CN221351976U - 一种燃气轮机监测与控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机监控技术领域，公开了一种燃气轮机监测与控制系统，包括：工程师站负责控制柜中控制逻辑与操作画面的组态设计、修改与编辑；操作员站用于对燃气轮机运行状态的监视与操作；传感器测量燃气轮机运行状态将测量结果发送至控制柜；控制柜基于控制参数的重要级别分为不同重要级别的控制柜，通过传感器获取燃气轮机运行数据，根据燃气轮机运行数据生成控制指令发送给执行器，并通过多个通讯网络将燃气轮机运行数据与控制指令发送给工程师站和操作员站；多个通讯网络为完全相同的多冗余通讯网络；执行器接收控制柜的控制指令实现燃气轮机的参数控制。本实用新型通过综合考虑冗余配置的成本与可靠性，平衡了两者之间的矛盾。

Description

一种燃气轮机监测与控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机监控技术领域，具体涉及一种燃气轮机监测与控制系统。

背景技术

燃气轮机的参数庞杂，对各个参数监测与控制是维持燃气轮机的安全稳定运行的基础。布置在现场的传感器测量到参数后经电缆与控制柜的输入卡件连接，控制柜中的输入卡件在接收到信号后将信号转化为控制器可识别信号后通过内部接线输送到控制器，控制器对信号处理后将控制指令信号通过硬接线输送到输出卡件，输出卡件将控制指令信号转换为外部设备可接受或识别的信号后再通过电缆输送至现场的泵、阀门等执行器。同时控制器将接收到的输入信号与控制指令信号通过以太网等方式上传到通讯网络，实现燃气轮机的监测与控制。

在传统的燃气轮机控制系统中，为了保证其可靠性，通常对设备采用二冗余或三冗余布置，即配置两个或三个相同的传感器、控制器、通讯网络等。三冗余可靠性高但造价昂贵，二冗余成本较低但可靠性会打折扣，必须在成本与可靠性之间取舍。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种燃气轮机监测与控制系统，综合考虑冗余配置的成本与可靠性，平衡两者之间的矛盾，既可以提高系统的可靠性又降低成本。

本实用新型提供了一种燃气轮机监测与控制系统，包括：工程师站、操作员站、控制柜、传感器、执行器及多个通讯网络，其中：

所述工程师站，用于负责控制柜中控制逻辑与操作画面的组态设计、修改与编辑；

所述操作员站，用于运行人员对燃气轮机运行状态的监视与操作；

所述传感器，用于测量燃气轮机运行状态，将测量结果发送至控制柜；

所述控制柜，用于基于控制参数的重要级别分为不同重要级别的控制柜，通过与其连接的传感器获取燃气轮机运行数据，根据燃气轮机运行数据生成控制指令发送给执行器，并通过多个通讯网络将燃气轮机运行数据与控制指令发送给工程师站和操作员站；

所述多个通讯网络，为完全相同的多冗余通讯网络，用于各个设备在通讯网络中相互通讯；

所述执行器，与控制柜连接，用于接收控制柜的控制指令实现燃气轮机的参数控制。

本实用新型实施例提供的燃气轮机监测与控制系统，综合考虑冗余配置的成本与可靠性，平衡两者之间的矛盾，既可以提高系统的可靠性又降低成本。

在一种可选的实施方式中，所述的系统，还包括：历史站、服务器，其中：

所述历史站，用于存储燃气轮机在预设历史时间内的运行数据；

所述服务器，用于为系统各个设备提供服务与支持。

本实用新型实施例提供的历史站可用于导出数据离线分析机组状态、性能等，服务器可以为系统各个设备提供服务与支持。

在一种可选的实施方式中，还包括：通讯站，用于通过以太网与其他系统建立通信。

本实用新型实施例提供的通讯站与其他系统进行通信，可以实现与其他系统的交互。

在一种可选的实施方式中，所述控制柜中存放输入卡件、输出卡件和多个控制器，输入卡件将同一信号转换为控制器可识别信号后同时输送给多个控制器，多个控制器表决后将生成的控制信号输送至输出卡件，输出卡件将控制信号转换为外部设备可接受或识别的信号后传输至执行器。

