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20世纪70年代,GE公司的LM1500燃气轮机配套使用由美国大陆公司研制的模拟式电子控制器实现了逻辑顺序控制,而燃油控制仍然由液压机械式控制器实现。直到20世纪90年代,燃气轮机开始全面配置数字电子控制系统。经过十多年的发展,燃气轮机控制已有多种数字控制系统,例如:S&S公司成套的LM6000机组和TPM公司成套的FT8机组等采用了美国WOODWARD公司的NETCOON5000系列燃气轮机控制系统,西门子公司采用的TELEPERM XP控制系统以及GE公司的PG6O00系列机组则采用了GESPEED TRONIC的MARK V。1998年,GE Power System和GE Fanuc联合开发的MARK VI控制系统在北美市场推出,该控制系统可带现场总线和远程I/O,可实现全厂一体化控制,操作系统也从MARK V的DOS升级到Win NT。并且,燃气轮机的数字电子控制系统己经实现了标准化、系列化的发展,硬件实现了模块化,配置了菜单式的开发软件。总之,在燃气轮机控制系统40多年5400多台机组的实践应用中,电子控制技术占了26年,应用机组4400余台,电子控制技术得到不断发展 。
国内在20世纪80年代发展轻型燃气轮机的同时,迅速地开展了燃气轮机数控系统的研制。WJ6,WJ5,W-P6和W-Z5等燃气轮机数控系统已应用于工业现场,最近推出的QD100,QD128,QD70也都配置了数控系统,但总体上还处于量身裁衣、单台定制的初级阶段。燃气轮机数控系统的研制一般采用两种方式,一种方式是软硬件全部自行研制,这种方式针对性强,批产成本低,但研制费用高,较适用于有批量的燃气轮机。第二种方式是选用标准的工业控制硬件配上自行开发的控制软件,该方式研制周期短,但适应性差,而且有时还不得不制作一些电子硬件接口,一般适合于量少或功率等级较大的燃气轮机控制系统。
第二部分
2、燃气轮机工艺及PLC概述2.1 燃气轮机系统及工作原理概述
燃气轮机由压气机、燃烧室、透平组成。燃气轮机正常工作时,工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功转化的热力循环。下图为开式简单循环燃气轮机工作原理图。
压气机从外界大气环境吸入空气,并逐级压缩,压缩后的空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气,然后再进入透平膨胀做功,最后是工质放热过程,透平排气可直接排到大气,自然放热给外界环境,也可通过各种换热设备如余热锅炉来回收利用部分余热,这样就形成了联合循环。连续重复完成上述循环过程的同时,发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。
2.2 燃气轮机控制要求
燃气设计燃气轮机控制系统使轮机盘车,把轮机带动到清吹转速(约20%额定转速),点火,再把轮机转速提升到额定转速,如驱动发电机则控制系统还要控制同期并网。(如用于驱动压气机或其它动力输出,控制系统要接受相应各种限制。)然后把燃气轮机加负荷到适当的工作点。这一系列过程必须自动发生和完成,同时要减小燃气轮机热燃气通道部件和辅助部件中的热应力。
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