基于NT6000 的保护控制系统设计

袁吉胜，王娜娜，段绪伟

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

随着我国工业化的快速发展，许多大型辅机设备已经采用由工业汽轮机带动，例如水泵、压缩机等大型辅机设备[1]。这些大型设备功率要求高，直接由电机带动已难以满足要求，由工业汽轮机驱动可满足辅机设备功率高、转速调节灵活、连续稳定运行的要求[2]。然而，工业汽轮机相比于常规发电机组，体积小，通常是在高转速下变转速运行，启动和转速调节要求快速灵活，这对于运行安全有了更严格的考验，任意一保护参数引起的跳机信号都对机组安全运行产生严重威胁，同时，还要满足保护控制系统的稳定性。因此，设计安全可靠的保护控制系统方案是机组安全运行的重要保证。

本文以辅机汽轮机保护控制为研究目标，通过NT6000国产化分散控制软件，在下位机进行保护控制组态设计，在上位机可视化监测，实现对汽轮机运行全程进行监控、报警以及输出危机遮断保护信号。通过I/O模块对现场传感器进行数据采集，在下位机组态中进行逻辑运算，所有数据可保存，满足随时调取曲线分析需求，最终设计出一个具备辅机安全监控与危机遮断输出功能的保护控制系统。该系统能便于运行人员直观的了解辅机的运行状态，尤其在发生危险时能够快速响应，自动输出保护信号，有效的实现了自动保护控制[3]。

1 保护控制系统的组成

本文基于组态软件NT6000的保护控制系统方案，运行于麒麟系统平台，硬件DCS采用SC8000系统，控制器与系统平台通过以太网进行连接。I/O模块与控制器以Ebus协议进行通信，实时采集现场传感器信号，在NT6000软件中进行下位机保护组态设计、上位机画面管理。控制器可配置单机或冗余模式，数据采集模块可根据功能进行灵活选用与配置。该方案可实时监控各保护信号点数据及状态，通过设置报警区可进行故障报警，支持日志查询等功能。NT6000控制软件主界面见图1[4]。

图1 NT6000 控制软件主界面

当有报警信号时，通过指示灯和蜂鸣器进行预警。各项保护投切可选择，当有满足停机的信号发生时，经过中间逻辑快速运算，发出快关信号给现场遮断保护装置，同时也进行报警提示，画面首出显示停机原因。此外，支持历史数据曲线查询、日志查询，可为后续分析提供数据支撑。保护控制系统架构见图2[5]。

图2 保护控制系统架构图

2 保护控制系统设计

2.1 通信配置

点击麒麟加固机控制面板进入“网络连接”，与控制器进行以太网配置。点击“网络设置”对网络1进行IPv4设置，地址为192.168.2.22，子网掩码为255.255.255.0，见图3。在点击右下角“路由”，对IPv4路由设置，见图4。设置完成后该网口与控制器2网段连接，1网段设置同理，地址为192.168.1.22。

图3 网络连接属性编辑图

图4 IPv4 路由设置

2.2 下位机组态设计

点击NT6000软件中CCM Studio进入逻辑组态主界面，该界面由工程视图、工具箱、消息窗口和属性窗口组成。在HW页面可根据需要配置不同的I/O模块，每列分支最多可容纳八块卡件，每个模块根据通道数可配置测点，设置相应的量程、报警值、报警区等，见图5。在logic界面可选用工具箱中的功能模块，搭建保护控制逻辑，进行组态设计，各逻辑页面之间数据通过中间模块进行连接，见图6。

图5 HW 页I/O 模块配置

图6 逻辑组态设计页面

在CCM中，功能模块种类完善，有I/O模块、逻辑时序模块和数学运算模块等，可根据需要的保护控制功能选择相应的模块进行组态设计。例如超速保护功能，当汽轮机转速超过停机转速时，超速保护系统发出停机指令，关闭主汽门和调门，使机组停机，避免发生飞车事故。

超速保护控制逻辑可设计见图7，当机组实际转速值大于或等于转速保护设定值时，且转速保护投切已投入时，触发超速停机信号，第一路去往遮断装置，控制主汽门和调门快关，切断主蒸汽；第二路去首出，可用于在操作界面上显示停机原因；第三路去指示灯和蜂鸣器报警。保护动作发生后，当转速恢复在设定值之下或超速保护投切已切除时，需要通过复位按钮对超速停机信号进行复位，否则会一直保持超速保护动作状态。除此之外，可对各类重要温度测点进行保护控制，例如温度高、速率大等，还可直接连入外部输入的开关量保护信号点进行组态设计。总之，可利用CCM可搭建一套功能完善、覆盖全面的保护控制逻辑。

图7 超速停机逻辑

2.3 危机遮断系统

危机遮断是保护控制系统的执行部分，当有停机信号产生时，危机遮断系统动作，快关主汽门和调门，保护机组安全。图8为危机遮断系统原理图，包括两部分组成。第一路保护为逻辑回路控制，ETS动作信号由下位机各模拟量和开关量信号保护控制逻辑组态运算发出，经过DO模块输出，控制继电器吸合，从而使电磁阀得电（DC 24 V），高压油管路卸油，主汽门和调门快关。第二路保护为就地手动机械停机保护，不经过控制器运算，当需要紧急停机时，可手动打开球阀开关卸掉高压油，从而快关主汽门和调门。本文危机遮断系统采用了机械保护与逻辑保护相结合，使得机组安全得到了更全面的保证。

图8 危机遮断系统原理图

图9为危机遮断系统油路控制图。

图9 危机遮断系统油路控制图

当电磁阀得电时，油动机下腔高压油与上腔低压油连通，此时上腔变为高压油，油动机带动主汽门和调门快关。同理，手动机械停机时，球阀打开，油动机上腔变为高压油，油动机快关，实现遮断保护。此外，在油动机上腔与下腔油路上均布置有单向阀Mca和Mcb，可用于连接测压装置，便于实时监控油压，在油系统出现异常时也可用于故障分析。

2.4 上位机可视化管理

在NT6000软件GraphView中，可对保护控制进行人机界面的可视化设计和管理。对保护测点数据进行实时监测，可设置高、低限报警量程，当测点数据超过量程时数据颜色变化提示异常点；开关量通道有信号输入时对应颜色变化显示。此外，保护信号的报警和停机值支持画面上在线设置，各个保护信号可选择性投切，在机组启动前和运行过程中，可灵活设置保护功能，控制界面分别见图10和图11。

图10 报警停机值设置界面

图11 保护选择投切界面

另外，监视界面中提供报警和停机原因显示功能，当有报警信号发出时，能快速查看来源，进行预警。保护动作停机时，能够迅速查看跳机原因，采取处理措施。最后，上位机支持在线调取所有模拟量、开关量信号点的实时或历史数据，以及操作日志，便于数据分析，为保护控制提供数据支撑，见图12。

图12 历史曲线、日志查询界面

3 结论

随着工业汽轮机在大型辅机设备上的广泛应用，其启、停以及运行的的各项要求也不断的提高，确保设备安全运行是重中之重。本文基于NT6000的保护控制系统，集成了逻辑组态设计、可视化管理、历史数据存储等为一体，具备辅机安全运行监控与危机遮断输出功能，能够对汽轮机运行全程进行监控、报警以及输出危机遮断保护信号；便于运行人员监视，尤其在发生危险时能够快速响应，自动输出保护信号，有效的实现了自动保护控制。