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摘要：介绍了PCS7系统在空分机组中汽轮机控制的应用，简单描述了系统硬件结构和汽轮机控制中的启动过程、转速控制、抽汽控制。
关键词：PCS7系统；硬件结构；汽轮机控制
Abstract： Application of the PCS7 system in steam turbine control of air separation unit are introduced. Simply describes the system hardware structure and the start-up process of the turbine control， speed control， extraction of control.
Key words ： PCS7 system ； hardware structure ； turbine control
大唐呼伦贝尔化肥有限公司年产18万吨合成氨/30万吨尿素装置28000m3/h空分设备配套机组采用杭州汽轮机股份有限公司的汽轮机作为空压机和增压机的驱动设备，由一台汽轮机一拖二完成空气压缩，机组流程图如图一，空压机采用德国MAN公司产品，增压机采用ATLAS公司产品，机组控制系统为西门子PCS7系统。目前系统运行稳定，各项指标正常。
1、PCS7系统概述及配置
SIMATIC PCS7 是西门子公司在TELEPERM系列集散系统和S5，S7系列可编程控制器的基础上，结合先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图形处理技术、现场总线技术和先进自动化控制理论，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。 PCS7控制系统具有较强的诊断功能，组态软件丰富，使用方便，控制器采用多任务处理器同时实现大量复杂回路控制和快速逻辑控制。PCS7的图形系统、趋势系统、消息系统、归档系统更加方便用户的组态和对系统的控制和使用。
1.1系统配置
1.2CPU
本系统选用S7-400的控制器（CPU417-4H），S7-400控制器拥有丰富的通讯功能、集成式系统功能，本套系统应用两块控制器CPU417分别安装在两个标准机架上，使电源，通讯卡件及CPU分为两个独立部分，通过冗余系统连接电缆实现控制器间的冗余，每个控制器配备两个电源。
1.3输入输出卡件
I/O模块主要包括模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、数字量输入（DI）、数字量输出（DO）以及通讯模块，其中部分模拟量、数字量模块使用故障安全SIMATIC S7系统的模块，通过CPU的PROFIBUS-DP接口与分布式站ET200M的连接实现与标准模块的混合配置，应用通讯模块CP341实现与DCS系统的通讯功能。
机械状态监测由Bently 3500 实现，对机组的振动、轴位移（3500/40）进行采集输出到PCS7的AI模块读取进行监测，在Bently 3500内组态机组振动、轴位移高联锁通过继电器卡（3500/32）输出到PCS7的DI模块，由于现场机组厂房与中控机柜间距离过远Bently 3500机柜选择安装在机组厂房，Bently3500与PCS7系统卡件连接都为硬线连接。
2、汽轮机的控制程序
系统主要采用PCS7中CFC对I/O点进行采集及实现PID控制功能，灵活应用DB背景数据块、FC功能，在FC功能中应用STL语言编程实现汽轮机的启动控制、速度控制、抽汽控制程序。
2.1汽轮机的启动过程
汽轮机的启动过程主要是汽轮机对主汽阀进蒸气量与转速的调节控制，使透平按要求达到最低控制转速。首先判断机组润滑油、控制油系统及干气密封系统，然后启动盘车，对汽轮机进行蒸汽暖管，检查系统联锁条件正常，根据机组停车时间选择热态启动或冷态启动方式，满足启动条件后开始启动，根据杭汽提供的升速曲线汽轮机进入自动控制，在杭汽提供升速曲线图中快速通过的临界区已考虑配套空压机及增压机的临界转速，本套汽轮机经过两次暖机到达最低控制转速，启动方式不同暖机时间不同，也可以根据实际生产情况在一阶暖机或二阶暖机时暂停升速以增加暖机时间，需要注意一阶暖机或二阶暖机转速若接近机组的临界转速避免长时间停留。
2.2汽轮机的转速控制
