發(fā)布時(shí)間：2022-07-17 05:16:52
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的淺談柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)研制過程中發(fā)現(xiàn)，采用普通PID運(yùn)算，振蕩及超調(diào)時(shí)有發(fā)生，為了改善調(diào)速系統(tǒng)性能，采用了變速積分PID及模糊PID。變速積分PID用來調(diào)節(jié)積分系數(shù)，模糊PID用來調(diào)節(jié)比例系數(shù)。
1 變速積分PID原理
1．1 PID控制原理［1，2］
常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r（t）與實(shí)際輸出構(gòu)成控制偏差：
將此偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過 線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：
式中，Kp為比例系數(shù)，T1為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。
在PID控制中，比例項(xiàng)用于糾正偏差，積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)用于減小系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。PID控制器的性能就決定于Kp、T1和TD這3個(gè)系數(shù)。如何選用這3個(gè)系數(shù) 是PID控制的核心。
1．2 數(shù)字PID控制算法選擇
設(shè)計(jì)和調(diào)整數(shù)字PID控制器的任務(wù)就是根據(jù)被控對(duì)象和系統(tǒng)要求，選擇合適的PID模型，將其進(jìn)行離散化處理，編出計(jì)算機(jī)程序由微處理器實(shí)現(xiàn)，最后確定KP、T1、TD、和T，T為采樣周期。微處理器控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此，必須對(duì)PID模型進(jìn)行離散化處理。
用矩形方法數(shù)值積分代替式（3）中的積分項(xiàng)，對(duì)式（3）中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)用后向差分逼近，經(jīng)推理可得到基 本PID控制的位置式算法：
式中 k——采樣序號(hào)，k＝0，1，2，……
U（k）——第k次采樣時(shí)刻輸出值
E（k）——第k次采樣時(shí)輸入的偏差值
E（k－1）——第（k－1）次采樣時(shí)刻輸入的偏差值
K1——積分系數(shù)，K1＝KpT／T1
KD——微分?jǐn)?shù)系，KD＝KpTD／T1
在數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律是用程序來實(shí)現(xiàn)的，因而具有更大的靈活性。由于基本PID控制中引入了積分環(huán)節(jié)，其目的主要是為了消除靜差，提高精度。但在柴油機(jī)調(diào)速過程中，突加突減負(fù)載時(shí)，會(huì)引起轉(zhuǎn)速的較大波動(dòng)，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大偏差，通過PID積分運(yùn)算積累，超調(diào)量過大，系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組輸出電能的品質(zhì)。
為避免PID控制中積分項(xiàng)引起的超調(diào)，提高其調(diào)節(jié)品質(zhì)，擬采用積分分離法對(duì)基本PID控制進(jìn)行改進(jìn)，簡(jiǎn)稱變速積分PID。變速積分PID的基本思路是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，偏差越大，積分越慢；反之，則越快。
式中，A、B為積分區(qū)間。
變速積分PID算法為：
式中，U1（k）為第k次采樣時(shí)刻PID運(yùn)算的積分部分輸出值。
采用變速積分PID控制，系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：用比例消除大偏差，用積分消除小偏差，可完全消除積分飽和現(xiàn)象；各參數(shù)容易整定，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定，而且對(duì)A、B兩參數(shù)不要求十分精確；超調(diào)量大大減小，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)，適應(yīng)性較強(qiáng)。
2 柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)中PID控制參數(shù)整定［3，4］
數(shù)字PID控制參數(shù)整定的任務(wù)主要是確定數(shù)字PID的參數(shù)KP、T1、TD和T。
對(duì)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，可采用理論計(jì)算方法確定這些參數(shù)。但由于柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工況較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型并非十分精確，在此，采用工程整定常用的擴(kuò)充臨界比例帶法，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)法再對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到最終的PID參數(shù)。
（1）采樣周期T的選擇
在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期T是一個(gè)比較重要的因素，采樣周期的選取，應(yīng)與PID參數(shù)的整定綜合考慮。
