基于SupMAX的汽輪機轉速控制過程設計

張祎男

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

關鍵詞：SupMAX;汽輪機調節;轉速控制

0? 引言

汽輪機是一種高速旋轉并通過旋轉來做功的機械，其轉速與安全運行關系密切，因此汽輪機的轉速調節系統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，反轉矩會隨之產生變化，所以汽輪機轉速調節的任務是：當主動轉矩與反轉矩不相等時，轉速發生變化，利用改變進氣量的方法使主動轉矩與反轉矩相等，最終達到新的穩態，也可以說，汽輪機轉速調節就是保證機組轉速在允許的范圍內變化。

目前，汽輪機主要采取以下幾種轉速調節系統，即機械式調節系統、半機械半液壓式調節系統、全液壓式調節系統、數字電液調節系統。隨著電子工業和計算機的發展，傳統的機械液壓式調節系統已難以滿足電廠的綜合需要及對調節精度的需求，數字電液調節系統目前已經取代了機械液壓調節系統而占據了主導地位。本文所做的基于SupMAX的汽輪機轉速控制過程設計中，就是利用了數字電液調節系統，來實現對汽輪機的轉速調節。

1? 軟件介紹

SupMAX800分散控制系統軟件部分主要有工程師站組態編輯器、工程師站圖形編輯器、操作員站監控軟件、歷史站軟件、SMCP軟件、GPSTIME軟件、HART模件的上位機軟件、SUPLINK軟件。本次設計主要利用了工程師站組態編輯器、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。

工程師站組態編輯器主要是負責編輯組態，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。最后執行工程師站組態編輯器的通訊功能，將調試好的組態完全下載到DPU中，進行激活解凍，完成對目標原件的控制。

工程師站圖形編輯器主要負責編輯操作員界面，操作員利用此界面完成對目標原件的人為控制。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組態連接起來，使得這些按鈕可直接操控相應原件。最后將所編輯的操作界面打包，通過位號編碼與組態鏈接在一起，完成對操作界面的編輯。

2? 基于SupMAX的汽輪機轉速控制過程設計

2.1 設計思路

首先，初始化系統，由于汽輪機轉速與其進汽量有關，所以需要采集汽輪機進氣閥開度以及汽輪機轉速的數據，以確定其進汽量及轉速。接下來要把采集到的轉速數據與報警值相對比，此時會出現兩種情況：第一種情況，轉速超過報警數值，則系統進行應急處理，此時系統判斷汽輪機是否停轉，若未停轉，系統直接進行緊急停轉;若已停轉，則保持報警狀態，直至相關工作人員處理故障后，解除報警，將系統初始化，重新進行流程。第二種情況，轉速未超過報警值，此時需將汽輪機轉速數據與預設范圍相比較，若超出預設范圍，則根據轉速與設定值差值及轉速與進氣閥閥門開度關系計算出閥門驅動輸出百分比，并將閥門驅動輸出百分比傳遞給油動機，進而控制進汽閥開度，使進氣量發生變化，改變汽輪機的轉速。改變完成后，重新對轉速、閥門開度數據進行采集，重復以上過程。

2.2 轉速控制過程設計

2.2.1 組態設計過程

本次轉速控制過程設計主要需要實現三個功能，第一個功能就是實現實現工作轉速控制在2950到3050轉/分之間，第二個功能為在轉速超過3300轉/分時實現報警功能，第三個功能為在報警后隨即停機保護電動機。為實現這三個功能，需在SupMAX800分散控制系統中編輯組態，利用組態邏輯實現以上自動控制所需功能。下面詳細介紹組態編輯過程。

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，完成準備工作。然后編寫組態邏輯，編寫轉速讀取模塊，在快速模擬量進程中新建SPD任務，在SPD任務中新建FBD頁面，在此頁面中插入DEH卡件，以此對應硬件中的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，這樣即完成轉速讀取模塊，一般轉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。標準開關量進程中新建DI、DO任務，分別在DI、DO任務中新建FBD頁面，在DI頁面中插入DIB卡件，以此對應硬件中的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，因為需實現三個功能，三個功能各有兩種狀態，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編輯轉速控制組態的主要邏輯部分，在普通進程中新建LOGIC任務，在LOGIC任務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轉速控制功能，即當轉速低于2950轉/分使電動機升速，當轉速高于3050轉/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）、兩個常數模塊CONST、二進制設備控制模塊BCA，兩個常數模塊CONST輸入常數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速輸入，將頁間輸入模塊及常數模塊一起接入比較模塊，實現轉速比較功能。將比較后的結果信號先傳輸到DTAG模塊進行穩定，再接入二進制設備控制模塊BCA中，實現控制信號的輸出，報警邏輯及緊急停車邏輯與電動機轉速控制邏輯類似，只是設定的目標轉速為3300轉/分，即將常數輸入模塊CONST參數改為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，以完成整個組態的編輯。打開標準開關量進程的DO頁面，將普通進程的命令信號依次鏈接到各個執行組件（DTAG）中去，使普通進程經比較得出的調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編程。

2.2.2 監控站編輯過程

組態編輯完成后，還需要編輯監控站，監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，操作員可以通過監控站來讀取機組的各項數據，也可以通過監控站對機組直接下達命令。在本次設計中，監控站的主要功能有實時讀取電動機轉速信息、人為進行轉速調節、人為進行關機、開機功能。下文將詳細介紹監控站的編輯過程。

①編輯監控站的主界面，主界面需要包括進入轉速控制界面、進入溫度控制界面、實時監控數據界面、登陸、退出等功能。為實現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計。

②編輯轉速控制界面，在轉速控制界面中需要有自動控制轉速、手動控制轉速、實時監控轉速、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、顯示界面與組態鏈接起來。鼠標右鍵點擊按鈕，在菜單中找到事件，點擊事件會彈出事件界面，事件界面左側的鼠標事件中，選擇觸發事件，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中的數據。插入聯鎖精靈，雙擊聯鎖精靈，同樣在模塊位號欄輸入MANsw模塊位號，點擊聯鎖精靈即可對組態發出命令。MANsw模塊需先在組態中編輯好，一般在監控站界面中點擊聯鎖精靈，MANsw模塊就會輸出1，進而對組態產生影響。若想人工輸入和自動控制輸入互不影響，可在組態中加入AND/OR模塊。如圖5所示。至此，已編輯完監控站的界面，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控站圖標即可進行監控。

3? 結論

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

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