基于S7—200PLC的ETS系統在余熱發電機組的應用實現

祝廣場

摘 要：針對余熱發電工程中汽輪機和發電機的保護項目，提出了基于西門子S7-200系列PLC的汽輪發電機組保護系統。該系統采用冗余統結構，提高了裝置的可靠性。西門子S7-200系列PLC組件豐富，擴展方便，編程靈活，由其實現的ETS系統在工業現場得到了廣泛應用。

關鍵詞：西門子；余熱發電；PLC；ETS

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.132

ETS裝置即汽輪機危急遮斷裝置，它的工作過程是，匯總汽輪機跳閘的信號，然后輸出跳閘信號到跳閘電磁閥，跳閘電磁閥卸掉保安系統的保安油，迅速關閉汽輪機的主汽閥和調節閥，進而完成汽輪機跳閘。

以往國內的ETS裝置大都是由繼電器組成的，其可靠性由繼電器的質量決定，靈活性受到一定的限制。由于繼電器硬接線回路容易出現設備老化的問題，或是因為積灰而導致接觸不良，增加拒動或誤動的可能性。隨著可編程控制技術的發展，目前，不少機組的ETS系統采用可編程控制器（PLC）進行編程控制，并且采用雙電源、雙CPU、雙I/O的冗余模式，大大提高了ETS的可靠性和靈活性。

本文以某余熱發電機組為例，設計了基于西門子S7-200系列PLC的ETS裝置。

1 ETS裝置的功能和特點

1.1 ETS裝置要實現的功能

1.1.1 汽輪機保護

ETS的主要功能是檢測跳閘請求信號的準確性，并快速響應正確的跳閘請求信號。當超過極限時，關閉汽輪機全部進汽閥門和調節汽門，使汽輪機緊急停機，以保證汽輪機的安全。

1.1.2 預留擴展接口

ETS系統留有所有跳機信號的輸出接口（SOE）和相應的DCS、DEH使用的輸出接口等。

1.1.3 故障安全性

ETS系統能在自身系統故障時發出系統故障報警信號，同時，自動切斷相應的停機信號輸出，以免發生誤動。ETS系統電源失電故障屬于系統的可恢復性故障，一旦重新受電，PLC模塊能自動恢復，正常工作，無需運行人員的任何干預。

1.1.4 數據濾波

ETS系統所有接點輸入模件都有防抖動濾波處理功能（ETS系統所有數字量輸入都有防抖動處理功能）。數字量輸出模塊采用光電隔離輸出，能直接驅動控制電動機、中間繼電器或接觸器。每一個DO所輸出的接點（干接點）都能滿足控制回路的要求。

1.1.5 在線試驗

ETS系統每一停機回路都具有在線試驗功能。在線試驗時，當滿足跳閘保護條件時，系統仍能完成停機保護功能。

1.2 采用PLC實現的ETS裝置的特點

該裝置采用雙路電源供電，可以實現無擾切換，穩定性好，可靠性高。同時，可以通過PC修改邏輯，可以方便地改變邏輯，以實現不同功能。采用PLC硬件，模塊化結構設計，系統維護量小，很容易實現硬件的變更或擴展。利用PLC系統可編程的特點，代替了以往ETS裝置中大量的繼電器連接線，大大減少了故障點。系統對每一項跳閘信號都有輸出至DCS SOE的接口，方便追憶和分析事故。另外，系統采集的現場信號全部隔離，包括一次元件或二次儀表所提供的信號和指令，抗干擾能力強。

2 ETS裝置的設計及實現

2.1 ETS裝置的保護項目

本項目為7.5 MW余熱發電機組，其汽輪機采用山東青能動力S7-0.55型飽和蒸汽汽輪機，發電機為東方電氣集團東風電機有限公司的QF2-7.5-2Z型。機組ETS保護項目如表1所示。

2.2 電源系統

本項目ETS系統接受一路AC220 V/50 Hz的電源，經過2個開關電源轉換為兩路24 V的DC電源，互為備用，并且在ETS系統中完成兩路直流電源的自動切換。任意一路電源故障，ETS仍然具有保護作用，機組仍可繼續運行，且ETS系統會輸出報警信號，電源電路如圖1所示。

由圖1可知，電源切換回路抗浪涌的二極管電路確保在冗余供電、沒有電壓差時，2個冗余電源同時向系統供電，每個電源承擔1/2負荷，使得供電系統長期低負載運行，可靠穩定。如果一個電源模塊發生故障，另一個電源模塊會無擾動地接管供電任務，而且不超過一個電源模塊的供電能力。

2.3 CPU及其IO回路

PLC組件是由2套獨立的PLC組件組成，即主PLC和輔助PLC。這些PLC組件采用智能遮斷邏輯，必要時提供準確的汽輪機遮斷信號，每一組PLC都包括處理器卡（CPU）和I/O接口卡。I/O接口組件提供接口功能，ETS系統采用冗余的工作站完成邏輯處理。任何一個PLC工作站出現故障，都不影響ETS系統的運行，冗余的PLC工作站保證系統的控制和保護功能不會丟失或延遲。每一項停機信號都有2個互為冗余的DO（干接點）輸出。

單套PLC系統的組成如圖2所示，2套PLC的配置完全一致。

2.4 跳閘指示和投切回路

ETS裝置具有跳閘指示回路和保護投切回路，如圖3所示。保護投切回路允許切除某個保護，以方便檢修工作，降低誤操作的概率。

2.5 主要設備清單

該項目中的ETS裝置所需設備清單如表2所示。

3 結束語

西門子S7-200系列PLC具有成本低、集成方便、模塊豐富的特點。相關人員將S7-214CPU及其IO模塊設計的ETS裝置應用于某7.5 MW余熱發電工程中。實踐證明，該裝置運行穩定，能完全實現汽輪發電機組的保護功能。

參考文獻

[1]王興武，王曉峰，羅麗英.雙PLC在汽輪機組ETS中的應用[J].電站系統工程，2003，19（1）.

[2]許曼雄.可編程控制器在汽機危急遮斷系統中的應用[J].四川電力技術，2003（4）.

〔編輯：白潔〕