1 前言
隨著(zhù)我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠(chǎng)的裝機容量和單機容量都日益增大，熱工保護系統的規模也大幅度上升，對熱工保護系統的控制方式、運行水平的要求也越來(lái)越高。
　　熱工保護的主要作用是當機組在啟停和運行過(guò)程中發(fā)生危及設備和人身安全的故障時(shí)，自動(dòng)采取保護或聯(lián)鎖措施，防止事故產(chǎn)生和避免事故擴大，從而保證機組的正常啟停和安全運行。熱工保護是通過(guò)對設備工作狀態(tài)和機組運行參數的嚴密監視，發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)發(fā)出報警信號，必要時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)或切除某些設備或系統，使機組維持原負荷運行或減負荷運行。當發(fā)生重大故障而危及機組設備時(shí)，停止機組（或某一部分）運行，避免事故進(jìn)一步擴大。
　　發(fā)電機組的安全可靠性對本機、對電網(wǎng)乃至對國民經(jīng)濟來(lái)說(shuō)都極為重要，因此，保護控制系統的安全可靠性，對保障機組的安全穩定運行顯得十分關(guān)鍵。
　　

2 原有熱工保護系統改造的必要性
　　保護裝置在機組正常運行時(shí)是長(cháng)期不動(dòng)作的，而一旦出現異常情況卻要求必須可靠的立即動(dòng)作，因此對于熱工保護裝置應有必要的監視和試驗手段，以確保熱工保護裝置本身動(dòng)作的正確和可靠。
　　機組運行的安全可靠，不僅依賴(lài)于各設備的安全可靠性能，而且同各類(lèi)保護控制裝置的準確性和可靠性密切相關(guān)。電廠(chǎng)原有熱工保護裝置較落后且投運時(shí)間較長(cháng)，保護系統由繼電器組成控制回路，回路硬接線(xiàn)多，加上繼電器長(cháng)期帶電工作，繼電器觸點(diǎn)易老化，導致接觸不良，易產(chǎn)生拒動(dòng)或誤動(dòng)的情況。大修期間需對繼電器進(jìn)行測試，以確保繼電器工作正常，大大增加了熱工人員的維護工作量。而且隨著(zhù)運行時(shí)間的越來(lái)越長(cháng)，故障點(diǎn)相應增多，維護工作量越來(lái)越大，嚴重影響著(zhù)機組的安全運行，因此亟待進(jìn)行改造。
　　

3 熱工保護系統改造的設計思想
　　系統設計的出發(fā)點(diǎn)是提供可靠、高效的產(chǎn)品，有效地提高火力發(fā)電廠(chǎng)熱工保護系統的控制水平，給發(fā)電機組的安全、經(jīng)濟運行提供保障，同時(shí)實(shí)現減員增效的目的。
　　由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC已發(fā)展成為新一代工業(yè)控制機。它具有編程組態(tài)方便、硬件配置靈活、高可靠性和適應工業(yè)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的被應用于各個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域。
　　新系統采用“上位機+PLC”方式，應用計算機通訊技術(shù)和PLC控制技術(shù)，對多個(gè)輸入輸出信號實(shí)現動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監控，具有輸入輸出信號狀態(tài)顯示、保護動(dòng)作記錄、報表打印、保護聯(lián)鎖試驗等功能。

4 可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)
　　4.1 功能豐富
　　PLC具有豐富的處理信息的指令系統及存儲信息的內部器件，可以進(jìn)行各種邏輯問(wèn)題處理以及數據的運算。
　　PLC不僅能完成復雜的控制邏輯，而且也能實(shí)現模擬量控制和智能控制；并能實(shí)現遠程通訊、計算機聯(lián)網(wǎng)及上位機監控等功能。


　　4.2 編程方便
　　PLC是為取代傳統的繼電器控制邏輯而設計的，它沿用了繼電器原理圖或梯形圖的編程方法，包含有觸點(diǎn)、連線(xiàn)和線(xiàn)圈等概念。PLC一般采用梯形圖編程，可由非計算機專(zhuān)業(yè)人員在使用現場(chǎng)完成，程序可以在線(xiàn)修改。


　　4.3 系列化與標準化程度高
　　PLC在結構、形式、編程語(yǔ)言、通訊等方面大同小異，且各種PLC產(chǎn)品均形成了適用于不同控制要求的系列產(chǎn)品。因此，PLC應用于發(fā)電廠(chǎng)的控制系統將使系統的設計及硬件配置更為經(jīng)濟合理。


