燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作 者 姓 名：helel指 導(dǎo) 教 師：陳 教授單 位 名 稱：信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 名 稱：自動(dòng)化東 北 大 學(xué)2010年6月Design of a control system of gas turbine by Helel.YangSupervisor: Professor Chen Northeastern UniversityJune 2010畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容：(1)了解燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的工作原理和發(fā)展現(xiàn)狀； (2)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)；(3)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；(4)控制系統(tǒng)編程，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)系

2、統(tǒng)的控制；畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：題目：設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期第 2 周指導(dǎo)教師簽字：2010年3月08日燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要燃?xì)廨啓C(jī)是將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的一種熱機(jī)，是當(dāng)前世界上最新和最主要的動(dòng)力機(jī)械。隨著燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率的增大，以及以燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)為核心的動(dòng)力裝置的廣泛使用，燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)性能顯得越來越重要。在一定程度上，燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)性能決定著相應(yīng)的動(dòng)力裝置的變工況性能、經(jīng)濟(jì)性和安全性能。所以燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)控制策略是控制領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要的研究方向。本文總結(jié)了燃?xì)廨啓C(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，介紹了目前比較常見的燃?xì)廨啓C(jī)控制手段，對燃

3、氣輪機(jī)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了細(xì)致的介紹。包括燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)組成，燃?xì)廨啓C(jī)的主控及順序控制的要求等。并對燃?xì)廨啓C(jī)的主要設(shè)備進(jìn)行分析，將燃?xì)廨啓C(jī)的主控系統(tǒng)按功能進(jìn)行分塊，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的主控系統(tǒng)要求，分別設(shè)計(jì)了燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制、燃?xì)廨啓C(jī)溫度控制等控制回路。同時(shí)介紹了有關(guān)PLC的資料以及利用PLC設(shè)計(jì)的的自動(dòng)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了此次課題選用的S7-400。本文介紹了所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的主要輸入輸出，有關(guān)控制系統(tǒng)的IO表，還詳細(xì)敘述了用PLC的編程軟件STEP7選擇模塊，填寫符號(hào)表，并進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)的過程。然后本文對燃?xì)廨啓C(jī)的主控系統(tǒng)按功能進(jìn)行分塊，介紹了各個(gè)控制回路的控制原理，根據(jù)控制回路的控制要求設(shè)計(jì)了各個(gè)塊的

4、程序框圖。然后在STEP7中創(chuàng)建了相應(yīng)的程序塊。本文還敘述了有關(guān)PID算法的資料，然后簡單介紹了MATLAB的SUMLINK軟件，并利用SUMLINK對相關(guān)控制回路算法進(jìn)行了仿真。最后本文對此次設(shè)計(jì)做了總結(jié)，對燃?xì)廨啓C(jī)的將來發(fā)展做了展望。關(guān)鍵詞：順序控制系統(tǒng)；主控系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)；PLC自動(dòng)控制Design of a control system of gas turbine AbstractGas turbine is a kind of heat engine that make the thermal energy produced by burning fuel into mechani

5、cal energy, it is currently the world's newest and most important power machinery.With the power of the single gas turbine increases,as well as the widespread use of power plant that use the gas turbine technology as the core, the performance of gas turbine control system become increasingly imp

6、ortant . To some extent, the performance of gas turbine control system determines the design performance, economy and safety of the appropriate power plant.The automation controlling strategy of gas turbine is an important research area of control.This paper summarizes the development and the presen

7、t situation of the automatic control technology of gas turbine, introducing the current common means of gas turbine control and the gas turbine production technology in detail. It includes the structure of the gas turbine, the requirement of the main control and the sequence control of the gas turbi

8、ne. According to requirements of the main control system of the gas turbine,this paper resigns temperature control, speed control of gas turbine. It also introduces the PLC automation system. This task uses PLC-400. This article describes the input and output of the designed control system, the IO t

9、able of the control system, describing in detail with the process of using modules STEP7 of PLC programming software and filling in symbol table. And it makes the hardware configuration. It carries out according to the functions of block for the system of gas turbine, introducing the control princip

10、le of the various control loops, designing each block diagram in accordance with the requirements of control procedures of Control loop. It creates the corresponding block in STEP7. This paper describes the information about PID Algorithm, and describes something about SUMLINK of the MATLAB. At the

11、last of the paper, describes the Simulation of the control algorithm.At last this paper summarizes for this design, prospecting the future development of gas turbine. Key words：Sequence Control System；Main Control System；Gas Turbine；PLC Automatic Control目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書I摘要IIAbstractIII第一章 緒論51.1 課題背景及意

12、義51.2 燃?xì)廨啓C(jī)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況51.3 課題主要內(nèi)容5第二章 燃?xì)廨啓C(jī)工藝及PLC概述52.1 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及工作原理概述52.2 燃?xì)廨啓C(jī)控制要求52.3 PLC概述52.3.1 PLC發(fā)展及現(xiàn)狀52.3.2 STEP7概述52.3.3 PLC400概述52.4 本章小結(jié)5第三章 燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53.1 燃?xì)廨啓C(jī)順序控制系統(tǒng)5 起動(dòng)程序控制5 正常停機(jī)程序控制53.2 燃?xì)廨啓C(jī)主控系統(tǒng)子系統(tǒng)5 燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)控制5 轉(zhuǎn)速控制5 加速控制5 溫度控制5 停機(jī)控制5 手動(dòng)控制53.2.7 FSR最小值選擇53.3 燃料控制系統(tǒng)53.4 硬件設(shè)計(jì)5 燃?xì)廨啓C(jī)主要輸入輸出5 控制系

13、統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)53.5 本章小結(jié)5第四章 軟件設(shè)計(jì)及仿真54.1 燃?xì)廨啓C(jī)主控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)54.1.1 STEP7模塊概述5 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5 軟件設(shè)計(jì)54.2 PID算法仿真54.2.1 PID算法概述5 算法仿真54.3 本章小結(jié)5第五章 結(jié)論5參考文獻(xiàn)5致謝5第一章 緒論1.1 課題背景及意義燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙降冉M成。壓氣機(jī)有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機(jī)效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時(shí)，軸流式壓氣機(jī)因后面幾級(jí)葉片很短，效率低于離心式。功率為數(shù)兆瓦的