首先，采樣周期T的選取應(yīng)滿足以下要求：遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)周期；比對(duì)象時(shí)間常數(shù)小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。
該系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)控制過程是在定時(shí)中斷狀態(tài)下完成的，因此，采樣周期T的大小必須保證中斷服務(wù)程序的正常運(yùn)行。在不影響中斷程序運(yùn)行的情況下，可取采樣周期T＝0．1τ（τ為柴油機(jī)的純滯后時(shí)間）。當(dāng)中斷程序運(yùn)行時(shí)間Tz大于0．1τ時(shí)，則取T＝Tz，
（2）臨界振蕩周期Ts的確定
初始確定數(shù)字PID參數(shù)時(shí)，在用上述方法確定采樣周期T的條件下，從調(diào)速系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)回路中，去掉數(shù)字控制器的微分控制作用和積分控制作用，只采用比例調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)來確定系統(tǒng)的振蕩周期Ts和臨界比例系數(shù)Ks。由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制比例系數(shù)KP，并逐漸增大Kp，直到系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)記錄并顯示調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩時(shí)的臨界比例度δ和相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts。
控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，定量衡量數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬調(diào)節(jié)器對(duì)同一對(duì)象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準(zhǔn)則，根據(jù)系統(tǒng)在規(guī)定的輸入下的輸出響應(yīng)，使用該準(zhǔn)則取最小值時(shí)的最
如前所述，采樣周期T的長短會(huì)影響系統(tǒng)的控制品質(zhì)，同樣是最佳整定，數(shù)字控制系統(tǒng)的品質(zhì)要低于模擬系統(tǒng)的控制品質(zhì)。即控制度總是大于1的，且控制度越大，相應(yīng)的數(shù)字控制系統(tǒng)品質(zhì)越差。
為獲得與模擬控制器相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，控制度選為1．05。不同控制度時(shí)，擴(kuò)充臨界比例帶法PID參數(shù)計(jì)算公式
（4）KP、K1、KD、T的求取
根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得Ks和Ts及選定的控制度，按表1計(jì)算出數(shù)字PID參數(shù)Kp、T1、TD和T。
（5）控制效果的調(diào)節(jié)
按求得的參數(shù)值在調(diào)速控制系統(tǒng)中運(yùn)行，并觀察控制效果。如控制效果達(dá)不到控制要求，可基于以下原則，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法對(duì)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。
①增大比例系數(shù)Kp，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但過大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩。
②增大積分時(shí)間T1，有利于減小超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但會(huì)增加系統(tǒng)過渡過程時(shí)間。
③增大微分時(shí)間常數(shù)TD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。
基于上述原則，調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，應(yīng)先比例、后積分、再微分進(jìn)行調(diào)整。
摘要：本文對(duì)中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”項(xiàng)目應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組目前的國產(chǎn)化模式進(jìn)行介紹，結(jié)合設(shè)備的工藝特點(diǎn)，從設(shè)備的開工先決條件檢查、設(shè)備零部件制造過程、柴油機(jī)零部件裝配、柴油機(jī)的試驗(yàn)以及分包商的管理等方面的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行闡述，確保設(shè)備質(zhì)量滿足核電站要求，為后續(xù)的設(shè)備監(jiān)造工作提供參考。
關(guān)鍵詞：核電；柴油機(jī)；監(jiān)造；質(zhì)量控制；華龍一號(hào)