在一种可选的实施方式中，所述输入卡件包括：模拟量输入卡件、数字量输入卡件；

所述输出卡件包括：模拟量输出卡件、数字量输出卡件。

在一种可选的实施方式中，所述卡件与控制器间通过硬接线通讯，传感器、执行器与卡件间通过电缆通讯。

本实用新型实施例通过将控制柜中的部件进行有线连接，使得数据通信更具可靠性。

在一种可选的实施方式中，所述控制柜基于控制器中控制参数的重要级别分为关键参数控制柜、非关键参数控制柜，其中关键参数控制柜的重要级别大于非关键参数控制柜。

在一种可选的实施方式中，所述关键参数控制柜包括三个控制器；

所述非关键参数控制柜包括两个控制器。

在一种可选的实施方式中所述多个通讯网络为三冗余通讯网络。

本实用新型实施例通过燃气轮机参数的重要级别进行控制器及传感器的数量设置，可以平衡冗余设置可靠性和成本的矛盾。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的燃气轮机监测与控制系统的设备连接示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一燃气轮机监测与控制系统的设备连接示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一燃气轮机监测与控制系统的设备连接示意图；

图4是本实用新型实施例提供的利用传感器采集燃气轮机关键参数的连接示意图；

图5是本实用新型实施例提供的利用传感器采集燃气轮机普通参数与其他参数的连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供了一种燃气轮机监测与控制系统，如图1所示，包括：工程师站、操作员站、控制柜、传感器、执行器及多个通讯网络，其中：

工程师站，用于负责控制柜中控制逻辑与操作画面的组态设计、修改与编辑；需要说明的是工程师站设计的控制逻辑均为现有比较成熟的控制逻辑。

操作员站，用于运行人员对燃气轮机运行状态的监视与操作，以方便及时了解燃气轮机的运行情况，以及给予实时干预维护。

传感器，用于测量燃气轮机运行状态，将测量结果发送至控制柜。

控制柜，用于基于控制参数的重要级别分为不同重要级别的控制柜，通过与其连接的传感器获取燃气轮机运行数据，根据燃气轮机运行数据生成控制指令发送给执行器，并通过多个通讯网络将燃气轮机运行数据与控制指令发送给工程师站和操作员站。通过冗余设置的多个通讯网络将燃气轮机运行数据与控制指令发送给工程师站和操作员站，用于工程师站和操作员站对燃气轮机整个运行控制过程的监控。

本实施例中的控制柜中存放输入卡件、输出卡件和多个控制器，输入卡件将同一信号转换为控制器可识别信号后同时输送给多个控制器，多个控制器表决后将生成的控制信号输送至输出卡件，输出卡件将控制信号转换为外部设备可接受或识别的信号后传输至执行器，其中的输入卡件包括：模拟量输入卡件、数字量输入卡件；输出卡件包括：模拟量输出卡件、数字量输出卡件。实际中可根据实际需求取消某些卡件或配置更多类型的卡件，例如可增加如TC(thermocouple，热电偶)、RTD(resistance temperature detector，热电阻)等卡件。

在一具体实施例中，控制柜基于控制器中控制参数的重要级别分为关键参数控制柜、非关键参数控制柜，其中关键参数控制柜的重要级别大于非关键参数控制柜。其中关键参数控制柜包括三个控制器；非关键参数控制柜包括两个控制器。

多个通讯网络，为完全相同的多冗余通讯网络，用于各个设备在通讯网络中相互通讯；本实施例中的多个通讯网络为三冗余通讯网络，包括：X网、Y网、Z网三个通讯网络。各个设备通过光纤、双绞线等方式在通讯网络中相互通讯。通讯网络可以采取Modbus通讯协议，也可采取RS-485通讯协议等其他协议。通讯网络一般采取总线型拓扑结构，也可采取如星型、网状等其他拓扑结构。