14、燃?xì)廨啓C(jī)中，有些壓氣機(jī)采用軸流式加一個(gè)離心式作末級(jí)，因而在達(dá)到較高效率的同時(shí)又縮短了軸向長度。燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是，壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀龉Γ苿?dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖龉δ芰︼@著提高，因而燃?xì)馔钙皆趲?dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)憑借其污染小、熱效率高、調(diào)峰性能好、啟動(dòng)快捷、建設(shè)周期短、占地少、投資省等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的青睞，近年來在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電己經(jīng)成為電力的發(fā)展趨勢。世界重型燃?xì)廨啓C(jī)制造業(yè)經(jīng)過60多

15、年的研制、發(fā)展和競爭，目前己形成了高度壟斷的局面，即以GE、西門子/西屋、三菱和阿爾斯通等主導(dǎo)公司為核心，其他制造公司多數(shù)與主導(dǎo)公司結(jié)成伙伴關(guān)系，合作生產(chǎn)或購買制造技術(shù)生產(chǎn)。在我國，國家發(fā)改委提出統(tǒng)一組織國內(nèi)資源，集中招標(biāo)，引進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和制造水平的提高，即通過捆綁式招標(biāo)，實(shí)施“市場換技術(shù)”，旨在引進(jìn)國外先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)重型燃?xì)廨啓C(jī)的制造技術(shù)，先后組織了3次F級(jí)和E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的捆綁招標(biāo)，引進(jìn)了GE、三菱、西門子公司的燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)，總?cè)萘窟_(dá)1600萬KW，為組織消化吸收、掌握這一高新技術(shù)，形成自我開發(fā)能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的性能決定著相應(yīng)的動(dòng)力

16、裝置的變工況性能、經(jīng)濟(jì)性和安全性能，正因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的特殊重要性，各大公司也推出了相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，比較著名的有GE公司的Speed tronie TM Mark控制系統(tǒng)，西門子公司的TELEPERMXP控制系統(tǒng)等。燃?xì)廨啓C(jī)的迅速發(fā)展對電站的自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，隨著燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率的增大，以及以燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)為核心的動(dòng)力裝置的廣泛使用，燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)性能顯得越來越重要。在一定程度上，燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)性能決定著相應(yīng)的動(dòng)力裝置的變工況性能、經(jīng)濟(jì)性和安全性能。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)是電站的神經(jīng)系統(tǒng)，以保證機(jī)組的安全和可靠運(yùn)行，除了配備先進(jìn)的主機(jī)設(shè)備外，完善的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)更能充分發(fā)揮燃?xì)廨?/p>

17、機(jī)的最大優(yōu)越性，而燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)控制具有不同于一般變工況的特性，是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其特性對于提高燃?xì)廨啓C(jī)的使用壽命具有很重要的意義。在我國，對于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的研究還正處在發(fā)展階段，尚不具備燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力，國內(nèi)相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)電站大多直接進(jìn)口國外的控制系統(tǒng)，但隨著國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)的國產(chǎn)化程度逐步提高，必然對控制系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化程度提出更高的要求1。本文分析研究了燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，希望能夠有助于大家對燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的了解和認(rèn)識(shí)，探討燃?xì)廨啓C(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)的未來發(fā)展，將有助于我國開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)。1.2 燃?xì)廨啓C(jī)及其控制系統(tǒng)的

18、發(fā)展概況燃?xì)廨啓C(jī)是一項(xiàng)多技術(shù)集成的高技術(shù)，其傳統(tǒng)的提高性能途徑：不斷地提高透平初溫、相應(yīng)地增大壓氣機(jī)壓比和完善有關(guān)部件。50年代初，透平初溫(t3 )只有600- 700，靠耐熱材料性能的改善，平均每年上升約10；60年代后，還藉助于空氣冷卻技術(shù)，t3平均每年升20。從70年代開始,充分吸取先進(jìn)航空技術(shù)和傳統(tǒng)汽輪機(jī)技術(shù)，沿著傳統(tǒng)的途徑不斷提高性能,現(xiàn)已開發(fā)出一批“F”、“FA”、“3A”型技術(shù)的新產(chǎn)品，它們代表著當(dāng)今商業(yè)化的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的最高水平：t3 為1300，壓氣機(jī)壓比= 10 30，簡單循環(huán)效率sc = 36 - 40 %，聯(lián)合循環(huán)效率cc = 55 % - 58 %。近期將把t3提高

19、到1430，這也許是傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和材料所能達(dá)到透平初溫的極限。正在開發(fā)的新一代產(chǎn)品的主要特征是采用蒸汽冷卻技術(shù)，高溫部件的材料仍以超級(jí)合金為主，采用先進(jìn)工藝(定向結(jié)晶,單晶葉片等)，部分靜部件可能采用陶瓷材料。初溫有較大提高t3=1400-1500，將應(yīng)用智能型微機(jī)控制系統(tǒng)，并更加重視環(huán)保性能。對未來燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)思將基于采用革命性新材料，發(fā)動(dòng)機(jī)處于或接近理論燃燒空氣量的條件下工作，t3將達(dá)1600- 1800,現(xiàn)采用的熔點(diǎn)1200、密度為8g/cm3的葉片超級(jí)合金將被淘汰,新的高級(jí)材料應(yīng)是小密度(< 5g/cm3)的、有更好的綜合高溫性能,也許陶瓷材料是一種選擇。近50年來，我國燃?xì)廨?/p>

20、機(jī)的研究、設(shè)計(jì)、制造已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ),積累許多使用的經(jīng)驗(yàn)，取得了很大成績。先后研制過的燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)達(dá)數(shù)十種,功率等級(jí)從數(shù)百kW到36MW。我國工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)，從兩方面平行發(fā)展:一是航空陸用途徑，即航機(jī)改型；另為機(jī)械部所屬汽輪機(jī)廠通過自行設(shè)計(jì)制造與國際合作等各種途徑來發(fā)展。試驗(yàn)研究方面在國內(nèi)也有一定的基礎(chǔ)，取得相當(dāng)水平的科研成果。不過,由于地面燃?xì)廨啓C(jī)的研制在80年代前后停頓，造成很大損失，我國燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)與國外先進(jìn)水平的差距明顯，至今不具備設(shè)計(jì)制造大型高性能燃?xì)廨啓C(jī)的能力2。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程。走過了從液壓機(jī)械式控制、模擬式電子控制到數(shù)字式電子控制的發(fā)展道路，

