西门子6ES7211-0AA23-0XB0货期较快

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汽机保护系统是一个汽轮机安全监控及辅机联锁系统，它能在汽机正常工作、启动和停止运行方式下，连续监视汽机的运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁装置使设备按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保证汽轮机的安全。它在防止运行人员操作事故及系统故障情况下引起的安全事故方面起着非常重要的作用。常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软

1、引言

汽机保护系统是一个汽轮机安全监控及辅机联锁系统，它能在汽机正常工作、启动和停止运行方式下，连续监视汽机的运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁装置使设备按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保证汽轮机的安全。它在防止运行人员操作事故及系统故障情况下引起的安全事故方面起着非常重要的作用。常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机的大修改造中对气轮机的保护使用了PLC。

2、系统方案设计指导思想

(1) 高可靠性 系统采用西门子S7系列PLC为核心，硬件集成度和系统可靠性较高。

(2) 电源冗余化 直流电源 24V DC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能齐全，允许输入电压波动范围大，输出稳定性好;各单元单独供电，进一步提高供电可靠性，一旦工作电源出现故障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会对系统正常工作产生影响。 交流电源 系统允许输入两路交流电源，一路来自厂用UPS电源，一路来自厂用电(保安段)。

(3) 冗余化设计 系统采用冗余化设计，用户可以在不更改系统任何配线的情况下增加功能:采用双PLC配置，实现自动切换。

(4) 系统的基本功能 开关量输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器、四则运算、比较运算、二进制与十进制转换、跳转和强制I/O等。

(5) 应用灵活 其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。

(6) 外围支持设备完善 具有完善的外围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。

(7) 操作方便，维修容易 系统采用电气操作人员习惯的梯形图编程，使用户能够方便的读懂程序，操作人员经过短期培训就可以通过操作面板实现对系统的全部操作。

(8) 缓冲隔离 系统各种设备的I/O接口均采用光电隔离技术进行缓冲隔离。

(9) 高开放性 系统可扩展上位机进行事故追忆，逻辑图、模拟图、棒图、趋势图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。

3、系统结构

系统采用管理层—控制层—设备层的递阶控制网络结构。设置有:

(1) 管理层:工程师站

(2) 控制层:汽机控制站

(3) 设备层:汽机仪表检测设备及执行机构。

管理层是基于bbbbbbs环境下开发的开放式、模块化、可扩展的系统，选用控制主机/服务器，提供管理软、硬件平台，通过接收来自控制层的信息，汇集和检测汽机的各种实时数据，并对它们进行相应计算，实现专家控制策略，发布命令下达到控制层对现场设备进行控制。 控制层主控设备采用西门子S7系列PLC，实现回路控制，通过I/O模块独立完成包括保护、监测、控制和事故纪录等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。 管理层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自独立，无电气上的连接，实现的各种功能独立。因此，即使系统中的某一部分出现故障，也不会影响系统其它部分的工作，从而使整个系统具有高可靠性，真正实现分层分布式优化控制。

4、系统功能

以往的继电器连锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用PLC控制则避免了上述问题，还可同时增加打印功能，完善系统，为经后的系统扩展做好充分的准备。具体功能如下所述:

(1) 控制保护功能 a. 当汽轮机转速**过10%时，同时操作面板提示汽机**速，并提醒操作人员进行检查**速原因;当汽轮机转速**过12%时，操作面板再次提示汽机**速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或**速运行;当转速**过15%时，汽轮机自行逐步减速，同时提示减速原因，1小时后汽轮机停机，同时操作面板上显示汽机**速停机，打印机打印出停机原因:汽机**速停机。 b. 当汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(安全临界值)时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查**速原因;当汽轮机轴向位移大于Ⅱ值(安全隐患发生临界值)时，1小时后停机。同时操作面板上显示原因，打印机打出停机原因:轴向位移大停机。 c. 当润滑油压低于Ⅰ值时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查**速原因;当润滑油压低于Ⅱ值时，启动交流油泵;当润滑油压低于Ⅲ值(**危险临界值) 时，停机。同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:润滑油压低停机 。当润滑油压低于Ⅵ值(设备损坏临界值)时，停盘车。 d. 当轴承油温高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承油温高于Ⅱ值时，1小时后停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承回油温度高停机。 e. 当轴承轴瓦温度高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承轴瓦温度高于Ⅱ值时警报连续提示，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承轴瓦温度高停机。 f. 当电气送来发电机故障信号时，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。 g. 当主汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。

