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1 前言
隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，熱工保護系統(tǒng)的規(guī)模也大幅度上升，對熱工保護系統(tǒng)的控制方式、運行水平的要求也越來越高。
　　熱工保護的主要作用是當(dāng)機組在啟停和運行過程中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全的故障時，自動采取保護或聯(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。熱工保護是通過對設(shè)備工作狀態(tài)和機組運行參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)生異常情況時，及時發(fā)出報警信號，必要時自動啟動或切除某些設(shè)備或系統(tǒng)，使機組維持原負荷運行或減負荷運行。當(dāng)發(fā)生重大故障而危及機組設(shè)備時，停止機組（或某一部分）運行，避免事故進一步擴大。
　　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)濟來說都極為重要，因此，保護控制系統(tǒng)的安全可靠性，對保障機組的安全穩(wěn)定運行顯得十分關(guān)鍵。
　　

2 原有熱工保護系統(tǒng)改造的必要性
　　保護裝置在機組正常運行時是長期不動作的，而一旦出現(xiàn)異常情況卻要求必須可靠的立即動作，因此對于熱工保護裝置應(yīng)有必要的監(jiān)視和試驗手段，以確保熱工保護裝置本身動作的正確和可靠。
　　機組運行的安全可靠，不僅依賴于各設(shè)備的安全可靠性能，而且同各類保護控制裝置的準(zhǔn)確性和可靠性密切相關(guān)。電廠原有熱工保護裝置較落后且投運時間較長，保護系統(tǒng)由繼電器組成控制回路，回路硬接線多，加上繼電器長期帶電工作，繼電器觸點易老化，導(dǎo)致接觸不良，易產(chǎn)生拒動或誤動的情況。大修期間需對繼電器進行測試，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。而且隨著運行時間的越來越長，故障點相應(yīng)增多，維護工作量越來越大，嚴(yán)重影響著機組的安全運行，因此亟待進行改造。
　　

3 熱工保護系統(tǒng)改造的設(shè)計思想
　　系統(tǒng)設(shè)計的出發(fā)點是提供可靠、高效的產(chǎn)品，有效地提高火力發(fā)電廠熱工保護系統(tǒng)的控制水平，給發(fā)電機組的安全、經(jīng)濟運行提供保障，同時實現(xiàn)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(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境等優(yōu)點，已經(jīng)越來越多的被應(yīng)用于各個工業(yè)控制領(lǐng)域。
　　新系統(tǒng)采用“上位機+PLC”方式，應(yīng)用計算機通訊技術(shù)和PLC控制技術(shù)，對多個輸入輸出信號實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)控，具有輸入輸出信號狀態(tài)顯示、保護動作記錄、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
　　4.1 功能豐富
　　PLC具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲信息的內(nèi)部器件，可以進行各種邏輯問題處理以及數(shù)據(jù)的運算。
　　PLC不僅能完成復(fù)雜的控制邏輯，而且也能實現(xiàn)模擬量控制和智能控制；并能實現(xiàn)遠程通訊、計算機聯(lián)網(wǎng)及上位機監(jiān)控等功能。


　　4.2 編程方便
　　PLC是為取代傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯而設(shè)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、連線和線圈等概念。PLC一般采用梯形圖編程，可由非計算機專業(yè)人員在使用現(xiàn)場完成，程序可以在線修改。


　　4.3 系列化與標(biāo)準(zhǔn)化程度高
　　PLC在結(jié)構(gòu)、形式、編程語言、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(yīng)用于發(fā)電廠的控制系統(tǒng)將使系統(tǒng)的設(shè)計及硬件配置更為經(jīng)濟合理。


　　4.4 開放的通訊功能
　　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，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），同時可以實現(xiàn)超遠距離的傳輸，只是硬件和傳送介質(zhì)的成本略高，用戶組成大型控制系統(tǒng)時，可根據(jù)外圍設(shè)備進行方便的選擇。


4.5 PLC的選擇
　　根據(jù)保護系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)、節(jié)點容量、系統(tǒng)功能等的要求，采用歐姆龍公司的SYSMAC C200HG PLC對保護系統(tǒng)進行改造，C200HG-CPU63的各項性能指標(biāo)如下表所示:
　　項目 功能
　　存儲器 用戶存儲器（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(zhí)行時間 基本指令 0.156μs
　　MOV（21） 0.625μs
　　ADD（30） 16.65μs
　　I/O刷新時間 0.7ms
　　通訊方式 RS232C端口
　　時鐘功能 具備時鐘功能
       5 改造后熱工保護系統(tǒng)的主要構(gòu)成
　　改造后的保護系統(tǒng)主要由PLC控制器和上位計算機兩大部分組成，通過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)送過來的開啟、停止信號，通過梯形圖編制的邏輯回路來控制相應(yīng)的輸出點，從而實現(xiàn)對外部設(shè)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(shù)據(jù)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(tǒng)特點
　　a 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，組件式插接，便于安裝維護。I/O模件卡件式設(shè)計，可靈活、方便的進行擴充。
　　b 保護系統(tǒng)采用雙電源供電，確保了系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)的工作。
　　c 對PLC采用梯形圖的組態(tài)編程方式，可方便的進行組態(tài)、監(jiān)視和修改。通過梯形圖編程可實現(xiàn)相應(yīng)的保護聯(lián)鎖功能和在線編輯，系統(tǒng)工作安全可靠。
　　d 采用上位機監(jiān)控，可實現(xiàn)報表打印、報警查詢、狀態(tài)監(jiān)視、保護聯(lián)鎖試驗記錄等多種功能。
　　e 對輸入信號狀態(tài)進行記錄，確認(rèn)其動作或恢復(fù)的時間，給事故分析提供準(zhǔn)確的依據(jù)。


　　8 小結(jié)
　　a 改造后的熱工保護系統(tǒng)由上位機和可編程控制器PLC組成，對原有的由繼電器構(gòu)成的保護回路進行改造。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、可靠性高、易擴展，能完全滿足火電廠熱工保護的需要。
　　b 能對所有輸入/輸出點進行狀態(tài)記錄，包括各輸入點的接通和斷開時間，而且熱工維護人員可根據(jù)所提供的動作記錄來判斷一次元件或現(xiàn)場接線可能存在的問題，消除事故隱患。
　　c 系統(tǒng)可實現(xiàn)保護聯(lián)鎖試驗、動作記錄數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)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、客觀的依據(jù)。
　　d 該系統(tǒng)靈活性高、適應(yīng)性強、擴展性好，可根據(jù)用戶需要進行擴展和修改，并提供了與其它控制系統(tǒng)的接口。
　　熱工保護系統(tǒng)肩負著保護主、輔設(shè)備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任，它是機組自動化控制的重要組成部分。隨著機組容量的增大，熱工保護的重要性已日益為人們所認(rèn)識。因此，合理地設(shè)計熱工保護系統(tǒng)，對提高機組自動控制水平，減輕運行人員的負擔(dān)，增加機組運行的可靠性具有重大意義。