21、早期的燃?xì)廨啓C(jī)控制器是采用測量元件直接控制燃?xì)廨啓C(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直接作用式，至30年代己發(fā)展為相當(dāng)完善的機(jī)械液壓型控制結(jié)構(gòu)，其控制策略均采用比例積分型控制結(jié)構(gòu)。隨著電力系統(tǒng)發(fā)展對自動(dòng)化水平要求的提高，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開始研究用微機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制方案，微機(jī)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律由PID型發(fā)展到眾多PID改進(jìn)型，其硬件發(fā)展經(jīng)歷了單片機(jī)、STD總線式工業(yè)控制機(jī)、PLC可編程控制器、工業(yè)PC以及現(xiàn)在流行的DCS分散控制系統(tǒng)和FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等微機(jī)系列的應(yīng)用過程，其中STD總線式工業(yè)控制機(jī)、PLC可編程控制器及DCS系統(tǒng)為現(xiàn)在的主流產(chǎn)品，具有高可靠性和計(jì)算快速、多任務(wù)及編程通用化的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)

22、雜的控制任務(wù)。高性能控制平臺(tái)為先進(jìn)、復(fù)雜的控制策略開發(fā)研究和實(shí)際應(yīng)用提供了硬件支持。20世紀(jì)70年代，GE公司的LM1500燃?xì)廨啓C(jī)配套使用由美國大陸公司研制的模擬式電子控制器實(shí)現(xiàn)了邏輯順序控制，而燃油控制仍然由液壓機(jī)械式控制器實(shí)現(xiàn)。直到20世紀(jì)90年代，燃?xì)廨啓C(jī)開始全面配置數(shù)字電子控制系統(tǒng)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)控制已有多種數(shù)字控制系統(tǒng)，例如：S&S公司成套的LM6000機(jī)組和TPM公司成套的FT8機(jī)組等采用了美國WOODWARD公司的NETCOON5000系列燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，西門子公司采用的TELEPERM XP控制系統(tǒng)以及GE公司的PG6O00系列機(jī)組則采用了GE SPEE

23、D TRONIC的MARK V。1998年，GE Power System和GE Fanuc聯(lián)合開發(fā)的MARK VI控制系統(tǒng)在北美市場推出，該控制系統(tǒng)可帶現(xiàn)場總線和遠(yuǎn)程I/O，可實(shí)現(xiàn)全廠一體化控制，操作系統(tǒng)也從MARK V的DOS升級(jí)到Win NT。并且，燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)字電子控制系統(tǒng)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的發(fā)展，硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化，配置了菜單式的開發(fā)軟件?？傊?，在燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)40多年5400多臺(tái)機(jī)組的實(shí)踐應(yīng)用中，電子控制技術(shù)占了26年，應(yīng)用機(jī)組4400余臺(tái)，電子控制技術(shù)得到不斷發(fā)展3。國內(nèi)在20世紀(jì)80年代發(fā)展輕型燃?xì)廨啓C(jī)的同時(shí)，迅速地開展了燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研制。WJ6，WJ5，W-P6和

24、W-Z5等燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)控系統(tǒng)已應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，最近推出的QD100，QD128，QD70也都配置了數(shù)控系統(tǒng)，但總體上還處于量身裁衣、單臺(tái)定制的初級(jí)階段。燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研制一般采用兩種方式，一種方式是軟硬件全部自行研制，這種方式針對性強(qiáng)，批產(chǎn)成本低，但研制費(fèi)用高，較適用于有批量的燃?xì)廨啓C(jī)。第二種方式是選用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制硬件配上自行開發(fā)的控制軟件，該方式研制周期短，但適應(yīng)性差，而且有時(shí)還不得不制作一些電子硬件接口，一般適合于量少或功率等級(jí)較大的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)4。1.3 課題主要內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容為利用計(jì)算機(jī)及西門子PLC設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)。主要做了以下工作：(1) 在所學(xué)知識(shí)以及查閱

25、大量的資料的基礎(chǔ)上，對燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)工藝有了細(xì)致深刻的認(rèn)識(shí)和了解。包括燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)組成，燃?xì)廨啓C(jī)的順序控制系統(tǒng)及主控系統(tǒng)的要求。同時(shí)查閱有關(guān)PLC的資料，學(xué)習(xí)和了解PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并選擇適合所研究課題的PLC。(2) 確定所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出，寫出控制系統(tǒng)的IO表，學(xué)習(xí)PLC的編程軟件STEP7，并選擇需要的IO模塊，進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)。同時(shí)填寫符號(hào)表，為編程做好準(zhǔn)備。(3) 對燃?xì)廨啓C(jī)的過程控制系統(tǒng)按功能進(jìn)行分塊，根據(jù)控制回路的過程控制要求設(shè)計(jì)出每塊的程序框圖。并在STEP7中創(chuàng)建出相應(yīng)的OB、FB、FC、DB。根據(jù)所畫的程序框圖編寫各個(gè)塊的程序。(4) 利用PLCSIM對所編程

26、序進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果修正所編程序。查閱有關(guān)PID算法的資料，利用MATLAB的SUMLINK對算法進(jìn)行仿真。第二章 燃?xì)廨啓C(jī)工藝及PLC概述2.1 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及工作原理概述圖2.1 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室、透平組成。燃?xì)廨啓C(jī)正常工作時(shí)，工質(zhì)順序經(jīng)過吸氣壓縮、燃燒加熱、膨脹做功以及排氣放熱等四個(gè)工作過程而完成一個(gè)由熱變功轉(zhuǎn)化的熱力循環(huán)。圖2.1所示為開式簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)工作原理圖。壓氣機(jī)從外界大氣環(huán)境吸入空氣，并逐級(jí)壓縮，壓縮后的空氣被送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，然后再進(jìn)入透平膨脹做功，最后是工質(zhì)放熱過程，透平排氣可直接排到大氣，自然放熱給外界環(huán)境

