实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，其方案构成主要包括：构成汽轮机自动化控制系统的电源、CPU、通讯均采取冗余备份配置；将ETS子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中且独立于主程序单独运行；汽轮机运行跳闸信号通过IO模块汇总后送至两套CPU中用ETS子程序块运算处理，将主CPU运算得到的逻辑控制判断结果经指令输出DO卡件输送至相应停机电磁阀，实现汽轮机的危急保护功能。本发明的控制方法利用汽轮机自动化控制系统自身的硬件热备冗余实现小型汽轮机组危急保护系统功能，勿须额外附加控制系统，减少柜体数量，减少系统间信号传输，减少柜间跨线，降低信号丢失概率，信号更集中。
【专利说明】实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽轮机危急保护【技术领域】，特别是涉及一种基于小型汽轮机组自动化控制系统实现汽轮机危急保护系统功能的方法。【背景技术】
[0002]汽轮机危急保护系统(ETS，EMERGENCY TRIP SYSTEM)是用于监视汽轮机的运行工况参数的保护系统，汽轮机运行工况参数包括汽机超速、汽机振动、发电机振动、轴向位移、汽缸胀差、推力瓦温度、径向瓦温度、凝汽器真空度、润滑油压力、发变组保护动作、电调装置停机、手动危急保安器、MFT动作等，当汽轮机运行工况参数超过安全限值，汽轮机危急保护系统ETS就会自动关闭全部汽轮机蒸汽进气阀门，紧急停机，以保证汽轮机安全运行。
[0003]现有技术的汽轮机危急保护系统，都采用独立于汽轮机控制系统外单独设计一个系统，集成为一面汽轮机危急保护系统控制柜。在汽轮机危急保护系统的控制柜内设置有两套电源、CPU、通讯、信号输入输出卡件、继电器等，通过信号采集DI卡件接收来自锅炉或汽机现场、轴系监测系统TS1、汽轮机数字电液控制系统DEH、锅炉炉膛安全监控系统FSSS及其它设备的报警和停机信号，且只能接受开关量的信号输入，并根据投切开关信号进行综合逻辑判断处理，通过指令输出DO卡件，输出到停机电磁阀和综合报警光字牌。信号的采集和指令的输出均采用继电器隔离。现有技术的汽轮机危急保护系统，是通过软件实现两套控制系统的软冗余，这种方式的汽轮机危急保护存在以下不足:
[0004]1、通过软件实现两套控制系统的软冗余备份，无法通过可靠的硬件设备实现真正的热备无扰切换功能，切换速度比较慢，汽轮机运行安全等级不高；而能实现快速切换的热备冗余ETS系统的造价又过于昂贵，不适合小型汽轮机组；
[0005]2、不能结合监测点的模拟量趋势做综合智能判断；
[0006]3、各自独立做逻辑判断，见图2，任一系统判断停机输出，即直接输出至现场，误动概率高；
[0007]4、独立于汽轮机控制系统外单独设计一个危急保护系统系统，单独组配成一面汽轮机危急保护系统控制柜，汽轮机控制系统成本造价闻。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的控制方法存在的不足，本发明的目的旨在提供一种控制成本低、精度高、稳定可靠的实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制新方法。
[0009]本发明提供的实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，其方案构成主要包括:构成汽轮机自动化控制系统的电源、CPU、通讯均采取冗余备份配置^fETS子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中且独立于主程序单独运行；汽轮机运行跳闸信号通过IO模块汇总后送至两套CPU中用ETS子程序块运算处理，将主CPU运算得到的逻辑控制判断结果经指令输出DO卡件输送至相应停机电磁阀，实现汽轮机的危急保护功能。
[0010]在本发明的上述技术方案中，所述自动化控制系统设置的两套CPU，最好互为主从关系，即当其中一个CPU为主CPU时，另一个CPU为从CPU，且只使主CPU的运算结果输送到指令输出DO卡件，从CPU的运算结果处于输送待命状态，采取这种方式设计，可以减少继电器控制回路，防止误动。
