基于SupMAX的汽輪機轉(zhuǎn)速控制過程設(shè)計

張祎男

摘要：汽輪機作為一個靠蒸汽帶動葉片旋轉(zhuǎn)做功的原動機，其轉(zhuǎn)速對汽輪機來說至關(guān)重要，可以說汽輪機轉(zhuǎn)速直接影響著汽輪機的安全運行以及工作效率，因此對汽輪機的轉(zhuǎn)速進行控制是十分有必要的。本文應(yīng)用SupMAX軟件設(shè)計完成控制程序，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化時的自動控制。

關(guān)鍵詞：SupMAX;汽輪機調(diào)節(jié);轉(zhuǎn)速控制

0? 引言

汽輪機是一種高速旋轉(zhuǎn)并通過旋轉(zhuǎn)來做功的機械，其轉(zhuǎn)速與安全運行關(guān)系密切，因此汽輪機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)是汽輪機中必不可少的組成部分。汽輪機在實際工況中，隨著外界因素的變化，反轉(zhuǎn)矩會隨之產(chǎn)生變化，所以汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的任務(wù)是：當(dāng)主動轉(zhuǎn)矩與反轉(zhuǎn)矩不相等時，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，利用改變進氣量的方法使主動轉(zhuǎn)矩與反轉(zhuǎn)矩相等，最終達到新的穩(wěn)態(tài)，也可以說，汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就是保證機組轉(zhuǎn)速在允許的范圍內(nèi)變化。

目前，汽輪機主要采取以下幾種轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即機械式調(diào)節(jié)系統(tǒng)、半機械半液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)、全液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)、數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。隨著電子工業(yè)和計算機的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)已難以滿足電廠的綜合需要及對調(diào)節(jié)精度的需求，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)目前已經(jīng)取代了機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)而占據(jù)了主導(dǎo)地位。本文所做的基于SupMAX的汽輪機轉(zhuǎn)速控制過程設(shè)計中，就是利用了數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來實現(xiàn)對汽輪機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

1? 軟件介紹

SupMAX800分散控制系統(tǒng)軟件部分主要有工程師站組態(tài)編輯器、工程師站圖形編輯器、操作員站監(jiān)控軟件、歷史站軟件、SMCP軟件、GPSTIME軟件、HART模件的上位機軟件、SUPLINK軟件。本次設(shè)計主要利用了工程師站組態(tài)編輯器、工程師站圖形編輯器這兩個軟件，所以本文接下來主要介紹這兩款軟件。

工程師站組態(tài)編輯器主要是負(fù)責(zé)編輯組態(tài)，將各個功能不同的模件進行組合、邏輯連接，使其最終滿足工程的實際需求。工程師在使用工程師站組態(tài)編輯器時主要利用FBD編輯器進行編程，首先要新建DPU，輸入DPU的位號，使編程對應(yīng)實際的DPU;之后在DPU名稱下的各個進程中添加所需的卡件，這些卡件對應(yīng)實際的各種硬件，接著再添加各個模塊，工程師通過命名、輸入位號來賦予這些模塊實際意義，再將這些模塊和卡件連接到一起，通過邏輯運算完成其功能。最后執(zhí)行工程師站組態(tài)編輯器的通訊功能，將調(diào)試好的組態(tài)完全下載到DPU中，進行激活解凍，完成對目標(biāo)原件的控制。

工程師站圖形編輯器主要負(fù)責(zé)編輯操作員界面，操作員利用此界面完成對目標(biāo)原件的人為控制。工程師站圖形編輯器界面和市面上常見的繪圖軟件類似，工程師可人為繪制出想要的操作界面，也可插入圖片使操作界面更加美觀。接下來通過位號將操作界面的各種按鈕與DPU組態(tài)連接起來，使得這些按鈕可直接操控相應(yīng)原件。最后將所編輯的操作界面打包，通過位號編碼與組態(tài)鏈接在一起，完成對操作界面的編輯。

2? 基于SupMAX的汽輪機轉(zhuǎn)速控制過程設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