27、，也可通過各種換熱設(shè)備如余熱鍋爐來回收利用部分余熱，這樣就形成了聯(lián)合循環(huán)。連續(xù)重復(fù)完成上述循環(huán)過程的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也就把燃料的化學(xué)能連續(xù)地部分轉(zhuǎn)化為有用功5。2.2 燃?xì)廨啓C(jī)控制要求燃?xì)庠O(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)使輪機(jī)盤車，把輪機(jī)帶動(dòng)到清吹轉(zhuǎn)速(約20額定轉(zhuǎn)速)，點(diǎn)火，再把輪機(jī)轉(zhuǎn)速提升到額定轉(zhuǎn)速，如驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)則控制系統(tǒng)還要控制同期并網(wǎng)。(如用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)或其它動(dòng)力輸出，控制系統(tǒng)要接受相應(yīng)各種限制。)然后把燃?xì)廨啓C(jī)加負(fù)荷到適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)。這一系列過程必須自動(dòng)發(fā)生和完成，同時(shí)要減小燃?xì)廨啓C(jī)熱燃?xì)馔ǖ啦考洼o助部件中的熱應(yīng)力6。整個(gè)控制系統(tǒng)可分為四個(gè)功能子系統(tǒng)：(1)主控制系統(tǒng)；(2)順序(程序)控制系統(tǒng)；(

28、3)保護(hù)系統(tǒng)；(4)電源系統(tǒng)在上述各功能系統(tǒng)中主控制系統(tǒng)是主要的，它必須完成四項(xiàng)基本控制：(1)設(shè)定起動(dòng)和正常的燃料極限；(2)控制輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加速；(3)控制輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(4)限制輪機(jī)的溫度。每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)控制功能或系統(tǒng)能控制送到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流量。這幾個(gè)控制系統(tǒng)都輸入到“最小值選擇門”，該選擇門的輸出作為燃料控制系統(tǒng)的輸入。采用最小值可給輪機(jī)提供最安全的運(yùn)行。這里先簡單介紹一下這幾部分控制要求。1)主控制系統(tǒng)起動(dòng)控制：在起動(dòng)期間為了最佳的點(diǎn)火和聯(lián)焰，以及避免過分的熱沖擊，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置了燃料限。起動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置了隨轉(zhuǎn)速和時(shí)間進(jìn)程而變化的燃料上限。一般在1820轉(zhuǎn)速時(shí)，選擇的燃料空

29、氣比將在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生近于1000F的溫升。測知火焰后，燃料流量限減小到暖機(jī)值保持約一分鐘，以便緩慢地加熱冷的渦輪部件。暖機(jī)周期以后，慢慢增加燃料流量使輪機(jī)進(jìn)入工作轉(zhuǎn)速7。燃料逐漸增加是為了使熱沖擊減至最小。機(jī)組進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速以后，起動(dòng)控制將建立一個(gè)最大的燃料限。這就避免了起動(dòng)控制的燃料極限通過最小值門。轉(zhuǎn)速控制：燃?xì)廨啓C(jī)可有兩類轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器：有差和無差。少數(shù)機(jī)組可能兩種調(diào)節(jié)器都有，具備在有負(fù)荷的情況下改變調(diào)節(jié)器的能力8。有差調(diào)節(jié)器用在發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)上，要求有差調(diào)節(jié)器來提供系統(tǒng)穩(wěn)定性。對于具有固定轉(zhuǎn)速給定點(diǎn)的孤立運(yùn)行機(jī)組，如果負(fù)荷由零增加到額定值，則輪機(jī)轉(zhuǎn)速將下降4。這種有差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是由一臺(tái)比例控制

30、器提供的。這種調(diào)節(jié)器有一個(gè)可調(diào)設(shè)定點(diǎn)裝置，它的最大設(shè)定點(diǎn)稱為低轉(zhuǎn)速停止(LSS)。無差調(diào)節(jié)器提供不變的輪機(jī)轉(zhuǎn)速，輪機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化無關(guān)。這種調(diào)節(jié)器用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)組，或許用在小系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電裝置上。無差調(diào)節(jié)器用一組水平線來代替斜線。無差控制是由比例積分控制器給出的。為了避免由于系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)引起的“熄火”，設(shè)置了一個(gè)最小燃料極限。正常停車時(shí)，最小燃料提供一個(gè)具有最小火焰的冷機(jī)周期，以便把熱沖擊減至最小，如果火焰突然熄滅，將發(fā)生強(qiáng)烈的熱沖擊。溫度控制：內(nèi)部溫度限是在第一級(jí)噴嘴處，稱為工作溫度。由于這里的溫度長期維持在1100以上，故在第一級(jí)噴嘴處無法直接測量這個(gè)溫度。而是通過測量渦輪排氣溫度和壓氣機(jī)出口

31、壓力，計(jì)算得到工作溫度。壓氣機(jī)出口壓力代表通過渦輪的壓力降，還要對大氣溫度作修正9。由于冷空氣密度大于暖空氣，對于同樣的負(fù)荷，冷天壓氣機(jī)出口壓力將比暖天高，因此冷天渦輪有較高的壓降和溫降，所以為了保持同樣的工作溫度，排氣溫度必須保持在較低值。2)順序(程序)控制順序控制電路提供了在起動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)和冷機(jī)期間輪機(jī)的、發(fā)電機(jī)的、起動(dòng)裝置的和輔機(jī)的順序。順序控制系統(tǒng)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)和其他主要系統(tǒng)，如燃料和液壓滑油系統(tǒng)，并發(fā)出輪機(jī)按預(yù)定方式起和停的邏輯信號(hào)。這些邏輯信號(hào)包括轉(zhuǎn)速級(jí)信號(hào)，轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)控制，負(fù)荷能力選擇，起動(dòng)設(shè)備控制和計(jì)時(shí)器信號(hào)等10。3)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)保護(hù)系統(tǒng)是當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)超過臨界值或控制設(shè)備故障