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為核電廠的應(yīng)急電源，在核電廠主電源、備用電源及主發(fā)電機(jī)失效后10s內(nèi)啟動(dòng)，達(dá)到額定電壓和額定功率，確保電廠應(yīng)急照明和堆內(nèi)余熱排出，保證反應(yīng)堆安全停堆，避免事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。眾所周知，應(yīng)急電源的喪失是導(dǎo)致日本福島核事故發(fā)生和擴(kuò)大的重要原因，因此日本福島核事故后，為了滿足核安全的需要，核電站用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組受到了高度的重視。日本福島事故后，根據(jù)福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋以及我國和全球最新安全要求，中核集團(tuán)研發(fā)的先進(jìn)百萬千瓦級(jí)壓水堆“華龍一號(hào)”堆型首堆建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)，為福建福清5/6#項(xiàng)目。為滿足“華龍一號(hào)”的核安全需求，為我國核電安全地走出去打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的質(zhì)量控制提出了新的要求。
一、華龍一號(hào)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的性能要求
1.柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速600rpm，額定輸出功率8000kW，額定電壓6.6kV，額定頻率50Hz，功率因數(shù)0.8，機(jī)組最低使用壽命40年；2.柴油機(jī)在正常工況運(yùn)行下，累積有效運(yùn)行時(shí)間不小于10000小時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間除外；3.柴油機(jī)啟動(dòng)可靠性不低于99%；4.柴油機(jī)空載運(yùn)行最大持續(xù)時(shí)間可達(dá)8小時(shí)；5.柴油機(jī)在使用壽命年限內(nèi)啟動(dòng)次數(shù)為4000次；6.柴油機(jī)起動(dòng)后，10s內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓；7.與應(yīng)急柴油機(jī)應(yīng)急運(yùn)行及發(fā)電功率有關(guān)的柴油機(jī)承壓的輔助機(jī)械設(shè)備、部件核管線設(shè)定為核安全三級(jí)，電氣部件為1E級(jí)；8.柴油機(jī)加載時(shí)頻率不能低于95%額定頻率，電壓不能低于75%額定電壓，頻率恢復(fù)到額定值的98%及電壓恢復(fù)到額定值的90%的時(shí)間小于此程序開始與下一程序開始之間的時(shí)間間隔的60%。
二、核級(jí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)歷的國產(chǎn)化采購模式
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是一套非常復(fù)雜的集成化、模塊化設(shè)備。機(jī)組本體主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、連接裝置和公共底座等構(gòu)成，與柴油機(jī)輔助系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和保護(hù)系統(tǒng)、儀表和控制系統(tǒng)等共同組成了核電廠內(nèi)應(yīng)急交流電源。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的國產(chǎn)化模式主要還是與國外大型柴油機(jī)供貨商聯(lián)合設(shè)計(jì)制造為主，通過消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)逐步進(jìn)行國產(chǎn)化。
1.國內(nèi)二代加M310核電堆型主要采用了聯(lián)合體的采購模式：
（1）德國MTU、阿?，m公司和山西北方安特優(yōu)組成聯(lián)合體。MTU為聯(lián)合體的接口人負(fù)責(zé)柴油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，阿?，m負(fù)責(zé)電儀設(shè)備的設(shè)計(jì)和供貨，山西北方安特優(yōu)負(fù)責(zé)柴油機(jī)零部件的組裝和試驗(yàn)，承擔(dān)了中核集團(tuán)福清核電項(xiàng)目。（2）由法國ALSTOM、德國MAN公司、武漢ALTSOM、陜西柴油機(jī)重工有限公司組成聯(lián)合體。ALSTOM為聯(lián)合體帶路人，并負(fù)責(zé)電儀設(shè)備的設(shè)計(jì)和供貨，陜西柴油機(jī)重工負(fù)責(zé)部分國產(chǎn)化零部件的采購以及柴油機(jī)的組裝和試驗(yàn)，承擔(dān)了中核集團(tuán)田灣和海南核電項(xiàng)目。
2.目前中核集團(tuán)三代核電“華龍一號(hào)”應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組采取的采購模式為：
總包商為陜西柴油機(jī)重工有限公司，法國MAN公司提供技術(shù)支持，中核集團(tuán)河北分公司承擔(dān)部分系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)。陜柴自制一臺(tái)柴油機(jī)的重要零部件供MAN公司進(jìn)行評(píng)審，在MAN公司認(rèn)可后，陜柴開展該型號(hào)柴油機(jī)的制造，用于核電的國產(chǎn)化。由于國內(nèi)企業(yè)沒有承擔(dān)過項(xiàng)目總承包的角色，并且國內(nèi)企業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)保、處理問題的能力都不如國外企業(yè)成熟，因此，在總承包模式改變?yōu)閲鴥?nèi)企業(yè)的背景下，如何對(duì)陜柴的制造活動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量控制顯得尤為重要。
三、應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的質(zhì)量控制要點(diǎn)
