圖2

ETS設(shè)計要點

l  獨立、冗余的電源系統(tǒng)

系統(tǒng)要連續(xù)可靠運行，電源是不可缺少的，電源的設(shè)計就尤為重要。我們采用冗余的電源系統(tǒng)，引兩路220VAC電源至控制柜，其中一路來自UPS，一路來自廠用電，分別至24VDC電源轉(zhuǎn)換模塊，如果任何一路電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍可正常工作。

l  冗余的硬件配置

從原理圖上可以看出，我們采用冗余的PLC配置，兩套系統(tǒng)完全獨立，同時工作，當(dāng)任何一套PLC出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍可完成遮斷任務(wù)。

圖五：ETS原理圖

l  接入信號

要求各路保護(hù)信號由硬接線方式接入系統(tǒng)柜，以減少中間環(huán)節(jié)和延遲時間。通常參與保護(hù)的條件有：發(fā)電機主保護(hù)動作、凝汽器真空低、潤滑油壓低、軸向位移大、汽機超速、DEH開出打閘、軸承回油溫度高及手動停機等。系統(tǒng)設(shè)置有備用通道，除了上述信號，當(dāng)用戶需要加入其他條件參與保護(hù)時，可以方便接入。

l  手動停機信號

一般，現(xiàn)場會設(shè)計一路手動停機信號進(jìn)入ETS系統(tǒng)，通常設(shè)在監(jiān)視及操作該臺汽輪機的控制臺上，并且為加蓋雙按鈕串聯(lián)設(shè)計。該信號進(jìn)入ETS控制柜后，其中一副觸點直接接入輸出回路而不通過PLC，以實現(xiàn)快速停機，為實現(xiàn)監(jiān)視及首出記錄，另外接兩副觸點分別進(jìn)PLC系統(tǒng)。

l  首出回路

當(dāng)ETS系統(tǒng)動作后，為盡快排除故障，要求迅速、準(zhǔn)確地掌握機組跳閘的原因。因此，ETS邏輯上設(shè)計有首出回路，用以記錄跳閘回路中首先出現(xiàn)的跳閘條件。

在重新開機前，務(wù)必將首出信號復(fù)位，否則下次停機時ETS系統(tǒng)無法判斷首出信號?？刂乒裆显O(shè)計有首出復(fù)位按鈕，首出復(fù)位可以根據(jù)現(xiàn)場需要在畫面做復(fù)位按鈕，硬件復(fù)位按鈕和軟復(fù)位按鈕操作其中一個即可。

l  ETS動作輸出

ETS輸出信號類型取決于現(xiàn)場設(shè)備。按照設(shè)計需要ETS提供有源輸出信號，如果為有源信號，那么需要單獨將一路電源送進(jìn)ETS給現(xiàn)場設(shè)備供電。如果輸出給停機電磁閥的信號為脈寬型，可以根據(jù)需要設(shè)置脈寬長度。

l  投切開關(guān)

系統(tǒng)設(shè)計有ETS總投切開關(guān)及各動作條件的分項投切開關(guān)?？梢愿鶕?jù)需要，配合組態(tài)使用。通常設(shè)計為，只有總投切開關(guān)投入時系統(tǒng)才會動作輸出。對于各個分項可以選擇性投入，當(dāng)暫時不需要某個信號參與保護(hù)時可以將其切除。為安全可靠起見，投切開關(guān)不作軟投切按鈕。

圖六：投切開關(guān)及電源指示面板圖

l  電源監(jiān)視

對兩路引入機柜的系統(tǒng)電源設(shè)有電源監(jiān)視，當(dāng)兩路電源均消失時，提醒相應(yīng)人員采取必要措施。并且在機柜內(nèi)部設(shè)計有電源指示燈。

l  SOE信號輸出端口預(yù)留

一些現(xiàn)場信號通常只有一副觸點，為保證安全，將該信號接入ETS機柜，在ETS控制柜里通過擴(kuò)展預(yù)留了SOE信號端口，以便送給SOE裝置使用。

總結(jié)

安全生產(chǎn)是電廠工作的重中之重，ETS作為汽輪機保護(hù)中電子部分的最后一個環(huán)節(jié)，有著至關(guān)重要的地位。鑒于ETS系統(tǒng)的重要性，我們選取快速的PLC控制。從電源系統(tǒng)、信號輸入、信號處理及動作輸出各個環(huán)節(jié)考慮了系統(tǒng)的快速性和可靠性。

ETS機柜可以單獨使用，也可以接入大型控制系統(tǒng)。

ETS系統(tǒng)是現(xiàn)場控制系統(tǒng)的一部分，必將涉及到與現(xiàn)場及其他系統(tǒng)的信號接口問題，因此在系統(tǒng)設(shè)計前必須對個環(huán)節(jié)作充分考慮及協(xié)商。

作為緊急跳閘系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的獨立性和安全性，ETS僅通過控制停機電磁閥來控制汽輪機保安系統(tǒng)，關(guān)閉汽輪機全部蒸汽進(jìn)汽閥，緊急停機，因此，對與報警或者聯(lián)動等其他功能建議不做在ETS柜。