32、時(shí)通過切斷燃料流量遮斷輪機(jī)。切斷燃料流量是同時(shí)通過兩個(gè)獨(dú)立的裝置：截止閥，這是主要的；燃料泵和燃料控制閥，這是第二位的。截止閥是通過電氣和液壓兩個(gè)信號(hào)來關(guān)閉的。燃料泵和控制閥只通過一個(gè)電氣信號(hào)關(guān)閉。系統(tǒng)設(shè)置了如下保護(hù)系統(tǒng)11：(1)超溫保護(hù)(2)超速保護(hù)(3)熄火保護(hù)(4)振動(dòng)保護(hù)(5)燃燒監(jiān)測保護(hù)此外還有一些保護(hù)功能，例如潤滑油壓力過低或潤滑油溫度過高等等。雖然這也很重要，同樣危及機(jī)組的安全。但從結(jié)構(gòu)上采用較簡單的元件來實(shí)現(xiàn)。這些保護(hù)系統(tǒng)在起動(dòng)和運(yùn)行的整個(gè)過程甚至包括盤車過程，隨時(shí)監(jiān)視著輪機(jī)。一旦參數(shù)達(dá)到臨界值或者任何一個(gè)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障都發(fā)出報(bào)警信號(hào)12。2.3 PLC概述2.3.1 PL

33、C發(fā)展及現(xiàn)狀PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一批可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了13。 在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以

34、物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長

35、率一直保持為3040%。由于PLC人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部分DCS的市場(過程控制)并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC(IPC)的出現(xiàn)，特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，所以近年來PLC增長速度總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場的根本原因，我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)

36、問題，并研究其發(fā)展趨勢。對應(yīng)中型PLC以上，均采用16位32位CPU，微小型PLC原采用8位CPU，現(xiàn)在根據(jù)通訊等方面要求，有的也改用16位32位CPU14。由于I/O 64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%，64點(diǎn)256點(diǎn)的占31%，合計(jì)位整個(gè)PLC銷售額的78%，所以對微、小型PLC應(yīng)多加研究。 PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例，為總線模板框式結(jié)構(gòu)，基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板，其它槽位裝有I/O模板；如果I/O模板多時(shí)，可由CPU母板經(jīng)I/O擴(kuò)展電纜連接I/O擴(kuò)展母板，在其上裝I/O模板；另一種方法是配備遠(yuǎn)程I/O從

37、站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發(fā)，便于用戶選用，配置成規(guī)模不等的PLC，而且這種硬件配置的開放性，為制造商、分銷商(代理商)、系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來很多方便，為營銷供應(yīng)鏈帶來很大便利，這是一大成功經(jīng)驗(yàn)。 PLC內(nèi)的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，還發(fā)展了一系列特殊功能的I/O模板，這為PLC用于各行各業(yè)打開了出路，如用于條形碼識(shí)別的ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識(shí)別接口模板等，這在以后還會(huì)有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關(guān)元件、強(qiáng)干擾場合

38、的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會(huì)更加完善。PLC中的CPU與存儲(chǔ)器配合，完成控制功能。它與DCS系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的系統(tǒng)不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.10.2秒，更快的則選用50毫秒或更小的消滅周期15。它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。 為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類，即基本指令和擴(kuò)展指令。細(xì)分一般PLC的指令系統(tǒng)有：基本指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、BCD運(yùn)算指

39、令、二進(jìn)制運(yùn)算指令、增量/減量指令、邏輯運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令等，這些指令多是類似匯編語言。另外PLC還提高了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源，為編程帶來極大方便16。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域是寬闊的，還有許多領(lǐng)域急待開拓，如用于海關(guān)過境車輛認(rèn)證(深圳鹽田)在我國已有實(shí)例。另外，在離散事件冬天系統(tǒng)中，如公路網(wǎng)交通流(車輛計(jì)數(shù)、乘客計(jì)數(shù)及停留時(shí)間計(jì)量)、物流系統(tǒng)、柔行制造系統(tǒng)(敏捷制造系統(tǒng))及一切非標(biāo)準(zhǔn)隨服務(wù)系統(tǒng)中，均可以采用PLC，進(jìn)而建模和采取對策并優(yōu)化。PLC的前途一片美好，一切悲觀的論點(diǎn)是站不住腳的。至于技術(shù)進(jìn)步，PLC與其它技術(shù)融合以至消失，那還需要一定的時(shí)間17。2

40、.3.2 STEP7概述SIMATIC STEP7作為一個(gè)平臺(tái)，它可以集成各種控制設(shè)備的軟件，使不同設(shè)備以及西門子PLC站點(diǎn)具有相同的數(shù)據(jù)庫，所有設(shè)備的編程、配置、調(diào)試、數(shù)據(jù)路由以及通信工作只需在STEP7中就可以完成，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目中所有控制任務(wù)的集成。掌握STEP7是學(xué)習(xí)西門子公司自動(dòng)化產(chǎn)品的基礎(chǔ)。2.3.3 PLC400概述由于此次課題的控制對象燃?xì)廨啓C(jī)的輸入輸出多而且復(fù)雜，所以采用的是西門子的SIMATIC S7-400系列的PLC。SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶

41、友好的操作使SIMATIC S7-400成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。SIMATIC S7-400可編程控制器采用模塊化設(shè)計(jì)，性能范圍寬廣的不同模板可靈活組合，擴(kuò)展十分方便。與以往的PLC相比，S7-400提高了運(yùn)算和通訊能力，整體運(yùn)算速度加快了60%。同時(shí)也提高了工作存儲(chǔ)卡、內(nèi)置裝載存儲(chǔ)卡、FC、FB、DB塊的數(shù)量。在400PLC上全新集成PROFINET接口的CPU，提高了網(wǎng)絡(luò)通訊能力。而且在S7-400上添加了SFC 109 PROTECT，可以選擇額外的寫保護(hù)。PLC的固件可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)。與V4 CPU相比，S7-400的CPU降低了后備電流。而且免安裝的集成開發(fā)

