LN2000-MEH结构及应用.docVIP

LN2000-MEH控制系统构成及功能崔伯茹（山东鲁能控制工程有限公司，山东 济南 250002）摘 要：本文介绍了LN2000-MEH控制系统硬件组成和软件应用。硬件介绍包括系统的具体配置、LN2000系统基本I/O卡件及MEH系统一些专用卡件，信号通道检查和调试方法，系统安装要求，技术规范等；同时，具体论述了LN2000系统如何控制锅炉给水泵汽轮机，实现控制方式的切换，满足电厂锅炉给水的要求。关键词：LN2000，MEH，系统配置，软件应用中图分类号：TP273文献表识码：A文章编号：1概述锅炉给水泵汽轮机是用于驱动大型电站锅炉给水泵，以满足锅炉给水的要求。LN2000-MEH给水泵汽轮机控制系统是鲁控公司DCS系列产品之一，是汽轮机岛控制系统的组成部分。MEH提供了给水泵汽轮机基本的控制功能，但可以扩展到各种汽轮机、辅助系统以及泵等设备的控制、保护、监视领域。一般给水泵汽轮机均成对使用，也可以单独使用，给水泵汽轮机一般为单缸、单流、冲动、凝汽式，是一种变参数、变转速、变功率和多汽源的汽轮机，能适应主机各种运行方式。正常运行时，给水泵汽轮机利用主机的低压抽汽作为工作汽源，在低负荷时由高压蒸汽作为补充。两种汽源可以在汽轮机内部或外部进行无扰切换，称为新汽内切换和蒸汽外切换。为了适应锅炉启动的需要，还可以使用辅助蒸汽，作为启动汽源，用辅助汽源通过低压配汽机构控制小汽机的启动，这种多汽源的供汽方式，使小汽机具有灵活的启动运行方式。满足锅炉从启动到满负荷的各种工况要求。在锅炉新汽内切换系统中，汽轮机内部具有两组独立的喷咀组，同时具有高压、低压两套独立完整的配汽机构。来自主机的抽汽（即低压蒸汽）经低压主汽门、低压调节汽阀进入低压喷咀室，再经低压喷咀组进入汽轮机作功；而来自锅炉的新蒸汽（即高压蒸汽）经高压主汽门、高压调节汽阀进入高压喷咀室，再经高压喷咀组进入汽轮机作功；高压配汽机构在整个运行过程中，均一直处于热备用状态。在主机低负荷工况运行时，当低压调节汽阀在接近全开（约为总行程的90-95%）而进汽量尚不足使汽轮机的功率满足给水泵耗功的要求时，经调节系统MEH的作用，开启高压调节汽阀，使汽轮机的输出功率达到平衡。给水泵汽轮机通过改变转速来调整给水泵的供水量，满足锅炉的用水需要。给水泵汽轮机调节系统MEH的目的就是通过精确控制高、低压调节汽阀，改变进入给水泵汽轮机的蒸汽量，达到调整给水泵转速，进而满足锅炉给水的需要。 锅炉给水泵汽轮机调节系统通常采用微处理器数字式电液控制系统，因此一般简称MEH系统。LN2000-MEH系统可与鲁控公司的与DEH、DCS等实现机组控制系统整体联网，共享数据，这样简化了电厂的运行维护，更可提高整个控制系统的安全及稳定性。 MEH能够接受CCS给水控制系统指令，对给水泵汽轮机进行大范围转速闭环控制。MEH系统在机组的下列运行方式下均具有良好的性能：机组启动/停机；机组正常运行；变压（滑压）运行；定压运行；快速减负荷（RB）2. MEH系统结构 2.1. MEH系统硬件组成 MEH控制系统由控制机柜、连接电缆、人机接口等组成。一个控制机柜控制一台给水泵。控制柜内包括冗余处理单元DPU，电源管理部分，基本I/O模块、伺服部分以及相互之间的连接预制电缆等。 MEH系统的操作与显示，数据、曲线的记录等均由连接在高速数据公路上的DEH或DCS工程师站、操作员站完成。MEH系统也可以单独配置工程师站和操作员站。 硬件质量控制方面，所有元器件经过严格的老化筛选，LN2000模块及系统进行高温强化、老化运行考核。开关量采用光电隔离措施，开关量输入还有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。模拟量输入采用光电隔离和隔离放大器与外界隔离。