[0011]在本发明的上述技术方案中，所述主CPU最好将逻辑控制判断结合相应数据监测点的模拟量信号趋势综合处理后再输出结果，以减少某一信号因故障丢失导致误停机或误判断的状况发生。
[0012]在本发明的上述技术方案中，所述停机电磁阀的直流电源最好设计为独立电源，不与系统其他直流电源公用。
[0013]在本发明的上述技术方案中，ETS实时监测数据范围一般包括:汽机超速、汽机振动、发电机振动、轴向位移、汽缸胀差、推力瓦温度、径向瓦温度、凝汽器真空度、润滑油压力、发变组保护动作、电调装置停机、手动危急保安器和MFT动作等。
[0014]本发明提供的实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，在基于汽轮机本身配备的自动化控制系统基础上，通过单独编程ETS子程序，将ETS子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中，独立于自动化控制系统主程序单独运行，实现小型汽轮机组危急保护系统的功能，不单独增加ETS控制系统硬件。
[0015]本发明是基于发明人长期的生产实践，对汽轮机自动化控制系统的深刻理解和生产实践的总结完成的。汽轮机自动化控制系统，自身通常都采用电源、CPU、通讯等硬件热备冗余备份系统，见附图4，该方式在工业控制领域的使用已经很成熟，且稳定可靠；而一般主程序占CPU负荷率低于40%，存储器占有容量低于50%，而小型电站的日常运行控制多为数据监测，需控制的信号大部分只在汽轮机启动与停机时使用，日常运行过程中需调节的回路只有I?3个，需实时计算的工作量更少，与ETS系统实时监测控制互不冲突；汽轮机自动化控制系统的扫描周期都是微秒级单位(μ s)，完全满足响应速度的要求。因此将危急保护系统ETS编制为一个子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中，使其独立于自动化控制系统主程序单独运行，以实现小型汽轮机组危急保护系统的功能是完全可行的。发明人是基于上述认识才完成了本发明。
[0016]本发明的控制方法，采取自动化控制系统接收与汽轮机跳闸相关的开关量数字信号，综合投切开关位置判断，结合相应测点的模拟量运行趋势，通过ETS控制块逻辑判断再输出，可降低误动概率，提高可靠性。现有的ETS技术只接受开关量信号，无法实现这一功倉泛。
[0017]本发明的控制方法，自动化控制系统设置的两套CPU独立运算，互为主从关系，只有主CPU的运算结果才会被输送到指令输出DO卡件，从CPU的运算结果处于输送待命状态，较之现有技术的ETS系统设置有两套输入输出卡件，两套指令输出DO卡件均可作用于继电器，减少了继电器控制回路，能有效防止误动。将ETS逻辑判断输出至电磁阀的直流电源设计为独立电源，不与系统的其他直流电源公用，防止了信号干扰或拒动，提高了控制回路的可靠性。
[0018]本发明提供的实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，与现有技术的控制方法相比，概括起来具有以下十分突出的优点和有益的技术效果:
[0019]1、自动化系统采用电源、CPU、通讯等热备冗余系统，系统所支持的冗余是系统本身的冗余，由系统硬件/软件本身所支持，无须设计额外的应用软件予以实现。每个操作站可互为后备，具备工作冗余的功能，安全等级高。
[0020]2、减少了系统间信号传输、柜间跨线，降低了信号丢失概率，信号更集中，一些信号直接来自DCS内部传输，勿须实际硬接线，更可靠。
[0021]3、开关量数字信号结合模拟量运行趋势作综合逻辑判断，系统更智能化，降低了误动概率，提高了控制精度。
[0022]4、节约成本，勿须额外的控制系统，减少柜体数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为ETS控制逻辑框图示意图。
[0024]图2为常规ETS独立控制流程示意图。
[0025]图3为常规ETS软冗余控制流程示意图。
[0026]图4为本发明所依附的汽轮机自动化控制系统简图。
【具体实施方式】