执行器，与控制柜连接，用于接收控制柜的控制指令实现燃气轮机的参数控制。

本实用新型实施例提供的燃气轮机监测与控制系统，综合考虑冗余配置的成本与可靠性，平衡了两者之间的矛盾。

在一实施例中，如图2所示，本实用新型实施例提供的燃气轮机监测与控制系统，还包括：服务器，历史站和通讯站，其中历史站用于存储燃气轮机在预设历史时间内的运行数据，可用于导出数据后离线分析机组状态、性能等；服务器，用于为系统各个设备提供服务与支持；通讯站，用于通过以太网与其他系统建立通信，如与DCS(distributed controlsystem，分散控制系统)相互通讯，将燃气轮机的运行状态通过以太网交互给DCS，并从DCS获取余热锅炉与汽轮机的运行状态，仅作为示例，不以此为限。

实际应用中，控制柜既可以同时连接传感器和执行器，也可以只连接传感器或执行器，根据实际情况做合理设置。在一具体实施例中，如图3所示，以1～3号控制柜为关键参数控制柜，4～5号控制柜为非关键参数控制柜为例。在关键参数控制柜中布置三个完全相同的冗余控制器，如控制器1A、控制器1B以及控制器1C。每个控制柜均设置AI(analoginput)、AO(analog output)、DI(digital input)、DO(digital output)卡件，卡件与控制器间通过硬接线通讯，输入卡件将同一信号同时输送给三个控制器，三个控制器表决后将信号输送至输出卡件(其中的表决通过表决器进行，已在GE等公司的工控设备中广泛应用)。传感器、执行器与卡件之间通过电缆通讯，如图3中的传感器11与1号控制柜的AI卡件、3号控制柜的AO卡件与执行器31的通讯即采用电缆通讯。

在传感器11测量到燃气轮机某关键参数(即对燃气轮机安全稳定运行至关重要的参数，一旦测点信号丢失将直接导致燃气轮机跳机)后，通过电缆将信号输送至1号控制柜的AI卡件，AI卡件将该信号同时输送给控制器1A、控制器1B与控制器1C，三个控制器分别将该信号输送至X网、Y网以及Z网。操作员站可在三个通讯网络中接收该信号，用于燃气轮机关键参数的监视。此外，控制器3A、控制器3B、控制器3C分别从X网、Y网、Z网中接收到该信号，并通过内部控制逻辑计算输出指令经表决后输出给AO卡件，再经电缆输送至执行器31，实现燃气轮机关键参数的控制。需要说明的是控制器内部的控制逻辑为现有比较成熟的控制逻辑。

非关键参数一般包括普通参数和其他参数(普通参数的重要级别低于关键参数但高于其他参数，普通参数测点丢失控制系统会发出报警或燃气轮机降负荷的建议，但不会引起跳机；其他参数重要级别最低，其他参数测点丢失仅发出报警，对燃气轮机运行几乎没有影响)，在传感器34测量到燃气轮机某普通参数或其他参数后，将该信号同时输送到控制器4A、控制器4B。控制器4A将该信号同时输送至X网与Z网，控制器4B将该信号输送至Y网(不限于此，也可以是控制器4A将该信号输送至X网，控制器4B将该信号同时输送至Y网与Z网等)，操作员站从X网、Y网、Z网中接收该信号，实现燃气轮机普通参数与其他参数的监测。控制器5A与控制器5B从X网、Y网与Z网中接收该信号(不限于此，也可以是控制器3A、控制器3B与控制器3C从X网、Y网与Z网中接收该信号，即所有的控制器之间均可互相接收传送数据)，通过内部控制逻辑计算控制指令，经表决后输送至5号控制器的DO卡件，DO卡件通过电缆输送至执行器25，实现燃气轮机普通参数与其他参数的控制。

