基于S7—200PLC的ETS系统在余热发电机组的应用实现

祝广场

摘 要：针对余热发电工程中汽轮机和发电机的保护项目，提出了基于西门子S7-200系列PLC的汽轮发电机组保护系统。该系统采用冗余统结构，提高了装置的可靠性。西门子S7-200系列PLC組件丰富，扩展方便，编程灵活，由其实现的ETS系统在工业现场得到了广泛应用。

关键词：西门子；余热发电；PLC；ETS

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.132

ETS装置即汽轮机危急遮断装置，它的工作过程是，汇总汽轮机跳闸的信号，然后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，迅速关闭汽轮机的主汽阀和调节阀，进而完成汽轮机跳闸。

以往国内的ETS装置大都是由继电器组成的，其可靠性由继电器的质量决定，灵活性受到一定的限制。由于继电器硬接线回路容易出现设备老化的问题，或是因为积灰而导致接触不良，增加拒动或误动的可能性。随着可编程控制技术的发展，目前，不少机组的ETS系统采用可编程控制器（PLC）进行编程控制，并且采用双电源、双CPU、双I/O的冗余模式，大大提高了ETS的可靠性和灵活性。

本文以某余热发电机组为例，设计了基于西门子S7-200系列PLC的ETS装置。

1 ETS装置的功能和特点

1.1 ETS装置要实现的功能

1.1.1 汽轮机保护

ETS的主要功能是检测跳闸请求信号的准确性，并快速响应正确的跳闸请求信号。当超过极限时，关闭汽轮机全部进汽阀门和调节汽门，使汽轮机紧急停机，以保证汽轮机的安全。

1.1.2 预留扩展接口

ETS系统留有所有跳机信号的输出接口（SOE）和相应的DCS、DEH使用的输出接口等。

1.1.3 故障安全性

ETS系统能在自身系统故障时发出系统故障报警信号，同时，自动切断相应的停机信号输出，以免发生误动。ETS系统电源失电故障属于系统的可恢复性故障，一旦重新受电，PLC模块能自动恢复，正常工作，无需运行人员的任何干预。

1.1.4 数据滤波

ETS系统所有接点输入模件都有防抖动滤波处理功能（ETS系统所有数字量输入都有防抖动处理功能）。数字量输出模块采用光电隔离输出，能直接驱动控制电动机、中间继电器或接触器。每一个DO所输出的接点（干接点）都能满足控制回路的要求。

1.1.5 在线试验

ETS系统每一停机回路都具有在线试验功能。在线试验时，当满足跳闸保护条件时，系统仍能完成停机保护功能。

1.2 采用PLC实现的ETS装置的特点

该装置采用双路电源供电，可以实现无扰切换，稳定性好，可靠性高。同时，可以通过PC修改逻辑，可以方便地改变逻辑，以实现不同功能。采用PLC硬件，模块化结构设计，系统维护量小，很容易实现硬件的变更或扩展。利用PLC系统可编程的特点，代替了以往ETS装置中大量的继电器连接线，大大减少了故障点。系统对每一项跳闸信号都有输出至DCS SOE的接口，方便追忆和分析事故。另外，系统采集的现场信号全部隔离，包括一次元件或二次仪表所提供的信号和指令，抗干扰能力强。

2 ETS装置的设计及实现

2.1 ETS装置的保护项目

本项目为7.5 MW余热发电机组，其汽轮机采用山东青能动力S7-0.55型饱和蒸汽汽轮机，发电机为东方电气集团东风电机有限公司的QF2-7.5-2Z型。机组ETS保护项目如表1所示。

2.2 电源系统

本项目ETS系统接受一路AC220 V/50 Hz的电源，经过2个开关电源转换为两路24 V的DC电源，互为备用，并且在ETS系统中完成两路直流电源的自动切换。任意一路电源故障，ETS仍然具有保护作用，机组仍可继续运行，且ETS系统会输出报警信号，电源电路如图1所示。

由图1可知，电源切换回路抗浪涌的二极管电路确保在冗余供电、没有电压差时，2个冗余电源同时向系统供电，每个电源承担1/2负荷，使得供电系统长期低负载运行，可靠稳定。如果一个电源模块发生故障，另一个电源模块会无扰动地接管供电任务，而且不超过一个电源模块的供电能力。

2.3 CPU及其IO回路

PLC组件是由2套独立的PLC组件组成，即主PLC和辅助PLC。这些PLC组件采用智能遮断逻辑，必要时提供准确的汽轮机遮断信号，每一组PLC都包括处理器卡（CPU）和I/O接口卡。I/O接口组件提供接口功能，ETS系统采用冗余的工作站完成逻辑处理。任何一个PLC工作站出现故障，都不影响ETS系统的运行，冗余的PLC工作站保证系统的控制和保护功能不会丢失或延迟。每一项停机信号都有2个互为冗余的DO（干接点）输出。

单套PLC系统的组成如图2所示，2套PLC的配置完全一致。

2.4 跳闸指示和投切回路

ETS装置具有跳闸指示回路和保护投切回路，如图3所示。保护投切回路允许切除某个保护，以方便检修工作，降低误操作的概率。

2.5 主要设备清单

该项目中的ETS装置所需设备清单如表2所示。

3 结束语

西门子S7-200系列PLC具有成本低、集成方便、模块丰富的特点。相关人员将S7-214CPU及其IO模块设计的ETS装置应用于某7.5 MW余热发电工程中。实践证明，该装置运行稳定，能完全实现汽轮发电机组的保护功能。

参考文献

[1]王兴武，王晓峰，罗丽英.双PLC在汽轮机组ETS中的应用[J].电站系统工程，2003，19（1）.

[2]许曼雄.可编程控制器在汽机危急遮断系统中的应用[J].四川电力技术，2003（4）.

〔编辑：白洁〕