我厂汽轮机为杭州汽轮机厂提供抽汽凝汽式汽轮机，在汽轮机启动过程中抽汽控制系统未投入，转速控制是由控制系统设定转速目标值（SV）与实际转速测量值（PV）通过系统PID运算给出输出至高压蒸汽调节阀，通过调节系统进入蒸汽量来实现系统的整体转速控制，通过系统控制完成汽轮机升速至最低控制转速后，由工艺人员在操作员站调整转速设定值使机组平稳进入到额定转速。
实际测量转速取三个传感器信号接入PCS7系统通过CFC功能模块（F_2oo3AI）判断传感器信号存在坏点及传感器信号间存在偏差过大进行选取最理想转速值作为实际转速。在汽轮机升速过程中速度PID调节设定值变化较快需要PID跟踪作用强需要增加比例作用，而在达到最小控制转速后再适当降低比例作用，因此为了能够使系统PID更好完成转速调节，针对升速过程和达到最小控制转速分别选取了两组PID参数，一组做为在汽轮机升速时使用，另一组在汽轮机达到控制转速时使用。
2.3 汽轮机的抽汽控制
抽汽压力的目标设定值与现场反馈的抽汽压力信号经过比较计算出抽汽压力PID输出控制信号，控制信号经过解耦计算后输出低调门控制信号，控制低调门开度从而控制供热抽汽压力，高低压阀门解耦控制图如图三。
汽轮机达到最低控制转速后由工艺操作人员进行手动设定转速目标值逐步进入到额定转速，机组转速在达到系统设定抽汽控制允许转速后，上位机画面显示抽汽允许投入，由工艺操作人员设定抽汽压力设定值，点击抽汽控制投入机组进入抽汽控制，汽轮机抽汽控制经过双阀解耦计算，本套系统对转速和抽汽的解耦控制是通过汽轮机的功率流量曲线经过公式计算来实现双阀门的解耦控制。
3、汽轮机的联锁保护
汽轮机的联锁保护需要多个测量元件及保护系统组成来完成，主要包括油系统供油压力、真空度、轴承温度、轴振动和轴位移等重要运行参数，除了汽轮机本身联锁系统还包括空压机和增压机的联锁跳车信号，当三大机组任意一个发出联锁跳车信号经过控制系统联锁逻辑运算最终由DO卡件送至跳车电磁阀使速关阀关闭完成联锁跳车，在操作员站旁有停车按钮，停车按钮硬线连接在速关电磁阀供电回路上，保证在紧急情况下按动停车按钮完成汽轮机停车。
4、结束语
PCS7控制系统应用在空分机组控制中，从2012年至今稳定运行生产，能够实现机组控制及联锁保护功能。
参考文献：
[1]董传红 MicroNet TMR在合成气压缩机组中的应用
[2]王渝 基于PLC的工业汽轮机控制系统的研究
关键词：PCS7系统；硬件结构；汽轮机控制
Abstract： Application of the PCS7 system in steam turbine control of air separation unit are introduced. Simply describes the system hardware structure and the start-up process of the turbine control， speed control， extraction of control.
Key words ： PCS7 system ； hardware structure ； turbine control
大唐呼伦贝尔化肥有限公司年产18万吨合成氨/30万吨尿素装置28000m3/h空分设备配套机组采用杭州汽轮机股份有限公司的汽轮机作为空压机和增压机的驱动设备，由一台汽轮机一拖二完成空气压缩，机组流程图如图一，空压机采用德国MAN公司产品，增压机采用ATLAS公司产品，机组控制系统为西门子PCS7系统。目前系统运行稳定，各项指标正常。
1、PCS7系统概述及配置
SIMATIC PCS7 是西门子公司在TELEPERM系列集散系统和S5，S7系列可编程控制器的基础上，结合先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图形处理技术、现场总线技术和先进自动化控制理论，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。 PCS7控制系统具有较强的诊断功能，组态软件丰富，使用方便，控制器采用多任务处理器同时实现大量复杂回路控制和快速逻辑控制。PCS7的图形系统、趋势系统、消息系统、归档系统更加方便用户的组态和对系统的控制和使用。
1.1系统配置
1.2CPU
本系统选用S7-400的控制器（CPU417-4H），S7-400控制器拥有丰富的通讯功能、集成式系统功能，本套系统应用两块控制器CPU417分别安装在两个标准机架上，使电源，通讯卡件及CPU分为两个独立部分，通过冗余系统连接电缆实现控制器间的冗余，每个控制器配备两个电源。