首先，初始化系統(tǒng)，由于汽輪機轉(zhuǎn)速與其進汽量有關(guān)，所以需要采集汽輪機進氣閥開度以及汽輪機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)，以確定其進汽量及轉(zhuǎn)速。接下來要把采集到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與報警值相對比，此時會出現(xiàn)兩種情況：第一種情況，轉(zhuǎn)速超過報警數(shù)值，則系統(tǒng)進行應(yīng)急處理，此時系統(tǒng)判斷汽輪機是否停轉(zhuǎn)，若未停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)直接進行緊急停轉(zhuǎn);若已停轉(zhuǎn)，則保持報警狀態(tài)，直至相關(guān)工作人員處理故障后，解除報警，將系統(tǒng)初始化，重新進行流程。第二種情況，轉(zhuǎn)速未超過報警值，此時需將汽輪機轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)范圍相比較，若超出預(yù)設(shè)范圍，則根據(jù)轉(zhuǎn)速與設(shè)定值差值及轉(zhuǎn)速與進氣閥閥門開度關(guān)系計算出閥門驅(qū)動輸出百分比，并將閥門驅(qū)動輸出百分比傳遞給油動機，進而控制進汽閥開度，使進氣量發(fā)生變化，改變汽輪機的轉(zhuǎn)速。改變完成后，重新對轉(zhuǎn)速、閥門開度數(shù)據(jù)進行采集，重復(fù)以上過程。

2.2 轉(zhuǎn)速控制過程設(shè)計

2.2.1 組態(tài)設(shè)計過程

本次轉(zhuǎn)速控制過程設(shè)計主要需要實現(xiàn)三個功能，第一個功能就是實現(xiàn)實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)速控制在2950到3050轉(zhuǎn)/分之間，第二個功能為在轉(zhuǎn)速超過3300轉(zhuǎn)/分時實現(xiàn)報警功能，第三個功能為在報警后隨即停機保護電動機。為實現(xiàn)這三個功能，需在SupMAX800分散控制系統(tǒng)中編輯組態(tài)，利用組態(tài)邏輯實現(xiàn)以上自動控制所需功能。下面詳細(xì)介紹組態(tài)編輯過程。

①打開工程師站，在工程師站新建項目，在項目中新建DPU域，定義DPU，完成準(zhǔn)備工作。然后編寫組態(tài)邏輯，編寫轉(zhuǎn)速讀取模塊，在快速模擬量進程中新建SPD任務(wù)，在SPD任務(wù)中新建FBD頁面，在此頁面中插入DEH卡件，以此對應(yīng)硬件中的SPD卡，插入大模塊ATAG，并定義ATAG模塊位號，插入ATAG模塊的目的是將模擬量轉(zhuǎn)化為工程量輸出，將ATAG模塊的in通道與DEH的1通道相連，這樣即完成轉(zhuǎn)速讀取模塊，一般轉(zhuǎn)速讀取通道都是一備一用，因此可在界面中編輯備用通道。

②編輯對外輸出模塊DO，以及反饋接收模塊DI。標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)量進程中新建DI、DO任務(wù)，分別在DI、DO任務(wù)中新建FBD頁面，在DI頁面中插入DIB卡件，以此對應(yīng)硬件中的DI卡，之后插入大模塊DTAG，將DTAG定義為各個反饋，再將各個DTAG模塊的in通道連接到DIB卡件的11～16通道，因為需實現(xiàn)三個功能，三個功能各有兩種狀態(tài)，所以一共至少需要6個反饋。同理在DO界面插入DOB卡件，以此對應(yīng)硬件中的DO卡;插入6個DTAG模塊，接收控制信號，再將6個DTAG連接到DOB的11～16通道。至此完成對外輸出模塊DO、反饋接收模塊DI的編輯。如圖1、圖2即為編好的反饋接收模塊DI、對外輸出模塊DO。

③編輯轉(zhuǎn)速控制組態(tài)的主要邏輯部分，在普通進程中新建LOGIC任務(wù)，在LOGIC任務(wù)中分別新建電動機控制邏輯、報警邏輯、緊急停車邏輯三個頁面，電動機控制邏輯主要要實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制功能，即當(dāng)轉(zhuǎn)速低于2950轉(zhuǎn)/分使電動機升速，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于3050轉(zhuǎn)/分使電動機降速。在電動機控制頁面中插入比較模塊GT（大于）、LT（小于）、兩個常數(shù)模塊CONST、二進制設(shè)備控制模塊BCA，兩個常數(shù)模塊CONST輸入常數(shù)2950、3050，摻入頁間輸入模塊，位號為SPEED01，其目的是將實時讀取的轉(zhuǎn)速輸入，將頁間輸入模塊及常數(shù)模塊一起接入比較模塊，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速比較功能。將比較后的結(jié)果信號先傳輸?shù)紻TAG模塊進行穩(wěn)定，再接入二進制設(shè)備控制模塊BCA中，實現(xiàn)控制信號的輸出，報警邏輯及緊急停車邏輯與電動機轉(zhuǎn)速控制邏輯類似，只是設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速為3300轉(zhuǎn)/分，即將常數(shù)輸入模塊CONST參數(shù)改為3300。這樣就完成了主要邏輯部分的編程。如圖3、圖4所示為轉(zhuǎn)速控制模塊邏輯及報警模塊邏輯。