另外，I/O智能化设计，它们能独立完成各自的任务，从而加强了系统危险的分散性。 2.1.1. 分散处理单元 DPU DPU为MEH控制系统的主机部分，采用P4处理器，运行在实时控制系统之下。汽轮机的控制软件都装在DPU内，DPU通过冗余CAN总线，实现通讯及控制。软件的修改在工程师站上完成，组态完毕后装载至DPU内，修改组态可以在线修改或离线修改。 MEH系统采用了双网双冗余结构，以确保机组的安全运行。采用冗余的DPU，互为热备用，其中任意一个DPU故障均不影响系统运行；冗余的CAN网，其中任意一条网络故障均不影响系统通讯。 2.1.2. LN2000模块MEH系统全部采用智能控制处理模块，每一块模块由印刷电路板、电子元器件、微处理器、输入输出接口等组成，完成特定的信号处理功能。用于MEH系统的模块主要有： a) 开关量输入模块（DI） b) 开关量输出模块（DO） c) 模拟量输入模块（AI） d) 模拟量输出模块（AO） e) 伺服模块（LN-20）f) 测速与保护模块（LN-04BP） g) 逻辑保护模块（ETS）LN 2000基本IO模块这里不再介绍，主要介绍伺服模块，测速与保护模块和逻辑保护模块。伺服模块该模块是鲁能控制公司开发的伺服单元模块，用于闭环控制系统气动或液动伺服的阀位控制。输入指令420mA，指令与LVDT反馈电压进行P或P+I调节之后，输出40mA电流去驱动伺服阀。伺服模块主要由2路LVDT信号调制解调电路、电压/电流转换电路、比例积分运算模拟电路和电压或电流反馈电路等组成。它的特点和功能包括以下几点：具有LVDT适配器电路，振幅可调。两路LVDT信号输入，对应输出两路420 mA阀位信号，零点及满量程是可分别调整的。两路LVDT信号取大后与DEH来控制信号进行比较。可外接停机接点。可调整的比例，积分调节回路。面板上带有开门/关门状态指示。测速与保护模块-接收现场的汽轮机测速探头发来的信号，经过信号调理后，光电隔离进入处理器，测得汽轮机的精确转速，并根据保护逻辑快速发出可靠的汽轮机超速保护信号，通过继电器输出驱动超速保护电磁阀和危急遮断电磁阀，实现汽轮机超速保护功能，同时将整形处理后的频率信号输出，将测量数据显示和送到CAN通讯总线上，在操作画面显示和进行逻辑运算。1）模块结构，包括转速输入、DI输入、DO信号输出、脉冲量输出、智能处理板和编程显示几个部分：1路转速输入通道：转速信号经滤波、放大、比较整形后变成方波信号，光电隔离进入智能处理板，根据信号频率和测速齿盘的齿数计算出转速；2路DI输入通道：2路开关量信号经处理后光电隔离接入智能处理板；2路DO输出通道：2路独立超速保护信号继电器输出；1路脉冲量输出通道：转速信号经滤波、放大、比较整形后输出，便于用户使用；智能处理板：采用高性能低功耗微控制器，两级看门狗，保证系统稳定性；键盘显示：使用四位按键和八位两行 LCD液晶显示器，设置方便，显示直观。LN04BP的保护逻辑功能：如果DI1输入信号为，DI2输入信号为，则SP1按照报警点1保护输出, SP2按照报警点2保护输出；如果DI1输入信号为，DI2输入信号为，则SP1不输出，SP2按照报警点2保护输出；如果DI2输入信号为，则 SP1不输出，SP2按照报警点3保护输出。2）主要技术参数模块型号LN-04BP超速保护模块信号输入RPM频率信号输入，测量范围010K,信号电压0.03VDI1DI开关量信号（干接点输入）DI2DI开关量信号（干接点输入）SP1超速保护SP1输出（继电器触点容量250VAC/5A）SP2超速保护SP2输出（继电器触点容量250VAC/5A）POUT频率输入信号经滤波整形处理后输出通 信接口数量2路互为冗余通信速率键盘设定500kbps/1000kbps/100kbps/20kbps供 电 电 源电源冗余2路互为冗余供电电压24VDC10%电源隔离电压1000VDC功率(MAX)3W编 程 显 示设置键盘采用四键式轻触开关键盘编程设置显示器八位两行LCD液晶显示器设置参数模块地址、模块速率、报警点、回程差、齿数状态监视测量值和模块状态可以通过显示器在线查看其 他模块设有一只速断总保险触发门限跳线器用于选择模块内施密特触发器的触发门限工作温度：1060与其它同类产品相比，LN-04BP模块拥有以下突出特点：测速精确，测速范围大。