宁伟
（黑龙江省双鸭山市友谊县友谊镇国电友谊生物质发电有限公司）
摘要：PLC指一种数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，应用于机械化生产控制的过程，将其运用在电厂给水泵汽轮机的运作过程，使其操作模式较为简便、可塑性较强，同时可实现对多种类型设备的良好适应性。本文电厂给水泵汽轮控制中有控制系统结构、系统控制及程序设计等内容进行详细分析。
关键词：PLC；电厂；给水泵汽轮机；运用
一、PLC实例基本概况与改进必要性分析
现阶段我国在电力行业领域中推行着“珍惜生命，安全第一”的基本作业方针。在电厂电力电网中担负保障各种发电机组的安全、稳定运行的任务，相关工作人员需要利用各种先进设备与技术手段，促使机组保护系统对各种机组开展的措施动作具有及时性、准确性、可靠性等特点。给水泵汽轮机控制系统有效防止水泵误动，从而合理规避控制中心主机系统频繁跳闸，为发电机组的安全稳定运行提供可靠性保障。本文选取的电厂一期工程共配置有2台300MW的发电机组，每台机组内各含有1台给水泵汽轮机，其控制系统都采用原厂标配系统，选用DZ型号直流继电器设备硬接线作为逻辑控制系统，在电厂内部负责包括气泵复位、跳闸控制、信号检测及断偶保护等在内的任务。
二、硬件系统组成
本控制系统主要由人机交换界面（HMI）、可编程控制器（PLC）组成。
1.可编程控制器（PLC）
PLC选用西门子S7-300。S7-300是一种通用性的PLC，适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是生产制造过程。其模块化、无风扇结构、易于实现分布式配置、循环周期短、指令集功能强大以及用户易于掌握等特点使得S7-300在完成生产制造工程、汽车工业、通用机械制造、工艺过程及包装等工业的任务时，成为一种既经济有符合实际的解决方案。
S7-300是由机架（中央控制器/扩展单元）和各种模块组成其中包括PS电源模块，CPU处理器模块，SM信号模块，IM接口模块，FM功能模块，CP通信模块。
2.人机交换界面（HMI）
人机交换界面（HMI）又称人机接口。从广义上说，HMI泛指计算机（包括PLC）与操作人员交换信息的设备。在控制领域，HMI一般特指用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。
本控制系统中选用“TP 177B color PN/DP”6寸触摸式屏幕。TP 177B是通用触摸屏，可纵向或者横向安装，用户储存器容量为2MB，有一个RS-422/485接口和一个内置的USB接口，后者可以接键盘、鼠标、打印机、读码器和下载项目文件。有硬件实时时钟和标准的多媒体卡（MMC）插槽，MMC可用于配方数据、归档、组态和系统数据的备份和恢复。将数据储存为*.CSV格式，可以在PC上用Excel等工具处理这些数据。
3.软件系统组成
控制系统的程序采用STEP7 V5.4编程软件编写。STEP7编程软件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的win CC，是供他们编程、监控和参数设置的标准工具。
人机交换界面的组态是由Win CC flexible2008组态软件完成的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Win CC flexible是在Pro tool的基础上发展起来的，并且与Pro tool保持了兼容性，还支持多种语言，可以全球通用。Win CC flexible综合了Win CC的开放性和可扩展性，以及Pro tool的易用性。Win CC flexible具有开放性的扩展功能，带有Visual Basic脚本功能，集成了ActiveX控件，可以将人机界面集成到TCP/IP网络。本控制系统的人机交换界面。
三、给水泵汽轮机振动测试环节
1.轴振测试及特点
在给水泵汽轮机发生故障后对其轴承进行了振动测试，得出的测试结果如表一所示。
通过现场的观察发现，该水泵汽轮机的轴振具有以下几个特点：一是当机组的负荷270MW时，水泵汽轮机的振动幅度相对较为稳定，并且呈现出这样一个规律，负荷越高，振幅就越稳定。二是该水泵汽轮机的轴振以工频为主。三是水泵汽轮机的缸体内还会发出一些异常声音，当负荷在250MW时，异常声音非常明显。
2.频率测试以及分析
第一，对水泵汽轮机的轴承座、排气缸等进行频率测试，采用捶击法测试，测量结果见表二。可以明显看出，由于不同的测点存在着不同的振型，对应着不同的频率，这样就造成了不同的频率峰值。
