1 前言
随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，热工保护系统的规模也大幅度上升，对热工保护系统的控制方式、运行水平的要求也越来越高。
热工保护的主要作用是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证机组的正常启停和安全运行。热工保护是通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常情况时，及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备时，停止机组（或某一部分）运行，避免事故进一步扩大。
发电机组的安全可靠性对本机、对电网乃至对国民经济来说都极为重要，因此，保护控制系统的安全可靠性，对保障机组的安全稳定运行显得十分关键。
2 原有热工保护系统改造的必要性
保护装置在机组正常运行时是长期不动作的，而一旦出现异常情况却要求必须可靠的立即动作，因此对于热工保护装置应有必要的监视和试验手段，以确保热工保护装置本身动作的正确和可靠。
机组运行的安全可靠，不仅依赖于各设备的安全可靠性能，而且同各类保护控制装置的准确性和可靠性密切相关。电厂原有热工保护装置较落后且投运时间较长，保护系统由继电器组成控制回路，回路硬接线多，加上继电器长期带电工作，继电器触点易老化，导致接触不良，易产生拒动或误动的情况。大修期间需对继电器进行测试，以确保继电器工作正常，大大增加了热工人员的维护工作量。而且随着运行时间的越来越长，故障点相应增多，维护工作量越来越大，严重影响着机组的安全运行，因此亟待进行改造。
3 热工保护系统改造的设计思想
系统设计的出发点是提供可靠、高效的产品，有效地提高火力发电厂热工保护系统的控制水平，给发电机组的安全、经济运行提供保障，同时实现减员增效的目的。
由于微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC已发展成为新一代工业控制机。它具有编程组态方便、硬件配置灵活、高可靠性和适应工业恶劣环境等优点，已经越来越多的被应用于各个工业控制领域。
新系统采用“上位机+PLC”方式，应用计算机通讯技术和PLC控制技术，对多个输入输出信号实现动态实时监控，具有输入输出信号状态显示、保护动作记录、报表打印、保护联锁试验等功能。
4 可编程控制器（PLC）的特点
4.1 功能丰富
PLC具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件，可以进行各种逻辑问题处理以及数据的运算。
PLC不仅能完成复杂的控制逻辑，而且也能实现模拟量控制和智能控制；并能实现远程通讯、计算机联网及上位机监控等功能。
4.2 编程方便
PLC是为取代传统的继电器控制逻辑而设计的，它沿用了继电器原理图或梯形图的编程方法，包含有触点、连线和线圈等概念。PLC一般采用梯形图编程，可由非计算机专业人员在使用现场完成，程序可以在线修改。
4.3 系列化与标准化程度高
PLC在结构、形式、编程语言、通讯等方面大同小异，且各种PLC产品均形成了适用于不同控制要求的系列产品。因此，PLC应用于发电厂的控制系统将使系统的设计及硬件配置更为经济合理。
4.4 开放的通讯功能
PLC既具有各PLC之间的协议通讯接口，也具有多种的通讯方式，如:RS232接口方式硬件成本低，经济性好，目前较常用，但传送距离短、速率低；RS485接口方式克服了RS232的一些缺点，传送距离大（最大可达1.2Km）； CAN方式接口传送速度快，最大1～2M/S，传送距离可达1.0Km，误码率低； 以态通讯方式传送速度非常快（10Mbit/S），同时可以实现超远距离的传输，只是硬件和传送介质的成本略高，用户组成大型控制系统时，可根据外围设备进行方便的选择。
4.5 PLC的选择
根据保护系统所需要的输入输出点数、节点容量、系统功能等的要求，采用欧姆龙公司的SYSMAC C200HG PLC对保护系统进行改造，C200HG-CPU63的各项性能指标如下表所示:
项目 功能
存储器 用户存储器（UM） 15.2K字
普通DM 6.144字（DM0000-DM6143）
固定DM 512字（DM6144-DM6655）
扩展DM 0-3000字（DM7000-DM9999）
扩展DM存储器（EM） 6.144字（EM0000-EM6143）
I/O分配 扩展机架 3个机架
I/O单元 单元号0-9，A-F
特殊I/O单元 单元号0-9，A-F
指令执行时间 基本指令 0.156μs
MOV（21） 0.625μs
ADD（30） 16.65μs
I/O刷新时间 0.7ms
通讯方式 RS232C端口
时钟功能 具备时钟功能
5 改造后热工保护系统的主要构成
改造后的保护系统主要由PLC控制器和上位计算机两大部分组成，通过RS232电缆通讯。
C200HG PLC控制器配置包括CPU机架和扩展机架， CPU机架由四部分组成:CPU底板、C200HG CPU、电源单元、I/O单元。扩展机架由三部分组成:扩展底板、电源单元、扩展I/O单元。改造后的保护系统结构示意图如下:
6 PLC与上位机的串行通讯
PLC接收上位机发送过来的开启、停止信号，通过梯形图编制的逻辑回路来控制相应的输出点，从而实现对外部设备和装置的控制。PLC与上位机采用串行通讯格式，ASCII码，7位数据位，2位停止位，奇偶校验位，通讯速率为9600bit/s。通讯连线方式如下图2所示:
7 改造后的热工保护系统特点
a 系统结构简单可靠，组件式插接，便于安装维护。I/O模件卡件式设计，可灵活、方便的进行扩充。
b 保护系统采用双电源供电，确保了系统稳定、连续的工作。
c 对PLC采用梯形图的组态编程方式，可方便的进行组态、监视和修改。通过梯形图编程可实现相应的保护联锁功能和在线编辑，系统工作安全可靠。
d 采用上位机监控，可实现报表打印、报警查询、状态监视、保护联锁试验记录等多种功能。
e 对输入信号状态进行记录，确认其动作或恢复的时间，给事故分析提供准确的依据。
8 小结
a 改造后的热工保护系统由上位机和可编程控制器PLC组成，对原有的由继电器构成的保护回路进行改造。系统结构合理、可靠性高、易扩展，能完全满足火电厂热工保护的需要。
b 能对所有输入/输出点进行状态记录，包括各输入点的接通和断开时间，而且热工维护人员可根据所提供的动作记录来判断一次元件或现场接线可能存在的问题，消除事故隐患。
c 系统可实现保护联锁试验、动作记录数据管理、状态监视、系统组态等功能，大大提高了热工保护装置的技术水平，减轻了热工人员的维护量，为事故分析提供了可靠、客观的依据。
d 该系统灵活性高、适应性强、扩展性好，可根据用户需要进行扩展和修改，并提供了与其它控制系统的接口。
热工保护系统肩负着保护主、辅设备，保证机组安全运行和防止事故扩大的重任，它是机组自动化控制的重要组成部分。随着机组容量的增大，热工保护的重要性已日益为人们所认识。因此，合理地设计热工保护系统，对提高机组自动控制水平，减轻运行人员的负担，增加机组运行的可靠性具有重大意义。
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