1 引言
汽轮机危急跳闸系统(ETS)是汽轮机保护最重要的一环，它是汽轮机电跳闸的出口，其运行安全与否直接影响到汽轮机的安全运行。ETS监测汽轮机的一些重要参数，如:润滑油压力、凝汽器真空、汽机转速、转子振动、轴向位移等，当这些参数越限时，输出跳闸信号到跳闸电磁阀，跳闸电磁阀卸掉保安系统的保安油，使汽轮机的主汽阀和调节阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能，使汽轮机紧急停机，处于安全状态，以避免发生严重的后果。
过去的汽轮机危急跳闸系统是由继电器、触发器等独立电气元件组成简单的逻辑回路，由分离电子元件组成电子线路板接收模拟量输入(转速)等来实现系统控制功能，其特点是:线路复杂、体积庞大，功能有限;可靠性低，常出现“拒动”或“误动”;稳定性和灵活性差，极不利于系统维护工作。因此，必须对其进行改造。
以耒阳电厂为例, 在2号机组(200 MW)DCS改造过程中，对的汽轮机危急跳闸系统也进行了改造，淘汰了以往的危急跳闸联锁保护柜, 采用了以可编程逻辑控制器(PLC)为核心的ETS。此次ETS改造是由笔者负责安装、编程、调试的, 现在介绍PLC在汽轮机ETS中的应用情况。
2 系统组成
耒阳电厂的2号机组(200 MW)的ETS系统是以可编程逻辑控制器PLC为核心的控制柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成，系统装置如图1所示。ETS控制柜里主要有双PLC、报警继电器、跳闸继电器、保护投切盘等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况。且系统具有在线试验功能。
图1 ETS系统装置图
借助DCS系统的强大功能，使ETS系统的人机界面成为DCS系统的一个子系统。可以方便地对整个ETS系统进行直观的状态监视分析，对系统状态和众多过程量设置声光报警。并且把汽轮机跳闸的首出原因送进了事故追忆系统(SOE)，可以方便的查找汽轮机跳闸原因。这样丰富和完善了对ETS系统的检修、维护手段，提高了自动化水平。
ETS选用了西门子公司的S7系列PLC，选用了电源模块、CPU模块、DI模块和DO模块。由PLC的中央处理单元CPU完成所有输入信号的逻辑处理和输出信号的逻辑控制。由于系统对该装置的可靠性要求特别高，即保证在任何可能发生的紧急情况下，都能准确无误地使汽轮机组停机，所以该套装置设置为双PLC运行方式。由于双PLC是并列运行，互不干扰，并具有“或”的关系，不需要在线热切换，所以不存在切换扰动的问题。若其中任意一套发生故障，另一套可编程控制器还是正常运行，此时，汽机运行的保护功能仍是完整的。这种双PLC控制方案比通常所讲的双冗余控制方案的可靠性更高一些。
3 程序设计
输入信号要求设定并组合，如三选二(确保消除误停机现象)、四选二(适用于需要在线试验的情况)，编程过程中可编程逻辑控制器的特点尽最大可能的发挥。通过编写功能“子程序”、“中断”程序等，达到控制功能完整，运行快捷的目的。传统控制方式中某一功能的触点的可靠性受器件的限制，而改用可编程控制器后，该功能的触点就变成控制器的一个内在虚拟的地址，它的使用完全可以根据需求来确定。
输出信号选用带隔离、独立回路的DO输出卡件，输出触点的带负载的能力完全满足系统中执行元件的要求。
4 系统性能特点
应用PLC的ETS系统具有如下性能特点:
(1) 正确性、可靠性高
正确性、可靠性是汽轮机ETS系统的关键，本系统采用了双PLC运行方式，确保整套装置在任何情况下，都能正确可靠地实现汽轮机跳闸功能。以往装置中重点关注的汽机“拒跳”或“误跳”的情况，在设计过程中得到充分合理的处理，这在技术上保证了系统的高可靠性。在PLC选型方面，充分利用质量上乘的产品，选用了最具有实力的西门子公司的S7系列PLC，这在硬件上保证了系统的高可靠性。
(2) 系统功能强
由于可编程逻辑控制器体积小，集成化程度高，运算速度快，逻辑控制容量大，所以整套程序中除了状态报警、遮断停机等常规功能外，还添加了在线试验功能。该功能的作用在于:在机组正常运行时, 检查压力开关、电磁阀等外围元器件的状态, 提高整套装置的自身安全系数。
由于原控制系统具有精确、灵敏，但抗干扰性差的特性，部分强电输出的控制部分无法直接完成，而可编程逻辑控制器在器件的选配方面已充分考虑到这一点，所以在ETS系统中增加了这部分功能。
增加汽机跳闸首出原因记忆功能，帮助运行人员在第一时间知道停机的第一起因，避免了以往或者显示面板上有多项报警指示，分析不出第一起因，或者随着现场情况的瞬息变换，指示灯的熄灭，也找不到第一起因。同时，该功能的存在也为事故追忆系统(SOE)的记录提供了验证手段。该功能完全通过程序编写完成，不需要增加任何硬件设备，而且完全应用编程技巧。在没有发生停机条件时，该功能不需要执行，不占用系统监测的时间，使系统的监测、停机功能得到最大程度的实现。
(3) 自动化程度高
对于信号处理，如“延时”等功能，原来要求运行人员一直“按着”的按钮，现变成“按一下”软按钮，蜂鸣器一响即可，原来需要持续若干秒的要求可在程序中通过“秒脉冲”逻辑完成。该功能可多处使用，编程时不存在“资源紧张”的问题。同样的还有“定时器”、“RS触发器”、“PID调节器”等分离元件所具有的器件功能。这些器件在PLC中均成为虚拟器件，能充分完成这些功能的要求。对该系统而言它们的使用数量是微不足道的，完全可以尽情使用。编程逻辑控制器中DI、DO卡件面板上的状态指示灯上，各种状态一目了然，故障排查简便易行。
(4) 制作程序化
整套装置的硬接线部分只涉及到确定所需输入和输出可编程控制器的信号，而控制逻辑部分完全固化在EPROM中。对于功能增减的要求，通过修改程序后，下载程序，完成在EPROM中的内容修改即可。监视整个装置的工作情况，包括信号的状态模拟、控制逻辑功能的“脱机”或在线调试等，均可在PC机上完成。
5 结束语
经过改造之后，耒阳电厂的2号机组(200 MW)的ETS系统的设计完全性可以达到大机组(300MW以上)的安全水平，应当说是很完善的安全系统设计。现在该系统已经安全运行一年半了，从未出现过任何问题，效果非常好。
参考文献
[1] 齐 蓉. 最新可编程控制器教程. 西安:西北工业大学出版社,2000
[2] 路林吉,王 坚,江龙康. 可编程控制器原理及应用. 北京:清华大学出版社,2002
[3] 史国生. 电气控制与可编程控制器技术. 北京:化学工业出版社,2004
[4] SIEMENS SIMATIC S7-300可编程控制器硬件和安装手册. 西门子(中国)有限公司 2000版
作者简介
刘飞龙(1976-) 男 毕业于华北电力大学，曾在耒阳电厂从事热工技术工作，现为武汉大学自动化系硕士研究生。