该模块具有良好的去噪滤波功能，既能很好地屏蔽干扰，又兼顾低转速时测量的准确性。两路DI输入，可根据设计需要对继电器输出进行开放或屏蔽。在现场使用十分安全方便。例如，在做110%超速试验时自动屏蔽103%动作，无需更改转速保护设定值。键盘显示使用四位按键和八位两行 LCD液晶显示器，设置方便，显示直观。模块菜单设计简明，操作简单。逻辑保护模块-是一种可根据现场需要进行编程的模块，它按照写入程序的逻辑条件进行顺序动作。模块结构包括输入、输出、存储器、CPU、电源几个部分。输入部分：负责采集外部指令及设备状态，以使CPU作出判断。模块设计了8路DI输入；输出部分：将CPU的运算结果向外部输出，以完成过程动作；存储器：存储用户程序及信息；CPU：执行各种逻辑及运算程序；电源：向输入输出及CPU提供电源。ETS模块在数据库中的组态过程和SOE卡相同，在SAMA组态中也可引用开关量输入点。在MEH系统中为了提高保护的准确性和快速性，超速保护功能由ETS卡实现，三块转速卡分别送出超速信号到逻辑卡，经内部逻辑进行“三取二”的判断确定汽机是否超速。2.1.3. 电源管理1）LN2000交流电源模块（ACM）：输入两路交流电源，经过内部切换输出多路冗余交流电源，任意一路电源故障不影响所接设备的运行，并且会发出电源故障的报警以提醒工作人员及时检查排除故障。 交流电源模块原理图在MEH系统，厂用电和UPS电源接入模块，经过内部继电器的切换分别给DPU，24V直流电源箱，机柜风扇等提供电源。卡件上的开关可直接对输出进行控制，提供或关闭任一设备的电源。2）LN2000直流电源模块（DCM）：输入两路24V直流电源，转为多路输出，提供故障报警点。可与交流电源模块配合使用，也可单独使用。在MEH系统中，交流电源模块的两路输出分别为两个24V电源箱提供切换后的电源，整流成两路24V直流后作为直流电源模块的输入。经过内部转换为LN2000所有卡件供电（伺服卡有独立电源除外），卡件上的开关可直接对输出进行控制，提供或关闭任一列卡件的电源。 直流电源模块原理图2.1.4. 人机接口站 工程师站ENG和操作员站OP都是人机接口站（MMI）。MMI用工控机构成，CPU采用高性能Pentium处理器，运行中文Windows NT系统，采用鼠标或跟踪球操作，外接16001200高分辨率的液晶显示器，并可接激光打印机、光盘机等一些高档外围设备，使MMI界面更为丰富多彩，操作更为方便直观。工程师站还可作为操作员站的备用站。 2.2. MEH软件结构MEH软件包括人机接口站软件、DPU实时控制软件和通讯处理软件。人机接口站软件基于全汉化Windows操作系统，具有直观的实时数据显示、图形操作界面、记录、报警、SOE、报表等功能。根据定义级别不同，工程师站还具有图形组态、修改系统配置和系统管理功能。 2.2.1. LN2000基本软件 MEH系统的操作与显示画面在DEH和DCS操作员站上，可实现在多窗口方式下，通过流程图、棒状图、趋势图、单点、一览、成组等软件监视机组实时运行情况。并可通过自检看MEH系统工作状态，当出现故障时，系统提供闪烁、音响、弹出窗口等多种方式引起运行人员注意，提供实时报警、历史报警、历史趋势、SOE记录等供热工人员检查。 工程师站提供强大的编程、管理工具，包括数据库生成、图形生成、控制组态生成、报表生成、历史记录、用户管理、系统配置等。