康明斯柴油发电机操作系统应用

　　康明斯在备载柴油发电机的工艺流程及运行逻辑特征的基础上，综合工艺指标、安全、稳定、可靠等诸多要求，设计了完整的备用柴油发电机控制屏。对该系统进行了历时半年的样机研发、试验、认证，以及历时一年的产品生产、出厂试验，并联机调试。出厂试验及运转结果表明，该控制屏完全满足后备柴油发电机系统的各工艺指标要求，系统运行稳定、可靠。该设计方案将有效降低核电厂应急电源部分的建造成本，可推广应用到国内外制造工厂和企业，具有广阔的应用前景。

一、康明斯发电机组控制器特征：

　　以某核电厂后备柴油发电机为控制对象，设计了以康明斯可编程逻辑操作系统(programmable logic controller，PLC)为核心的中央处理器(central processing unit，CPU)硬件冗余控制屏。该系统具有编程方便、易于使用、维护和扩展方便等好处。在满足柴油发电机日常运转逻辑功能的前提下，该监控系统还具有如下特征：

1、抗震性能优，通过了RCC-E K3期规定的抗震鉴定试验，并在试验的前、中、后期均满足功能的完整性[4]；

2、在不增加其他硬件设备的前提下，控制系统可实现事件顺序记录(sequence of event，SOE)功能1 ms的精度；

3、备载柴油发电机电压建立程序曲线和转速变化曲线 ms；

4、应急停机有软件、硬件两种实现方法。

二、康明斯发电机组监控系统

　　备用康明斯发电机组监控系统采用康明斯PCS7 过程控制屏。康明斯 PCS7过程控制系统是一种分布式控制系统，它采用了局域网技术、PLC和现场总线]。该监控系统在实现数字量输入信号采集的同时，能够实现SOE功能，从而大量减少系统的硬件配置。对于部分模拟量数据，其可实现参数的高速归档。备用状态时，润滑油预供泵取油底壳润滑油，送到润滑油热交换器加热，经止回阀进入主油路；然后，经温控阀送入柴油发电机组进行润滑，使柴油发电机组保持良好的备载状态，可以快速起动。运行时，当柴油发电机组本体润滑油压力小于设定下限压力时，预供滑油泵自动启动；当压力继续下降到压力低低，满足3取2逻辑时，禁止柴油发电机组起动。

1、经统计，系统中共有模拟量信号约55个，数字量输入信号约151个，数字量输出信号约72个。监控系统设计2台控制柜，分别命名为控制柜1和控制柜2。其中：硬件冗余CPU、工控机，显示器，交换机、电源模块、ET200M机架1、2、3装配在控制柜1中，ET200M机架4、5安装在控制柜2中。2台控制柜通过PROFIBUS-DP进行参数交换。其中：1号ET200M机架上全部排布数字量输入模块，需要SOE功能的信号全部设计在1号机架的模块上。

2、在工厂单元产生损坏的同时，监视站将收到大量消息，可在事后以毫秒级的时间单位追溯可能致使系统停机的因由。SOE功能通过功能块Pcs7DiIT与功能块EventTs配合实现。其中，功能块Pcs7DiIT中数据TimeStam需设置为1，表示时间戳来自机架。如果将功能块中数据TimeStam设置为0，则表示时间戳来自CPU，其时间精度将不能保证为1 ms。数字量输入信号连入功能块Pcs7DiIT的输入端PV_In，功能块Pcs7DiIT的输出端TS_Out连入功能块EventTs的InTS1端。每个EventTs功能块均可接入8个数字量输入模块。

3、控制器采用RawData归档数据连接的方法，实现对S7-400 PLC 的高速参数采集。PLC将每个循环周期所采集的步骤值(或PLC以其他方法得到的数据或数据包)以一定的顺序存放在具有一定格式的数据块(data block，DB)块中。当达到一定的数量后，PLC可以调用系统功能块SFB37，将这个DB块主动地发送给WinCC；然后，WinCC会在后台自动调用标准化的动态链接库来拆解数据，并将其按时间顺序保存在数据库中。在WinCC的流程画面中，可以使用在线趋势控件或在线表格控件来严查所采集的参数。对此，控制器所有构成元器件均采用无风扇设计，降低损坏率。监控系统柜体采用抗震设计，柜体框架通过采用辊扎成型的多重弯曲框架结构，使得框架品质轻、刚性强。为提升控制柜柜体整体的抗震性能，增设抗震底座及抗震套件，确保在产生强震时，柜体不会出现任何变形。

4、在进行SOE功能测试时，从8个数字量采集模块上分别选择1个通道同时进行测试，使用SOE信号发生器发出8路开关量信号。每路开关量信号前后间隔1 ms，每路开关量信号周期为1 000 ms。在测试结果中，红色感叹号表示信号为1，信号到达；绿色感叹号表示信号为0，信号离开。分布在8个不同模块上的8个通道分别间隔1 ms依次到达；经过1 000 ms后，8个通道上的信号分别间隔1 ms依次离开。测试结果表明，SOE功能符合设计要求。

5、备载柴油发电机应急停机功能通过硬件(硬接线)、软件(PLC)两种方式实现，充分考虑并优化硬件回路和软件回路的电源独立、信号分配、线路走向，确保硬回路功能绝对独立。在PLC失效(无法完成软件应急停机)时，可通过应急停机按钮，115%超速3取2，润滑油进机口压力低3取2，差动保护等硬接线电话自动实现应急停机。

6、在硬接线个转速变送器。当转速变送器采集的转速信号超过115%额定转速时，转速变送器将开关量信号输出至时间继电器，经过1 s的延时，将转速115%超速3取2信号输出至应急停机继电器；3个机油进机口压力信号分别进入3个配电器，配电器判断电流尺寸输出开关量信号至时间继电器，经过1 s的延时，将3取2信号输出至应急停机继电器；按下应急停机按钮，差动保护等信号直接驱动应急停机继电器进行应急停机。

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