[0027]下面通过实施例对本发明作进一步的具体描述。有必要在此指出，下面的实施例只是用于更好地阐述本发明的工作原理及其实际应用，以便于其它领域的技术人员将本发明用于其领域的各种设施中，并根据各种特定用途的设想进行改进。尽管本发明已通过文字揭露其首选实施方案，但通过阅读这些技术文字说明可以领会其中的可优化性和可修改性，并在不偏离本发明的范围和精神上进行改进，但这样的改进应仍属于本发明权利要求的保护范围。
[0028]本实施例的实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，将构成汽轮机自动化控制系统的电源、CPU、通讯等硬件均采取热备冗余备份配置；将危急保护系统ETS子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中且独立于主程序单独运行；汽轮机运行跳闸信号通过IO模块汇总后送至两套CPU中用ETS子程序块运算处理。两套CPU互为主从关系，其中一个为主CPU时，另一个为从CPU，且只有主CPU的运算结果经指令输出DO卡件输送至相应停机电磁阀，实现汽轮机的危急保护功能，而从CPU的运算结果处于输送待命状态。本实施例的控制方法所依附的汽轮机自动化控制系统如图4所示，汽轮机自动化控制系统所设置的两套电源模块、CPU模块、通讯模块，通过光纤技术实时传输数据，当主回路的CPU、电源、通讯等任一设备发生故障时即可无扰动切换至备用控制回路。在本实施例的控制方法中，汽轮机运行跳闸相关的信号，如汽轮机振动、位移、胀差、瓦温、发电机振动等相关的信号，采取将其开关量数字信号，综合投切开关位置判断，结合相应测点的模拟量运行趋势进行判断，当 QBAD(bad process value) =1 时,所得结果失效；当 QBAD(bad process value)=0 时，通过ETS控制块逻辑判断再输出，大大降低了误动概率，提高了准确性。凝汽器真空度和远端润滑油压因已经有三取二表决，不再受此限制。
[0029]根据打闸电磁阀或OPC电磁阀等设备的功率，选择合适大小的DC24V独立电源，使跳机相关的工作电源与其他仪表电源独立，提高安全系数。
【权利要求】
1.一种实现小型汽轮机组危急保护系统功能的控制方法，其特征在于:构成汽轮机自动化控制系统的电源、CPU、通讯均采取冗余备份配置^fETS子程序块集成在汽轮机自动化控制系统中且独立于主程序单独运行；汽轮机运行跳闸信号通过IO模块汇总后送至两套CPU中用ETS子程序块运算处理，将主CPU运算得到的逻辑控制判断结果经指令输出DO卡件输送至相应停机电磁阀，实现汽轮机的危急保护功能。
2.如权利要求1所述的实现小型汽轮机组实现危急保护系统功能的控制方法，其特征在于，自动化控制系统设置的两套CPU互为主从关系，主CPU的运算结果输送到指令输出DO卡件，从CPU的运算结果处于输送待命状态，以减少继电器控制回路，防止误动。
3.如权利要求2所述的实现小型汽轮机组实现危急保护系统功能的控制方法，其特征在于，主CPU将逻辑控制判断结合相应数据监测点的模拟量信号趋势综合处理后再输出结果，以减少某一信号因故障丢失导致误停机和误判断的状况发生。
4.如权利要求1或2或3所述的实现小型汽轮机组实现危急保护系统功能的控制方法，其特征在于，所述停机电磁阀的直流电源为不与系统其他直流电源公用的独立电源。
5.如权利要求1或2或3所述的实现小型汽轮机组实现危急保护系统功能的控制方法，其特征在于，ETS实时监测数据范围包括:汽机超速、汽机振动、发电机振动、轴向位移、汽缸胀差、推力瓦温度、径向瓦温度、凝汽器真空度、润滑油压力、发变组保护动作、电调装置停机、手动危急保安器和MFT动作。
6.如权利要求4所述的实现小型汽轮机组实现危急保护系统功能的控制方法，其特征在于，ETS实时监测数据范围包括:汽机超速、汽机振动、发电机振动、轴向位移、汽缸胀差、推力瓦温度、径向瓦温度、凝汽器真空度、润滑油压力、发变组保护动作、电调装置停机、手动危急保安器和MFT动作。
【文档编号】F01D21/00GK103628933SQ201310639620
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】唐春, 陈博, 赵丽, 魏原珂 申请人:成都成发科能动力工程有限公司