第二，对水泵汽轮机的排汽管进行测试，测量结果见表三。其中，测点1-4均分布在水泵汽轮机排汽垂直下降管的方形管段部分，这四块钢板与下部的5-8号弯形钢板分别焊接，它们的固有频率差异大。1-4号的固有频率均在85-95Hz范围内，这四块钢板的转速则在5100-5700r/min范围内。而下部的5-8号钢板的频率均在135Hz上下浮动。另外，对排汽管封口端的波纹管两侧进行频率测试发现，11、12两处的固有频率为75Hz，对应的转速为4500r/min；且离波纹管距离越短，振型越明显。
3.汽轮机振动的危害性
振动又称机械振动，是指某一物体在平衡位置附近不断的做往复运动，振动的几个基本参考量为振幅、频率和相位。
振幅是指物体震动或者动态运动下的幅度，它代表着机械振动的强度，同时振幅的大小往往和机器振动的严重程度成正比，运转状态良好的机器的振幅通常情况下不会很大；频率作为振动原因分析的重要依据，其单位为赫兹（Hz），指物体在每秒钟内完成振动的次数；相位代表的是振动质点的相对位置，振动信号的振源不同，那么相位也就不同，相位的测量对于诊断故障以及进行运动平衡来说有很重要的作用。
一般来讲汽轮机的转速和温度都是很高的，振动情况严重的汽轮机可能会引发严重的后果，比如导致遮断器发生误动作；滑动轴承损坏并造成轴瓦破裂；造成滑销磨损故障，从而影响到机组不能正常的热膨胀；汽轮机叶片的动应力过高，导致发生疲劳进而折断；通流部分产生严重的摩擦情况，甚至可能引起主轴的弯曲；机组的某些部件会松动甚至脱落，然后击碎机体飞出等等。
四、汽轮机驱动水泵节能分析
1.三种驱动方式的用能分析
在分析便捷的需求下，需要将工频电机进行直接驱动的给水泵直接称作为电动给水泵。电动给水泵的实际功能概括就是将热能通过加工处理转化为电能，然后再将电能通过特殊处理方法转化为机械能。变频方式的给水泵也可以实现这一形式的能源转化，但是主要的区别在于频率的改变可以在应用符合锅炉供水需要的同时保证电能到机械能转化过程中的能源消耗。汽动给水泵主要是蒸汽能源作用下的能源转化，也就是热能到机械能的转化，所以可以通过汽轮机的整体进汽输入量来控制好水泵的压力。
2.改造方案的综合效益分析
通过企业设备节能改造，应该制定合理标准进行经济性衡量，可以进行综合的经济效益分析，如果采用3 台 200kW 的电动给水泵加装 1台 200 kVA 进口变频器，通过频率控制来调节锅炉给水量和速度，以此来进一步降低发电厂厂用电的能源消耗，预算出实际的投资成本为 30万元。
如果将 3台电动给水泵改整体改造成3台 220 kW 的汽动给水泵，因为整体机组运行方式差异，排除锅炉给水泵应用的可行性，剩余的机组设备都需重新更换，附加整体机组设备的安装费用，预计整体的投资成本为25 万元。可以有效简化机组运行方式以及节省综合的投资成本，经过研究论证，可以将其整体改造成2 台 400 kW的汽动给水泵，预计投资成本为 20 万元。
3.改造后的实际效果分析
通过改造后的节能分析可以发现，将 3 台 220 kW 电动给水泵改改装2台型号为 B0.4- 0.5/0.1、额定功率为440 kW、进汽压力和温度分别为 05 MPa、250 ℃，排汽压力为0.3 MPa 的小汽轮机，驱动型号为GD88- 85×5、流量为 100m2/h、扬程为 320 m、功率为350.8 kW、效率为 75%的给水泵，合计投资成本为 25 万元。
结语
本系统采用PLC，提高给水泵汽轮机控制系统的安全性能，多次避免保护系统由于控制设备故障引起的误动，尤其是在热电偶断偶保护方面起到很好额定作用。采用热备PLC后，系统运行正常，减少工作人员的维护工作量，系统对给水泵汽轮机跳闸信号的详细记录，为检查跳闸前后状态参数，为分析跳闸原因提供可靠的科学依据。
参考文献：
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[2]李书慧.火力发电厂汽轮机组节能降耗措施分析[J].中国高新技术企业，2015（25）：112-114.
[3]张祥.火力发电厂汽轮机系统运行中存在的问题与应对措施分析[J].中国高新技术企业，2015（13）：142-143.
论文作者:宁伟
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/23
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