(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致**动作原因，以便于进行事故分析。

(3) 保护投退功能 在操作盘上设置保护投退开关，以便运行人员和检修人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于某个条件不满足而引起的系统误动作。

(4) 打印功能 系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。

5、结束语

1#、2#汽轮机大修投产后，通过集中监控系统对汽机运行参数的实时监控，使其生产

PLC和DCS作为自动控制领域的重要控制设施，越来越广泛的应用在各种生产控制现场中。在制造业这个生产大系统中，它们已经成为了的控制工具。针对PLC和DCS系统的应用，我们常常有这样的疑惑：PLC与DCS之间有什么区别和联系？使用时到底哪些方面是需要我们特别注意的？现阶段制约其技术发展的瓶颈又是什么？对此，e-works与从事多年PLC和DCS应用研究工作的华南理工大学副教授杨红进行了交流，探寻PLC和DCS的发展之谜。

首先，工欲善其事，必先利其器。对于PLC和DCS之间的区别我们必须有个清晰的界定，别看它们同为控制工具，实际功能却大相径庭。所谓分散控制系统（DCS）是融计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术为一体，它主要是针对生产过程进行监视、控制、操作和管理的一种控制系统。而PLC叫可编程逻辑控制器。DCS和PLC用相似的地方，就是软件组态的基本配置，但是DCS更强大。例如数据库生成，历史数据生成，图形生成，报表生成和控制组态等。PLC控制的对象一般都比较简单，DCS则可以控制企业的全部设备，成为*枢纽。在生产控制的战场上它们一为将才，一为帅才，相互之间不存在谁控制谁。PLC可以给信号DCS，反过来DCS也可以给信号于PLC，两者互相配合，其主从关系主要取决于对设备的要求。

PLC的发展十分迅速，随之也从技术上带来了各种挑战，谈到如何突破现阶段PLC的发展瓶颈时，杨教授提出我们应该放宽眼界，思考如何实现一个国家层面的、通用的、共性的、全面的PLC平台？一个PLC通用平台，无论是作为信息化产品、控制技术产品还是两化融合的骨干产品，都应该被重点关注。平台包括研发/设计、制造、应用三部分，并给出通用PLC平台具体产品目标要求（系统硬件、软件）、功能要求（硬件、软件的通用性技术指标，性能的先进性与可靠性指标）。

回顾DCS的发展之路，各个技术阶段的划分很重要的一点就是依仗微处理器的位数增加，有人甚至提出微处理器更新换代一次，DCS技术就会升一级。对此杨教授认为DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS技术必然随着微处理器的技术不断更新换代以顺应新系统的需要。

针对硝烟四起的PLC和DCS市场，国外强企一直占主导地位，本土产品举步维艰，针对此种现状，杨教授结合上述所说，对国内PLC市场提出下列建议：

**，建设一个国家层面的、通用的、共性的、全面的PLC平台。

*二，从市场细分着手，以软件带动硬件发展。

*三，共性技术的开发及所有权应归国家，推广方式可以借鉴国外经验。

最后，未来的PLC和DCS市场会朝着什么方向发展，杨教授做出这样的预测：长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。在未来的较长时间里，这种格局将继续保持下去。对于DCS系统来说，小型化、多样化、PC化和开放性是未来发展的主要方向。目前小型DCS所占有的市场，已逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先与这三种系统融合，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。PC-based控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制中，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向着测控管一体化方向发展。