本实施例对于燃气轮机的关键参数布置三个及以上的传感器，如图4所示。对于某关键参数布置了传感器11、传感器12、传感器13，分别将信号输送至1号、2号、3号等关键参数控制柜，每个控制柜又会将每一个传感器的信号输送至X网、Y网、Z网三个通讯网络，通过冗余配置提升燃气轮机监视与控制系统的可靠性。需要说明的是，在实际应用中每个控制柜均可以连上百个传感器，冗余配置连接的传感器数量是针对的燃气轮机参数，对于关键参数，需要安装三个及以上的传感器测量，然后把每个传感器信号输送到不同的控制柜，数量庞杂的传感器最后连接到多个控制柜的多个控制器上。

本实施例对于非关键参数布置两个或一个传感器，如图5所示。对于某普通参数，布置了传感器34与传感器35，分别将该信号输送至4号与5号非关键参数控制柜，4号与5号控制柜分别将传感器34的信号与传感器35的信号输送至X网、Y网、Z网三个通讯网络。对于某其他参数，仅布置传感器44，并将该信号输送至4号非关键参数控制柜，4号非关键参数控制柜将该信号输送至X网、Y网、Z网三个通讯网络。对于普通参数与其他参数，减少了布置的传感器数量，由于每个传感器都要将信号通过电缆输送到输入卡件，故也减少了控制柜与卡件的数量，非关键参数控制柜相较于关键参数控制柜，也减少了控制器的数量，节省了成本。

本实施例提供的燃气轮机监测与控制系统，对于燃气轮机关键参数设置三冗余策略，通过冗余配置提高可靠性；对于普通参数与其他参数设计双冗余或不配置冗余，降低成本，在可靠性与成本之间取得平衡。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机监测与控制系统，其特征在于，包括：工程师站、操作员站、控制柜、传感器、执行器及多个通讯网络，其中：

所述工程师站，用于负责控制柜中控制逻辑与操作画面的组态设计、修改与编辑；

所述操作员站，用于运行人员对燃气轮机运行状态的监视与操作；

所述传感器，用于测量燃气轮机运行状态，将测量结果发送至控制柜；

所述控制柜，用于基于控制参数的重要级别分为不同重要级别的控制柜，通过与其连接的传感器获取燃气轮机运行数据，根据燃气轮机运行数据生成控制指令发送给执行器，并通过多个通讯网络将燃气轮机运行数据与控制指令发送给工程师站和操作员站；

所述多个通讯网络，为完全相同的多冗余通讯网络，用于各个设备在通讯网络中相互通讯；

所述执行器，与控制柜连接，用于接收控制柜的控制指令实现燃气轮机的参数控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：历史站、服务器，其中：

所述历史站，用于存储燃气轮机在预设历史时间内的运行数据；

所述服务器，用于为系统各个设备提供服务与支持。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：通讯站，用于通过以太网与DCS建立通信。

4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述控制柜中存放输入卡件、输出卡件和多个控制器，输入卡件将同一信号转换为控制器可识别信号后同时输送给多个控制器，多个控制器表决后将生成的控制信号输送至输出卡件，输出卡件将控制信号转换为外部设备可接受或识别的信号后传输至执行器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述输入卡件包括：模拟量输入卡件、数字量输入卡件；

所述输出卡件包括：模拟量输出卡件、数字量输出卡件。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述卡件与控制器间通过硬接线通讯，传感器、执行器与卡件间通过电缆通讯。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制柜基于控制器中控制参数的重要级别分为关键参数控制柜、非关键参数控制柜，其中关键参数控制柜的重要级别大于非关键参数控制柜。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述关键参数控制柜包括三个控制器；

所述非关键参数控制柜包括两个控制器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个通讯网络为三冗余通讯网络。