1.3输入输出卡件
I/O模块主要包括模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、数字量输入（DI）、数字量输出（DO）以及通讯模块，其中部分模拟量、数字量模块使用故障安全SIMATIC S7系统的模块，通过CPU的PROFIBUS-DP接口与分布式站ET200M的连接实现与标准模块的混合配置，应用通讯模块CP341实现与DCS系统的通讯功能。
机械状态监测由Bently 3500 实现，对机组的振动、轴位移（3500/40）进行采集输出到PCS7的AI模块读取进行监测，在Bently 3500内组态机组振动、轴位移高联锁通过继电器卡（3500/32）输出到PCS7的DI模块，由于现场机组厂房与中控机柜间距离过远Bently 3500机柜选择安装在机组厂房，Bently3500与PCS7系统卡件连接都为硬线连接。
2、汽轮机的控制程序
系统主要采用PCS7中CFC对I/O点进行采集及实现PID控制功能，灵活应用DB背景数据块、FC功能，在FC功能中应用STL语言编程实现汽轮机的启动控制、速度控制、抽汽控制程序。
2.1汽轮机的启动过程
汽轮机的启动过程主要是汽轮机对主汽阀进蒸气量与转速的调节控制，使透平按要求达到最低控制转速。首先判断机组润滑油、控制油系统及干气密封系统，然后启动盘车，对汽轮机进行蒸汽暖管，检查系统联锁条件正常，根据机组停车时间选择热态启动或冷态启动方式，满足启动条件后开始启动，根据杭汽提供的升速曲线汽轮机进入自动控制，在杭汽提供升速曲线图中快速通过的临界区已考虑配套空压机及增压机的临界转速，本套汽轮机经过两次暖机到达最低控制转速，启动方式不同暖机时间不同，也可以根据实际生产情况在一阶暖机或二阶暖机时暂停升速以增加暖机时间，需要注意一阶暖机或二阶暖机转速若接近机组的临界转速避免长时间停留。
2.2汽轮机的转速控制
我厂汽轮机为杭州汽轮机厂提供抽汽凝汽式汽轮机，在汽轮机启动过程中抽汽控制系统未投入，转速控制是由控制系统设定转速目标值（SV）与实际转速测量值（PV）通过系统PID运算给出输出至高压蒸汽调节阀，通过调节系统进入蒸汽量来实现系统的整体转速控制，通过系统控制完成汽轮机升速至最低控制转速后，由工艺人员在操作员站调整转速设定值使机组平稳进入到额定转速。
实际测量转速取三个传感器信号接入PCS7系统通过CFC功能模块（F_2oo3AI）判断传感器信号存在坏点及传感器信号间存在偏差过大进行选取最理想转速值作为实际转速。在汽轮机升速过程中速度PID调节设定值变化较快需要PID跟踪作用强需要增加比例作用，而在达到最小控制转速后再适当降低比例作用，因此为了能够使系统PID更好完成转速调节，针对升速过程和达到最小控制转速分别选取了两组PID参数，一组做为在汽轮机升速时使用，另一组在汽轮机达到控制转速时使用。
2.3 汽轮机的抽汽控制
抽汽压力的目标设定值与现场反馈的抽汽压力信号经过比较计算出抽汽压力PID输出控制信号，控制信号经过解耦计算后输出低调门控制信号，控制低调门开度从而控制供热抽汽压力，高低压阀门解耦控制图如图三。
汽轮机达到最低控制转速后由工艺操作人员进行手动设定转速目标值逐步进入到额定转速，机组转速在达到系统设定抽汽控制允许转速后，上位机画面显示抽汽允许投入，由工艺操作人员设定抽汽压力设定值，点击抽汽控制投入机组进入抽汽控制，汽轮机抽汽控制经过双阀解耦计算，本套系统对转速和抽汽的解耦控制是通过汽轮机的功率流量曲线经过公式计算来实现双阀门的解耦控制。
3、汽轮机的联锁保护
汽轮机的联锁保护需要多个测量元件及保护系统组成来完成，主要包括油系统供油压力、真空度、轴承温度、轴振动和轴位移等重要运行参数，除了汽轮机本身联锁系统还包括空压机和增压机的联锁跳车信号，当三大机组任意一个发出联锁跳车信号经过控制系统联锁逻辑运算最终由DO卡件送至跳车电磁阀使速关阀关闭完成联锁跳车，在操作员站旁有停车按钮，停车按钮硬线连接在速关电磁阀供电回路上，保证在紧急情况下按动停车按钮完成汽轮机停车。
4、结束语
PCS7控制系统应用在空分机组控制中，从2012年至今稳定运行生产，能够实现机组控制及联锁保护功能。
参考文献：
[1]董传红 MicroNet TMR在合成气压缩机组中的应用
[2]王渝 基于PLC的工业汽轮机控制系统的研究