42、環(huán)境不必?fù)?dān)心程序庫的版本兼容問題，基本無需更新。客戶端計(jì)算機(jī)速度慢也無關(guān)緊要，服務(wù)器會(huì)協(xié)助計(jì)算。2.4 本章小結(jié)本章先介紹了燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)工藝，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了燃?xì)廨啓C(jī)的控制要求。在本章的后一部分，對PLC的發(fā)展現(xiàn)狀做了概述，同時(shí)對此次課題所采用的西門子PLC400、STEP7以及PROFIBUS做了簡要說明。第三章 燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 燃?xì)廨啓C(jī)順序控制系統(tǒng)3.1.1 起動(dòng)程序控制起動(dòng)程序控制也就是燃?xì)廨啓C(jī)整個(gè)起動(dòng)過程的順序邏輯控制。從起動(dòng)起動(dòng)機(jī)、帶動(dòng)燃機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)、燃機(jī)點(diǎn)火、轉(zhuǎn)子加速直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。起動(dòng)程序安全地控制燃機(jī)從零轉(zhuǎn)速加速到額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在這個(gè)過程中要求燃機(jī)熱通道部件

43、的低周疲勞為最小，既保證較迅速的起動(dòng)又不能產(chǎn)生太大的熱應(yīng)力。起動(dòng)程序還涉及到一系列輔機(jī)、起動(dòng)機(jī)和燃料控制系統(tǒng)的順序控制命令。因?yàn)榘踩?、迅速的起?dòng)還取決于燃?xì)廨啓C(jī)各有關(guān)設(shè)備的適時(shí)運(yùn)作，所以程序必須及時(shí)地查驗(yàn)各有關(guān)設(shè)備所處的狀態(tài)。這些程序的順序邏輯不僅與實(shí)施控制的設(shè)備有關(guān)還要和保護(hù)電路有關(guān)。起動(dòng)程序發(fā)出的各種控制指令首先要依賴于現(xiàn)時(shí)燃機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。因而轉(zhuǎn)速的正確檢測在起動(dòng)過程中是至關(guān)重要的。輪機(jī)用電渦流式磁性傳感器測量轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一系列關(guān)鍵值時(shí)將發(fā)出一系列控制指令使相應(yīng)電磁閥和泵動(dòng)作。這些關(guān)鍵的轉(zhuǎn)速級(jí)常用的有下列四個(gè)：14HR零轉(zhuǎn)速(約0.31額定轉(zhuǎn)速)：當(dāng)軸轉(zhuǎn)速低于L14HR(啟動(dòng)信號(hào))

44、釋放值或在沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)L14HR觸發(fā)(故障保安)，邏輯允許信號(hào)使離合器開始帶電，開始輪機(jī)的盤車程序。14HM最小轉(zhuǎn)速(約16額定轉(zhuǎn)速)(9E約10額定轉(zhuǎn)速)：最小轉(zhuǎn)速邏輯表示燃機(jī)達(dá)到了允許點(diǎn)火的最小轉(zhuǎn)速，在火花塞點(diǎn)火之前需完成清吹周期，然后點(diǎn)火。在停機(jī)過程中L14HM(清吹、點(diǎn)火指令)最小轉(zhuǎn)速邏輯置“0”則提供了燃機(jī)停機(jī)后再起動(dòng)的幾個(gè)允許邏輯。14HA加速轉(zhuǎn)速(約50額定轉(zhuǎn)速)：L14HA(加速信號(hào))的觸發(fā)值為TNKl4HAl(典型值為額定轉(zhuǎn)速的50)，釋放值為TNKl4HA2(控制常數(shù)典型值為額定轉(zhuǎn)速的46)。L14HA觸發(fā)主要用于開始FSR加速控制，關(guān)閉事故潤滑油泵。L14HA的釋放主要用于

45、熱停機(jī)過程中使FSR箝位到零，從而使輪機(jī)熄火。14HS運(yùn)行轉(zhuǎn)速(約97額定轉(zhuǎn)速)：L14HS(啟動(dòng)完成信號(hào))的觸發(fā)值為TNKl4HSl(典型值為97)，釋放值為TNKl4HS2(控制常數(shù)典型值為95)。L14HS的觸發(fā)為“真”主要用于表示起動(dòng)程序已完成，從而開啟壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，關(guān)閉壓氣機(jī)放氣閥；L14HS的釋放為“假”主要用于關(guān)閉壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉，開啟壓氣機(jī)放氣閥、開動(dòng)交流潤滑油泵。繼續(xù)下降轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)直到最小值。火焰一直保持到轉(zhuǎn)速下降到L14HA釋放或者停機(jī)計(jì)時(shí)器時(shí)間到(5分鐘)，F(xiàn)SR箝位置零，切斷燃料為止。燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)過程是由起動(dòng)程序控制和主控制系統(tǒng)中起動(dòng)控制共同作用的結(jié)果。前者從起動(dòng)開

46、始給出順序控制邏輯信號(hào)，后者從燃機(jī)點(diǎn)火開始控制燃料命令信號(hào)FSR值。起動(dòng)控制作為開環(huán)控制是用預(yù)先設(shè)置的燃料命令信號(hào)FSR來操作。這些預(yù)設(shè)的FSR值為：“最小”、“點(diǎn)火”、“曖機(jī)”、“加速”和“最大”值。具體數(shù)值由控制技術(shù)條件根據(jù)現(xiàn)場考慮給出適當(dāng)?shù)闹怠＿@些FSR值存儲(chǔ)在SPEEDTRONIC的起動(dòng)控制系統(tǒng)。起動(dòng)控制FSR信號(hào)通過最小值門來起作用，以保證其他控制功能按要求限制FSR。燃料命令信號(hào)都是由SPEEDTRONIC模塊控制起動(dòng)軟件發(fā)出的。除了3個(gè)起動(dòng)值(點(diǎn)火、暖機(jī)、加速)外，軟件還設(shè)置最大和最小FSR，并提供手動(dòng)控制FSR。按下“MANUAL CONTROL”(手動(dòng)控制)開關(guān)和“FSR G