　　4.4 開(kāi)放的通訊功能
　　PLC既具有各PLC之間的協(xié)議通訊接口，也具有多種的通訊方式，如:RS232接口方式硬件成本低，經(jīng)濟性好，目前較常用，但傳送距離短、速率低；RS485接口方式克服了RS232的一些缺點(diǎn)，傳送距離大（最大可達1.2Km）； CAN方式接口傳送速度快，最大1～2M/S，傳送距離可達1.0Km，誤碼率低； 以態(tài)通訊方式傳送速度非?？欤?0Mbit/S），同時(shí)可以實(shí)現超遠距離的傳輸，只是硬件和傳送介質(zhì)的成本略高，用戶(hù)組成大型控制系統時(shí)，可根據外圍設備進(jìn)行方便的選擇。


4.5 PLC的選擇
　　根據保護系統所需要的輸入輸出點(diǎn)數、節點(diǎn)容量、系統功能等的要求，采用歐姆龍公司的SYSMAC C200HG PLC對保護系統進(jìn)行改造，C200HG-CPU63的各項性能指標如下表所示:
　　項目 功能
　　存儲器 用戶(hù)存儲器（UM） 15.2K字
　　普通DM 6.144字（DM0000-DM6143）
　　固定DM 512字（DM6144-DM6655）
　　擴展DM 0-3000字（DM7000-DM9999）
　　擴展DM存儲器（EM） 6.144字（EM0000-EM6143）
　　I/O分配 擴展機架 3個(gè)機架
　　I/O單元 單元號0-9，A-F
　　特殊I/O單元 單元號0-9，A-F
　　指令執行時(shí)間 基本指令 0.156μs
　　MOV（21） 0.625μs
　　ADD（30） 16.65μs
　　I/O刷新時(shí)間 0.7ms
　　通訊方式 RS232C端口
　　時(shí)鐘功能 具備時(shí)鐘功能
       5 改造后熱工保護系統的主要構成
　　改造后的保護系統主要由PLC控制器和上位計算機兩大部分組成，通過(guò)RS232電纜通訊。
　　C200HG PLC控制器配置包括CPU機架和擴展機架， CPU機架由四部分組成:CPU底板、C200HG CPU、電源單元、I/O單元。擴展機架由三部分組成:擴展底板、電源單元、擴展I/O單元。



　　6 PLC與上位機的串行通訊
　　PLC接收上位機發(fā)送過(guò)來(lái)的開(kāi)啟、停止信號，通過(guò)梯形圖編制的邏輯回路來(lái)控制相應的輸出點(diǎn)，從而實(shí)現對外部設備和裝置的控制。PLC與上位機采用串行通訊格式，ASCII碼，7位數據位，2位停止位，奇偶校驗位，通訊速率為9600bit/s。



　　7 改造后的熱工保護系統特點(diǎn)
　　a 系統結構簡(jiǎn)單可靠，組件式插接，便于安裝維護。I/O模件卡件式設計，可靈活、方便的進(jìn)行擴充。
　　b 保護系統采用雙電源供電，確保了系統穩定、連續的工作。
　　c 對PLC采用梯形圖的組態(tài)編程方式，可方便的進(jìn)行組態(tài)、監視和修改。通過(guò)梯形圖編程可實(shí)現相應的保護聯(lián)鎖功能和在線(xiàn)編輯，系統工作安全可靠。
　　d 采用上位機監控，可實(shí)現報表打印、報警查詢(xún)、狀態(tài)監視、保護聯(lián)鎖試驗記錄等多種功能。
　　e 對輸入信號狀態(tài)進(jìn)行記錄，確認其動(dòng)作或恢復的時(shí)間，給事故分析提供準確的依據。


　　8 小結
　　a 改造后的熱工保護系統由上位機和可編程控制器PLC組成，對原有的由繼電器構成的保護回路進(jìn)行改造。系統結構合理、可靠性高、易擴展，能完全滿(mǎn)足火電廠(chǎng)熱工保護的需要。
　　b 能對所有輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)記錄，包括各輸入點(diǎn)的接通和斷開(kāi)時(shí)間，而且熱工維護人員可根據所提供的動(dòng)作記錄來(lái)判斷一次元件或現場(chǎng)接線(xiàn)可能存在的問(wèn)題，消除事故隱患。
　　c 系統可實(shí)現保護聯(lián)鎖試驗、動(dòng)作記錄數據管理、狀態(tài)監視、系統組態(tài)等功能，大大提高了熱工保護裝置的技術(shù)水平，減輕了熱工人員的維護量，為事故分析提供了可靠、客觀(guān)的依據。
　　d 該系統靈活性高、適應性強、擴展性好，可根據用戶(hù)需要進(jìn)行擴展和修改，并提供了與其它控制系統的接口。
　　熱工保護系統肩負著(zhù)保護主、輔設備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任，它是機組自動(dòng)化控制的重要組成部分。隨著(zhù)機組容量的增大，熱工保護的重要性已日益為人們所認識。因此，合理地設計熱工保護系統，對提高機組自動(dòng)控制水平，減輕運行人員的負擔，增加機組運行的可靠性具有重大意義。