和利时公司LK系列PLC自2006年面世以来，已经经受住了现场恶劣环境的考验、满足了复杂的用户需求。经过多年在水利水电行业的产品销售、系统集成应用的经验，和利时公司总结出了LK在水利水电行业应用的较佳解决方案。

LK在水利水电行业的应用主要包括：水电厂计算机监控系统、泵站计算机监控系统、闸门计算机监控系统、灌区调度计算机监控系统等的应用。

LK在水利水电行业的应用特点如下：

开放式的系统设计

LK产品充分考虑了系统改造和扩建的系统集成问题，LK提供了多种开放式的通讯协议和接口，包括ModbusRTU主从站串行接口、串行自由协议接口、ModbusTcp以太网接口、OPC通讯接口软件。

合理的通讯接口配置

PLC的CPU集成Ethernet接口、RS232、RS485串行接口。而对于PLC控制系统通常配置的CANopen，DeviceNet，AS-i等端口由于在水利水电中的没有应用，减少这些通讯接口的配置，大大降低了PLC无效的系统消耗和内存消耗，提高CPU的运行效率。

站间通讯

泵站、水电厂计算机监控系统中各机组现地控制单元PLC间以及与公用现地控制单元PLC间有大量数据通讯，以实现全泵站机组的协调控制。LK提供了站间通讯功能，通过站间引用通讯数据功能块方便实现各站之间数据的交换。

高性价比冗余控制

LK单机架冗余方案，即满足了水利水电项目高安全性的要求，又有具有竞争力的价格，为水利水电监控系统提供了具有较高性价比的选择。LK单机架冗余方案每套PLC选用一个有双CPU插槽的冗余机架，两个支持冗余系统的LK210CPU。两个CPU互为热备，当一个CPU出现故障，或与上位组态软件通讯故障时，系统切换到热备的CPU上，CPU切换的时间为一个扫描周期，保证控制系统的不中断。除了CPU冗余，LK单机架冗余系统还支持电源冗余、网络冗余以及总线冗余。

 平面光波导PLC是英文Planar Lightwave Circuit的缩写，是平面光波导技术。早在几年前，平面光波导技术就能够使光子在晶圆中传输，并已在WDM系统中广泛应用，主要是阵列波导光栅（AWG）复用/解复用模块。近日，河南仕佳光子科技有限公司安俊明博士发表了《PLC光无源器件的现状及展望》，针对PLC光无源器件的技术现状作了阐述。

PLC光无源器件技术的第一类

第一类是波分复用器-平面光波导器件，其中又分为刻蚀衍射光栅EDG、微环谐振器解复用器、阵列波导光栅AWG和光子晶体解复用器这几大类。

安博士还介绍了AWG的工作原理，其中AWG芯片是主干网、数据中心、光互连的关键芯片。不同材料系的AWG性能参数也不同，其中二氧化硅波导的折射率差为0.75%，波导尺寸为6 mm′6mm，弯曲半径为5mm，40通道芯片尺寸为45mm′20mm，较大的优点是，单独使用的损耗低；SOI波导的折射率差为40%，波导尺寸为500nm′200nm，弯曲半径为5mm；16通道芯片尺寸为580mm′170mm，属于集成使用，亚微米加工，因此耦合难度大；InGaAsP/InP波导的尺寸为2.5 m m′0.5mm，弯曲半径为500mm，属于集成使用，损耗稍高，但是价格贵。

硅基二氧化硅AWG需要克服三大难点：均匀的材料生长、相位控制以减少串扰及退火应力补偿，其较大通道数高达512通道。

Si纳米线波导AWG的波导尺寸在300nm-500nm，Ghent大学制备出了8通道、400GHz硅纳米线AWG，尺寸仅为200mm′350mm，器件插损仅-1.1dB，串扰为-25dB。