47、AG RAISE OR LOWER”(FSR升或降)開關(guān)，就可以在FSR MIN(FSR最小)和FSR MAX(FSR最大)之間手動(dòng)調(diào)整FSR給定值。當(dāng)燃機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，由燃料控制閥和相關(guān)部件及電源構(gòu)成校驗(yàn)系統(tǒng)。如果CRT顯示出“SHUT DOWN STATUS”(停機(jī)狀態(tài))。點(diǎn)擊主選擇(MASTER SELECT)區(qū)的某個(gè)起動(dòng)字段(CRANK、FIRE、AUTO及SER REM使主選擇L43的邏輯從OFF轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)。于是觸發(fā)了準(zhǔn)備起動(dòng)電路，如果所有的保護(hù)電路和遮斷閉鎖都具備了“準(zhǔn)備起動(dòng)允許條件”，則CRT上STATUSFLD：READY TO START(準(zhǔn)備字段：起動(dòng)已準(zhǔn)備就緒)。燃機(jī)就可以接

48、受起動(dòng)命令。在主控(MASTER CONTROL)區(qū)點(diǎn)擊START(起動(dòng))并點(diǎn)擊“EXECUTE COMMAND”字段，起動(dòng)命令就進(jìn)入邏輯順序，也就是說開始執(zhí)行起動(dòng)程序。起動(dòng)信號(hào)激勵(lì)主控和保護(hù)回路以及起動(dòng)所需的輔助設(shè)備。L4邏輯使遮斷油壓增壓，使起動(dòng)離合器嚙合，隨之起動(dòng)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)主軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)。CRT上顯示出STARTING。當(dāng)輪機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，L14HR信號(hào)使起動(dòng)離合器線圈20CS失電，停止液壓棘輪的工作。于是保持離合器嚙合所需要的扭矩由起動(dòng)電機(jī)提供。輪機(jī)轉(zhuǎn)速繼電器14HM指出輪機(jī)在清吹和燃燒室點(diǎn)火要求的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。還有一個(gè)清吹計(jì)時(shí)器L2TV清吹時(shí)間以使整個(gè)機(jī)組換四次空氣(通過四倍機(jī)組通道

49、容積的空氣)為準(zhǔn)，以保證任何可燃混合物吹出系統(tǒng)。K2TV正常的設(shè)定是1分鐘。用L14HM信號(hào)開始計(jì)算，起動(dòng)設(shè)備將保持轉(zhuǎn)速直到L2TV起作用，就完成了這個(gè)周期。L14HM信號(hào)或清吹周期完成(L2TV=1)就給出燃料流量，點(diǎn)火過程設(shè)置了點(diǎn)火FSR和點(diǎn)火計(jì)時(shí)器L2F開始點(diǎn)火計(jì)時(shí)。當(dāng)火焰檢測器輸出信號(hào)(L28FD)指出燃燒室中已建立火焰、暖機(jī)計(jì)時(shí)器L2W開始計(jì)時(shí)，燃燒命令信號(hào)降到FSR的暖機(jī)值。暖機(jī)是為了起動(dòng)開始階段輪機(jī)熱通道部件的熱應(yīng)力減到最小。如果火焰沒有建立，L2F計(jì)時(shí)器時(shí)間到(一般為60秒)，可以再給機(jī)組另一個(gè)點(diǎn)火信號(hào)，但將通過L2TV計(jì)時(shí)器延遲點(diǎn)火以避免燃料逐次積累。即使在不需要最初的L2T

50、V清吹的機(jī)組上也要有此順序。在完成暖機(jī)(L2WX)周期時(shí)，起動(dòng)控制FSR以預(yù)定的速率斜升到“加速極限”的給定值，把起動(dòng)周期設(shè)計(jì)成使加速周期所產(chǎn)生的工作溫度適中。這是通過FSR緩慢地增長來完成的。由于燃料增加，輪機(jī)開始進(jìn)入加速階段，只要起動(dòng)機(jī)還向燃?xì)廨啓C(jī)提供扭矩，離合器就仍然保持嚙合。當(dāng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器就脫開，起動(dòng)機(jī)就停車。轉(zhuǎn)速繼電器14HA指出輪機(jī)正在加速。當(dāng)程序完成即L14HS觸發(fā)，起動(dòng)程序就結(jié)束了。FSR就由轉(zhuǎn)速控制回路控制，輔助系統(tǒng)就停機(jī)。起動(dòng)期間，起動(dòng)控制軟件建立最小允許的FSR值。如前所述，其他控制回路也可以減少和調(diào)節(jié)FSR以完成他們的控制功能，在起動(dòng)的加速階段這是可

51、能的。但是如果達(dá)到溫度控制限制，則是不正常的。CRT上將顯示正在進(jìn)行控制的FSR。燃機(jī)控制系統(tǒng)中的最小FSR限制是為了避免FSR的過分降低，以致在過渡期間熄火。例如，輪機(jī)突然甩負(fù)荷，燃機(jī)控制系統(tǒng)回路要把FSR信號(hào)迅速壓低，而最小FSR給定值則建立了避免熄火的最小燃料流量值。3.1.2 正常停機(jī)程序控制正常停機(jī)亦稱熱停機(jī)，既不同于燃機(jī)點(diǎn)火前(冷拖時(shí))停機(jī)又區(qū)別于緊急停機(jī)。當(dāng)主控制選擇停機(jī)并開始執(zhí)行時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)L94X信號(hào)。此時(shí)如果發(fā)電機(jī)線路斷路器在閉合狀態(tài)則轉(zhuǎn)速負(fù)荷給定點(diǎn)TNR開始下降。以正常速率減少FSR和負(fù)荷。一旦逆功率繼電器動(dòng)作則立即斷開發(fā)電機(jī)斷路器。隨之轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)TNR繼續(xù)下降，轉(zhuǎn)速也逐漸

52、下降直到額定轉(zhuǎn)速的46左右，即14HA釋放，F(xiàn)SR箝位到零，關(guān)閉燃料截止閥切斷燃料供應(yīng)。3.2 燃?xì)廨啓C(jī)主控系統(tǒng)子系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)置了下列幾種改變輪機(jī)燃料消耗率的主控制系統(tǒng)：(1)起動(dòng)控制系統(tǒng)(Start up)；(2)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)(Speed)；(3)溫度控制系統(tǒng)(Temperature)；(4)加速控制系統(tǒng)(Acceleration)；(5)停機(jī)控制系統(tǒng)(Shut down)；每個(gè)系統(tǒng)輸出的燃料行程基準(zhǔn)(指令)FSR(Fuel Stroke Reference)如下：(1)起動(dòng)控制燃料行程基準(zhǔn)FSRSU；(2)轉(zhuǎn)速控制燃料行程基準(zhǔn)FSRN；(3)溫度控制燃料行程基準(zhǔn)FSRT；(4)加速控制燃

