汽轮机DCS系统设计

马超

摘 要： 汽轮机DCS系统结合汽轮机电液调节控制系统和汽轮机紧急跳闸保护系统，在深入研究汽轮机调速原理，实现汽轮机转速，热井水位， 泵类等智能远程控制，保护系统方面，在发生危险信号时，能及时停机，

关键词：汽轮机；DCS系统；设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.036

汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，在用途上分成发电汽轮机和工业驱动汽轮机。系统在运行下，参数是不同的，而且彼此之间相互作用，如果参数值超出了正常规范值就要紧急，要立即停止机器运行，才能保证汽轮机的安全。想实现此功能，要求配备自动化装置，也就是DCS分散控制系统，分散控制，集中管理四个部分，现场控制站、工程师站、操作员站和系统网络。

1 DCS系统结构设计

汽轮机的安全保护是非常重要的，DCS系统是对汽轮机远程和集中控制的重要安保措施，通过分析汽轮机的运行数据，判断机汽轮机的生产管理。系统的设计要求是清晰简单，易于操作，上位机用计算机，还需要设备占的设置，以及物理參数测量传感器，操作控制器，变送器等接连，采用信息诊断融合，提高传感器信号可靠性与融合技术。编写程序控制器，采用快速傅里叶变换，针对信号的振动进行处理，采用集中远控的方式，可以直接在上位机的界面操作，控制。

（1）硬件设计。随着技术的完善 ，人工智能系统对汽轮机的故障进行诊断 ，获得了很好的效果 ，系统硬件包括汽轮机控制，汽机保护、信号采集和上位机监控几部分。诊断策略通常是模糊诊断、模式识别、人工神经网络和专家系统。汽轮机通过调速系统和设备控制来管理，在上位机输入转速值，控制器进行比较数值，经过PID运算，再经电液转换器控制汽轮机的转速，从而对汽轮机的设备、油泵、风机等设备管理和控制。给定变频率，频域变换法是机械设备故障诊断中使用得最为广泛的处理方法，对原信号进行相关处理，再转换成频谱的形式，由控制器通信传输，控制远程设备的运行。汽轮机的保护措施是良好运行的保证，当人按下急停按钮或者机器故障自动停机的时候，程序的数字量输出模块，会输出信号控制电磁阀高压油关，再切断主气阀停机。飞脱时产生的工频振动是突发性的，振幅和相位同时增长到固定值。系统采集数据，并计算，分析，传输给上位机，实现集中监控和管理所有的分散控制系统。

（2） DCS系统通信网络。DCS 的通信网络可以分为两方面，控制器与上位计算机的通信，控制器与I/O设备站和从站的通信。分别采用工业以太网和ProfibusDP。以太网的特点是传输速度快，可达100Mbit/S，采用CP443-1，和CP1613模块，两台交换机，组成上网冗余网络。 ProfibusDP主站周期读取和输出信息，采用RS485中继器，I/O设备采用IM153-2，也是可靠的双网络。

2 DCS系统控制方案设计

汽轮机正常没有故障时候，振动随机，出现故障的时候，有周期性冲击，自相关函数会出现大峰值。蒸汽发生器的高温高压蒸汽要通过主汽阀、调节阀进入，汽轮机。工业驱动汽轮机的控制系统核心包括调速系统，热井水位调节系统。锅炉制造出蒸汽，转化成汽轮机所需的热能，在转子加热到一定温度时，粘附在中心孔壁上的润滑油发生热交换，汽轮机转速信号可以可控制调节阀的开度，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。控制信号输出控制电流，经过电液转换器控制调节阀开度。接触材料之间存在着能量的吸收和转移。

位移传感器测定油动机的行程信号，可以在转速一定的时候保证不受干扰和负载所造成的影响。通流部分的动静间隙是受多种因素影响的。热井水为调节系统控制水量，调节水泵，凝结水量不变时，控制水泵转速，才能保持水位恒定。

水泵的变频率由PID计算， 工业汽轮机控制系统方案设计如图1。

3 汽轮机调速方案设计

汽轮机通过PID控制算法，输出电信号，汽轮机组转速、功率的自动调节，以及在DEH遥控下机组调节控制，经电液转换器变成油压信号达到汽轮机要求的转速.有CRT显示运行参数，PID算法采用级联控制器，节流调节双向切换，根据过程变量的错误参数影响那个控制器定点.这个过程变量PV1可以通过主控器控制和调节设定点SP1，SP2.实现汽轮机自启动、监视和自动负荷控制，采用磁阻式转速传感器，发出的脉冲信号要求。转速测量采用几组独立的传感器信号，PLC模拟输入模块保证信号的准确，采用三取二逻辑的方法，反映机组运行状态的信号。这种沉余配置可以避免信号故障，不会发生变跳。接受机组的转速、调节级压力，暖机，升速，直至系统稳定。热井水位调节系统是汽轮机凝汽设备的一个很重要的部分，凝汽设备在汽轮机排气口保持真空度，用空气泵抽出空气，凝汽内压力升高。隔膜阀使这两个系统的跳闸母管相连，热井水为的信号有差变压器传送，转换成4-20ma的电流信号，阀门位置指令增加时PLC程序处理变化成热井实际水位，再经PID程序算出转速频率。采用PI控制水位变化，保持热井水位的稳定。

4 汽轮机DCS系统保护方案设计

ETS系统是保护汽轮机发生紧急跳闸，在发生危险时，紧急停机，保护汽轮机安全的系统。当紧急事故如真空低，遥控跳闸信号等发生时，由自动保护系统动作AST电磁阀，汽轮机超速运行容易造成事故，导致生产中断，和机身损坏，当停机值到达，TSI系统的转速信号由数字量输出模块输出信号，控制解除其，不让ETS系统复位，保证汽轮机安全。 汽轮机启动时，DEH装置发出控制信号通过预启阀进行升速和暖机，轴向位移信号来自TSI系统，采用电涡流位移传感检测，转速控制精度达到正负1r/min，本系统轴向位移报警值为士0.5mm，自动地迅速冲过临界转速区，切至高压调门控制，直到额定转速。当发电机跳闸或遥控允许触点断开时，控制器会立刻恢复到操作员自动方式运行。汽轮机DCS系统通过 汽轮机电液调节控制系统和汽轮机紧急跳闸保护系统，实时采集机组运行参数，发出转数、负荷变化率请求，深入研究汽轮机速度调节原理，实现汽轮机转速、热井水位、泵类等智能远程控制，可以外挂式接入，可操作性强，保护系统方面，在发生危险信号时，能及时停机，是良好的人机界面和数据管理系统。