硅纳米线AWG关键工艺在于电子束或深紫外和ICP干法刻蚀，需要克服三大难点：EB光刻密集纳米线波导均匀性、EB写场拼结问题(断开或错位) 及EB光刻、ICP刻蚀侧壁光滑性。

64通道、50GHz InP AWG的禁带为1.05 mm，GaInAsP为0.5 mm厚，上面覆盖1.5 mm厚的InP。深脊型波导宽度为2.55 mm，刻蚀深度为4.5 mm。NTT采用深脊型结构，实现偏振无关，其尺寸为3.6mm′7.0mm；输入/输出波导展宽为4 mm；输出波导间隔为25 mm；阵列波导弯曲半径为500 mm；输入/输出波导弯曲半径为250 mm；插损在14.4-16.4dB间，串扰小于-20dB。

PLC光无源器件技术的第二类

第二类为PLC光分路器，属于光纤到户的核心光子器件。PLC平面波导型光分路器采用高度集成的制备技术，分路数较多达128路，采用光刻、生长和干法刻蚀工艺，在石英衬底上形成掩埋光波导，实现光功率分配，是光分路器生产的较佳技术。目前掌握这种技术的公司，国外有NTT、AiDi、Hitachi Cable、Wooriro、PPI、Fi-Ra，Neon、Corecross、QNIX、Enablence。还有一种采用玻璃基离子交换制备技术，该技术的工艺简单、设备投资少，国外有法国的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司，国内曾有报道浙江大学也掌握了该技术。

目前，PLC光分路器晶圆制备工艺流程分6大步骤共19个工序。依次为：芯区生长－退火、生长硬掩膜、光刻（涂胶、前烘、、显影、后烘）、刻蚀硬掩膜、去光刻胶、刻蚀芯区、去硬掩膜、清洗、生长上包层、退火（重复多次）。

PLC光无源器件技术的第三类

*三种类型为无源与有源功能器件混合集成，有AWG与可调谐衰减器（VOA）集成、AWG与热光开关集成的光上下路器（OADM）这两种集成方式。

二氧化硅平台混合集成有LD倒装和PD侧面贴装两种方式。而封装模块-片上倒装结构属于SOI平台混合集成，有LD倒装和PD表面贴装两道工序，比二氧化硅平台少一个工序。

混合集成工艺-LD倒装焊采用两侧台阶标记的方式，SOI平台混合集成LD倒装

混合集成工艺-PD表面贴装，采用面探测器，NTT以前用波导型探测器。相比较两种探测器，面探测器对准容差大，简化了工艺。

PLC光无源器件技术的第四类

*四种类型为SOI纳米线AWG与Ge探测器单片集成，属于硅基器件混合、单片集成。

PLC光无源器件技术的第五类

*五种类型为InP基单片集成（PIC），其中Infinera公司是**PIC集成芯片代表。InP基单片集成Key Innovation PIC是技术上的创新，属于有源光子的集成，具有空间小、能耗低、可靠性高的特点，能够实现数字带宽，带来部署和管理的灵活性。

目前光子集成实现了传送IP化，单蚀刻，大规模InP光子集成、每芯片100Gb/s WDM系统容量、一对PIC集成了62个分离Tx&Rx

Infinera InP基集成实现了光纤耦合次数减少30倍，空间占用减少3倍，并且功率消耗减少50%，相对而言，优势明显。

目前，国内光通信产业链在系统集成这一环节实力雄厚，其为、中兴、峰火均已跃居世界**。但是不可否认的是，我国在上游芯片这一块的技术比较弱，只有低端有源可以自产，高端芯片全部依赖进口。国内在模块这一环节的实力算是比较强，以光迅昂纳等为代表，总体而方属于经组装为主的封装大国。众所周知，光通信产业链的基础在于芯片，只有掌握了高端芯片集成技术，整个产业链才得以很好的延伸下去。