53、料行程基準(zhǔn)FSRACC；(5)停機(jī)控制燃料行程基準(zhǔn)FSRSD；此外還設(shè)置了手動(dòng)FSR控制，輸出FSPMAN。6個(gè)FSR量進(jìn)入“MIN”一最小值選擇門，選出6個(gè)FSR中的最小值作為輸出，以此作為該時(shí)刻實(shí)際執(zhí)行用的FSR控制信號(hào)。因而雖然任何時(shí)候6個(gè)系統(tǒng)各自都有輸出，但某一時(shí)刻只有一個(gè)系統(tǒng)的輸出在起控制作用。圖3.1為燃料沖程基準(zhǔn)計(jì)算示意圖： 起動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)停機(jī)控制系統(tǒng)加速度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)最小值選擇FSR手動(dòng)控制系統(tǒng)FSRSUFSRNFSRSDFSRACCFSRTFSRMAN圖3.1 燃料沖程基準(zhǔn)計(jì)算示意圖3.2.1 燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)控制燃機(jī)起動(dòng)過程是在程序控制系統(tǒng)和起動(dòng)控制系統(tǒng)共同完

54、成的。前者在上一節(jié)已說明，其要點(diǎn)是：通過操作接口選擇操作指令鍵下達(dá)起動(dòng)命令后，程控系統(tǒng)(及有關(guān)保護(hù)系統(tǒng))檢查準(zhǔn)備起動(dòng)允許條件、遮斷閉鎖的復(fù)位、開動(dòng)輔助設(shè)備(如液壓泵、燃料供給等)，根據(jù)程序去開關(guān)相應(yīng)的閥、馬達(dá)、使起動(dòng)機(jī)把輪機(jī)帶到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速、繼而點(diǎn)火、再判斷點(diǎn)火成功與否。隨后進(jìn)行暖機(jī)、關(guān)閉起動(dòng)機(jī)等一系列動(dòng)作，直到輪機(jī)達(dá)到運(yùn)行轉(zhuǎn)速才完成起動(dòng)程序。而起動(dòng)控制僅控制從點(diǎn)火開始直到起動(dòng)程序完成這一過程中燃料供給(在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中通過起動(dòng)控制系統(tǒng)輸出FSRSU)。燃機(jī)起動(dòng)過程中燃料需要量變化范圍相當(dāng)大。其最大值受壓氣機(jī)喘振 (有時(shí)還要受透平超溫)所限，最小值則受零功率所限。這個(gè)上下限隨著燃機(jī)轉(zhuǎn)速大小而變，在

55、脫扣轉(zhuǎn)速時(shí)這個(gè)上下限之間的范圍最窄。沿上限控制燃料量可使起動(dòng)最快，但燃機(jī)溫度變化劇烈，會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致材料的熱疲勞而縮短使用壽命。對重型燃?xì)廨啓C(jī)尤為重要。對用于發(fā)電的重型燃?xì)廨啓C(jī)，其起動(dòng)時(shí)間要求并不太高。因此對重型燃機(jī)起動(dòng)過程中燃料控制的目標(biāo)一般偏低，變化偏緩以求較小的熱應(yīng)力減輕熱疲勞。燃?xì)廨啓C(jī)以開環(huán)方式控制起動(dòng)過程中FSR。當(dāng)燃機(jī)被起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速(約16額定轉(zhuǎn)速，L14HM=I)并滿足點(diǎn)火條件時(shí)，起動(dòng)控制系統(tǒng)把預(yù)先設(shè)置的FSR點(diǎn)火值作為FSRSU輸出。若點(diǎn)火成功，F(xiàn)SRSU立刻降到暖機(jī)值進(jìn)行暖機(jī)，在曖機(jī)期間FSRSU保持暖機(jī)值不變，輪機(jī)的轉(zhuǎn)速則在逐漸上升，實(shí)際燃料流量Gr，也在

56、增加，通常完成一分鐘暖機(jī)后，F(xiàn)SRSU以預(yù)先設(shè)置的變化率隨時(shí)間斜升到加速值，隨后再以另一個(gè)預(yù)先設(shè)置的速率繼續(xù)斜升。3.2.2 轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是輪機(jī)最基本的控制系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)備有有差轉(zhuǎn)速(Droop Speed)控制方式和無差轉(zhuǎn)速（Isochronous Speed）控制方式二種控制算法?？筛鶕?jù)需要分別選用。帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)選用有差轉(zhuǎn)速控制方式，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)或泵時(shí)可選用無差轉(zhuǎn)速控制方式。當(dāng)輪機(jī)處于轉(zhuǎn)速控制時(shí)，控制方式“DROOP SPEED”或“ISOCH SPEED”將被顯示。有差轉(zhuǎn)速控制遵循比例控制規(guī)律，也就是FSR的變化正比于給定轉(zhuǎn)速(即轉(zhuǎn)速給定點(diǎn)Speed Set Point或

57、轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)Speed Reference)TNR與實(shí)際轉(zhuǎn)速TNH之差： (3.1)圖3.2 有差轉(zhuǎn)速控制原理圖圖3.2表示如下關(guān)系： (3.2)式中：FSRN有差轉(zhuǎn)速控制的輸出FSRFSRN0輪機(jī)全速空載的FSR值(在這里作為控制常數(shù)存入存儲(chǔ)單元)KDROOP決定有差轉(zhuǎn)速控制不等率的控制常數(shù)。上式即比例控制規(guī)律 (3.3)FSRN=FSRN0時(shí)，由上式可知，此時(shí) TNH=TNR，即轉(zhuǎn)速基準(zhǔn) TNR 正好就是空載時(shí)的轉(zhuǎn)速TNH。當(dāng)FSRN由 FSRN0 值變到額定負(fù)荷值 FSRNe 時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化是額定負(fù)荷下的（TNR-TNH），它正好就是有差轉(zhuǎn)速控制的不等率。所以有 (3.4)轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)TNR信號(hào)增減時(shí)，靜態(tài)特性