④最后將頁面間相互連接起來，以完成整個組態(tài)的編輯。打開標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)量進程的DO頁面，將普通進程的命令信號依次鏈接到各個執(zhí)行組件（DTAG）中去，使普通進程經(jīng)比較得出的調(diào)控指令可以輸出到硬件中去。之后打開普通進程的各個頁面，將DI卡中的反饋信號鏈接到二進制設(shè)備控制模塊BCA的反饋信號通道，以完成信號反饋，至此完成全部的組態(tài)編程。

2.2.2 監(jiān)控站編輯過程

組態(tài)編輯完成后，還需要編輯監(jiān)控站，監(jiān)控站擁有十分重要的作用，它是操作員與機組進行信息交流的平臺，操作員可以通過監(jiān)控站來讀取機組的各項數(shù)據(jù)，也可以通過監(jiān)控站對機組直接下達命令。在本次設(shè)計中，監(jiān)控站的主要功能有實時讀取電動機轉(zhuǎn)速信息、人為進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、人為進行關(guān)機、開機功能。下文將詳細(xì)介紹監(jiān)控站的編輯過程。

①編輯監(jiān)控站的主界面，主界面需要包括進入轉(zhuǎn)速控制界面、進入溫度控制界面、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)界面、登陸、退出等功能。為實現(xiàn)這些功能我們需要插入“按鈕”組件，之后對“按鈕”進行插入文字、填色美化等操作，之后對界面進行美化設(shè)計。

②編輯轉(zhuǎn)速控制界面，在轉(zhuǎn)速控制界面中需要有自動控制轉(zhuǎn)速、手動控制轉(zhuǎn)速、實時監(jiān)控轉(zhuǎn)速、緊急停機等功能。將這些功能按鈕編輯完畢，之后同理編輯自動控制界面、手動控制界面、實時監(jiān)控界面。

③最后將界面與界面之間鏈接起來，再將按鈕、顯示界面與組態(tài)鏈接起來。鼠標(biāo)右鍵點擊按鈕，在菜單中找到事件，點擊事件會彈出事件界面，事件界面左側(cè)的鼠標(biāo)事件中，選擇觸發(fā)事件，接下來插入顯示界面精靈，雙擊精靈，在模塊位號輸入要顯示的模塊位號，綁定后即可顯示組態(tài)中的數(shù)據(jù)。插入聯(lián)鎖精靈，雙擊聯(lián)鎖精靈，同樣在模塊位號欄輸入MANsw模塊位號，點擊聯(lián)鎖精靈即可對組態(tài)發(fā)出命令。MANsw模塊需先在組態(tài)中編輯好，一般在監(jiān)控站界面中點擊聯(lián)鎖精靈，MANsw模塊就會輸出1，進而對組態(tài)產(chǎn)生影響。若想人工輸入和自動控制輸入互不影響，可在組態(tài)中加入AND/OR模塊。如圖5所示。至此，已編輯完監(jiān)控站的界面，之后將主界面的位置輸入到DvConfig.exe程序中，如圖6所示，最后點擊桌面的啟動監(jiān)控站圖標(biāo)即可進行監(jiān)控。

3? 結(jié)論

本文主要詣在掌握汽輪機控制系統(tǒng)運行原理、掌握汽輪機轉(zhuǎn)速控制原理，主要工作為設(shè)計模擬控制過程，實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)速控制在2950到3050轉(zhuǎn)/分之間，以及實現(xiàn)3300轉(zhuǎn)/分停機。工作重點為設(shè)計實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制的模擬模塊，應(yīng)用SupMAX軟件設(shè)計完成控制程序，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化時的自動控制。

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