图形生成软件可以可以实现各种复杂的工艺过程图形；报表软件可以周期型、触发型、追忆型、SOE型等方式实现班报、时报、日报、月报等各种报表；历史记录可以收集MEH系统网上开关量、模拟量全局点的历史数值；报警记录可以记录系统中所有报警信息、操作信息。 2.2.2.MEH系统软件 MEH实时控制软件由一对冗余DPU完成，实现对汽轮机转速、CCS遥控指令等主要控制量的采集、判断和闭环控制，以及实现阀门试验、超速试验等基本功能。实时控制软件包括信号处理、连续控制、逻辑运算、顺序控制以及各种高级控制算法，可以实现从简单到复杂的各种不同的控制方案。 另外，为保证保护系统的可靠性和快速性，OPC功能和超速保护功能由ETS模块实现，程序写在模块内。 控制组态生成软件采用图形化的方式，完成对MEH的控制策略的生成，并可同时进行控制组态的调试任务。组态软件提供100多个算法模块。这些算法分为I/O算法块、数学运算算法块、逻辑功能算法块、控制算法等。算法模块之间的连接采用自动布线、自动排序、自动生成交叉参考。热工人员可以根据具体控制的要求，添加、删除、更改模块，更改算法页面。 MEH的组态以页为单位，支持多种运算周期的选择，根据MEH的特性选择100ms的运算周期。组态为“所见即所得”，组态好的页面可以采用标准A4，A3等幅面直接打印，形成SAMA图，用以存档，方便直观。 2.2.3. 通讯处理软件 通讯处理软件完成与高速数据公路和I/O总线的实时数据交换，符合IEEE802.3标准，不仅可以与LN2000系统实现一体化，也可与其他系统进行通讯交换信息。2.3LN2000-MEH系统功能2.3.1 功能概述锅炉给水量自动控制给水泵汽轮机转速自动控制调节阀阀位控制正常运行操作和监视超速保护和试验2.3.2 控制方式及切换1） 锅炉自动控制方式MEH控制系统将锅炉协调控制系统CCS给出的420mA给水量要求信号转换成转速定值信号(通常4mA对应2850PM，20mA对应5600R/MIN，成线性关系。也可根据不同的机组情况来设定对应关系)，通过转速闭环回路控制汽轮机的转速。2 ）转速自动控制方式通过运行人员在操作员站CRT上改变转速定值来调节实际转速，达到控制锅炉给水的要求。实际转速由安装在汽轮机轴上的测速探头产生，转速输入模块采用三重冗余，经过“3选2”表决后得到。转速自动控制可以在CRT上通过按钮来选择。转速自动控制的范围一般为600r/min6600r/min。 此时MEH系统除控制高、低压调门阀位外，还采用PID控制规律来闭环控制汽轮机转速。在稳定工况下，汽轮机实际转速与转速定值是相等的。PID的输入为转速给定值和实际转速，输出为阀位指令,阀位指令被送入阀门控制卡中。PID参数如比例系数、积分时间等可以在线调整。升速率可以由操作员通过操作盘设定。3 ）手动控制方式手动控制为MEH的后备操作方式，运行人员可通过操作盘上的手动操作按钮直接控制给水泵汽轮机的调节阀，调整转速。此时MEH系统仅控制高、低压调门阀位，转速为开环控制方式。 手动控制方式可以在操作面板上，通过按钮来选择。另外，当系统中出现下列情况时，MEH系统自动切换到手动控制方式。 两路以上转速信号故障 转速控制偏差大于预定值，一般为400RPM 阀门控制卡故障 手动控制逻辑和自动控制逻辑不断互相跟踪，保证相互切换无扰动。当上述故障信号消失后，可以将控制切换回自动方式。 在手动方式下，操作员通过操作阀门增减按钮来调整阀门位置，操作员可以监视操作面板上的高、低压阀门开度，也可以监视实际机组转速。 在MEH系统中，高、低压阀门的指令为一个。当操作员操作增减按钮时，对其进行计数，累加的阀门指令分别送到高、低压调节汽门。其中高压调节汽门指令上叠加了一个偏置，使得直到阀门指令达到一定时，才允许高压调节汽门打开。偏置设定为低压调节汽门几乎全部打开时，高压调节汽门仍保持关闭，但具有一定的重叠度。一般为10%。4 ）三种控制方式的切换汽轮机刚启动或脱扣后再复位，及控制器机柜电源刚合上时，或调节阀故障，或转速与给定值偏差大或转速故障，控制器总处于手动方式。按操作盘上的阀位增加按钮，使调节阀开启，汽轮机升速。当转速大于600r/min时按“转速自动”按钮，从手动控制方式切换到转速自动控制方式。从手动切换到转速自动方式时，由DPU通过软件保持阀位开度不变，从而保证无扰切换。在转速自动控制方式下，当汽轮机转速达2850r/min（或某一设定值），超速试验钥匙开关在正常位置，主机接收到CCS来的“允许锅炉自动投入”的信号后，当CCS给定与实际转速误差小于设定值（如500r/min）时，可切换至锅炉自动控制方式，由CCS来的420mA给水流量信号控制汽轮机的转速。在锅炉自动控制方式下，如果汽轮机的转速超出其控制范围（2750r/min5800r/min），或超速试验钥匙开关在电气试验或机械试验位置，或CCS来的“允许锅炉自动投入”信号失去或CCS来的4-20Ma指令信号坏，或则软件自动地从锅炉自动切换到转速自动控制方式。由于锅炉给水流量要求信号是转换成转速定值后进入转速闭环控制回路的。因此在任何时候从锅炉自动切换到转速自动不会产生任何扰动。从转速自动切换到锅炉自动时，原转速定值信号和CCS来的给水流量要求信号不一定相等，MEH将CCS来的指令信号作为转速目标值，转速定值按设定的速率向目标值逐渐趋近，因此也不会产生扰动。在锅炉自动或转速自动控制方式下，转速定值和汽轮机转速所显示的值相差1000r/min，或汽轮机转速小于600r/min，或按下操作盘上的手动带灯按钮时，通过软件或硬件自动切换到手动控制方式，此时汽轮机阀位保持不变，仍维持原来的转速。以上所列具体数值仅是常规的数值，具体项目可能有变，参见工程要求或组态。2.3.3小机脱扣和复位当汽轮机发生异常工况，需要紧急停机时，可以在操作盘上按下小机脱扣带灯按钮，或在就地盘上按下小机脱扣按钮来实现。脱扣动作使所有调节阀和主汽阀全部关闭，控制器自动切到手动控制方式。当汽轮机允许复位时，按下操作盘上的小机复位按钮汽轮机就可以复位，此时控制器在手动控制方式下，主汽阀开启，再按阀位增加，使调节汽阀开启，汽轮机升速。如切到转速自动的条件满足，按转速自动按钮就切换到转速自动控制方式。2.3.4超速保护和试验1 ）正常超速保护在操作盘上有一超速试验选择按扭，选择“正常”位置时，控制器即承担正常超速保护的功能。当汽轮机转速达6100/MIN时，MEH发出超速保护信号至小机保护装置，使主汽阀和调节汽阀全部关闭，小机脱扣。另外，当小机转速达到机械超速保护的设定值时，机械超速保护动作，也能使小机脱扣。如上述信号全部发生故障，MEH另一信号使小机脱扣，还可以在操作盘上按小机脱扣按钮使小机脱扣。这样就保证使汽轮机转速不会超过最大极限转速，以满足汽轮机安全运行的要求。2 ）电气超速保护试验在操作盘上超速试验选择按扭，选择“电气”位置时，运行方式切换到转速自动控制方式。使汽轮机升速，直到电气超速保护动作，小机脱扣。一次试验后，按照汽轮机复位的操作步骤，使小机复位到正常工况，才可进行第二次试验。试验结束超速试验选择按扭应选择“正常”。3 ）机械超速保护试验在操作盘上超速试验选择按扭，选择“机械”位置时，运行方式切换到转速自动控制方式。机械超速试验指示灯亮，MEH6100r/min动作信号被隔离。使汽轮机升速，直到机械超速保护动作，小机脱扣。一次试验后，按照汽轮机复位的操作步骤，使小机复位到正常工况，才可进行第二次试验。试验结束超速试验选择按扭，应选择“正常”按扭，电超速隔离指示灯灭。4 ）阀门活动试验 为保证给水泵汽轮机的安全，有必要定期对长期全开的阀门进行活动试验，防止在紧急关闭的情况下发生卡涩。为此MEH系统中