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組為核1E級(jí)別設(shè)備，屬于重大設(shè)備，因此監(jiān)造等級(jí)定為監(jiān)造一級(jí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要在陜西柴油機(jī)重工有限公司派駐監(jiān)造人員一名，在發(fā)電機(jī)分包廠家派駐監(jiān)造人員一名，進(jìn)口件由駐歐洲人員進(jìn)行質(zhì)量控制。根據(jù)零部件的核安全等級(jí)、質(zhì)保等級(jí)、工藝復(fù)雜程度等在供應(yīng)商提交的零部件制造質(zhì)量計(jì)劃上選取相應(yīng)的見證點(diǎn)（停工待檢點(diǎn)H，見證點(diǎn)W,記錄點(diǎn)R）,監(jiān)造人員進(jìn)行見證，同時(shí)對(duì)設(shè)備制造的全周期進(jìn)行質(zhì)量控制。主要的監(jiān)造內(nèi)容有以下幾點(diǎn)。
1.開工先決條件檢查。
（1）設(shè)計(jì)文件的檢查。①檢查設(shè)備供應(yīng)商已編制設(shè)計(jì)文件清單，檢查設(shè)計(jì)施工圖、技術(shù)規(guī)格書、技術(shù)條件等設(shè)計(jì)文件的種類和數(shù)量以及版本情況，以確定設(shè)計(jì)是否固化，對(duì)于設(shè)計(jì)沒有固化的堅(jiān)決不允許開工，從源頭杜絕由于消化吸收不到位而產(chǎn)生的問題；②檢查設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)、設(shè)計(jì)審查會(huì)會(huì)議紀(jì)要與圖紙有關(guān)問題的澄清或解決情況，在設(shè)計(jì)變更和技術(shù)澄清沒有得到落實(shí)情況下，不得開工制造；③檢查國家核安全監(jiān)管部門對(duì)制造廠整改行動(dòng)項(xiàng)目的落實(shí)情況，沒有整改完成堅(jiān)決不開工。（2）主要外購件及原材料入廠驗(yàn)收。設(shè)備監(jiān)造工程師對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)材料和零部件等原材料、外購件、外協(xié)件進(jìn)廠檢查，首先應(yīng)檢查材料和零部件的合格證等質(zhì)量證明文件，根據(jù)合同和技術(shù)條件要求，需要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)的進(jìn)行入廠復(fù)驗(yàn)。其次是監(jiān)督制造廠對(duì)材料和零部件進(jìn)行實(shí)體檢驗(yàn)，并對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行見證、審查、確認(rèn)。柴油機(jī)的主要外購零部件有：曲軸、連桿、管路等，特別對(duì)高壓燃油管、空氣管路和啟動(dòng)空氣管路應(yīng)注意檢查壓力試驗(yàn)參數(shù)的符合性。（3）制造廠資質(zhì)的檢查。檢查核安全設(shè)備設(shè)計(jì)或制造許可證，檢查制造單位名稱、住所、法定代表人、從事的活動(dòng)種類和范圍是否符合國家核安全監(jiān)管部門的要求，確保關(guān)鍵工序無違規(guī)分包現(xiàn)象。焊工或焊接操作工應(yīng)具有相應(yīng)國家核安全局頒發(fā)的資格證書，焊工或焊接操作工人員數(shù)量、焊工考試合格項(xiàng)目應(yīng)滿足車間產(chǎn)品焊接需要。無損檢測(cè)人員應(yīng)具有國家法定培訓(xùn)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的資質(zhì)證書，無損檢測(cè)人員數(shù)量和資質(zhì)范圍應(yīng)能滿足無損檢測(cè)工作的需要，針對(duì)產(chǎn)品無損檢驗(yàn)方法，確保每種方法具有2個(gè)Ⅱ級(jí)以上人員。無損檢測(cè)人員為本制造單位正式聘用人員，無其他單位人員在本單位從事無損檢測(cè)工作。
2.對(duì)主要零部件的質(zhì)量控制。
（1）主要鑄鍛件的控制。柴油機(jī)主要的鑄鍛件有機(jī)身、汽缸蓋、缸套、連桿、曲軸等，主要關(guān)注的是零部件的機(jī)械性能和硬度是否合格，粗加工前進(jìn)行100%UT檢測(cè)，并禁止進(jìn)行補(bǔ)焊和打磨等工序。對(duì)于連桿尤其注意零件號(hào)是否與實(shí)體一致，并檢查連桿螺栓是否存在裂紋。（2）對(duì)機(jī)械加工過程的監(jiān)督。主要的機(jī)加工工序?yàn)椋焊滋拙庸?、汽缸蓋精加工及水壓試驗(yàn)、終檢、機(jī)身精加工、軸承蓋、精鏜曲軸孔、精鏜凸輪軸孔、精鏜缸孔?？蛇m當(dāng)設(shè)置精加工后的見證點(diǎn)，確保精加工后的零部件尺寸工差和表面粗糙度等滿足圖紙要求。精加工后進(jìn)行MT檢測(cè)，檢測(cè)是否存在裂紋。
3.柴油機(jī)零部件裝配質(zhì)量控制要點(diǎn)。
（1）缸蓋裝配:檢查氣門座密封性能，檢查氣門沉入量及氣門間隙。（2）裝活塞—連桿組件:連桿小頭銅套上的油孔或油槽與連桿上的油孔要對(duì)正，連桿體和連桿蓋對(duì)應(yīng)編號(hào)一致，每個(gè)連桿連接螺栓與連桿螺栓孔也是固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，組裝時(shí)注意連桿螺栓編號(hào)和螺栓孔編號(hào)一致。（3）裝配曲軸、軸承蓋:曲軸承蓋與機(jī)體曲軸孔座對(duì)應(yīng)編號(hào)一致，曲軸螺栓的拉伸量符合組裝工藝要求，曲軸組裝后檢測(cè)軸向間隙符合工藝要求。（4）裝活塞、連桿、缸套總成:組裝前核查活塞、缸套尺寸，檢查連桿瓦孔尺寸。測(cè)量連桿瓦孔尺寸和組裝曲軸、連桿時(shí)，連桿連接螺栓應(yīng)分次緊固，緊固力矩、轉(zhuǎn)角符合工藝要求，螺栓緊固位置刻線應(yīng)一次對(duì)準(zhǔn)，如果擰緊時(shí)超過刻線位置，不允許倒擰對(duì)準(zhǔn)，需松開后重新緊固。（5）裝凸輪軸:裝入凸輪軸時(shí)，應(yīng)使用凸輪軸導(dǎo)入工裝、凸輪軸及孔涂機(jī)油，防止剮蹭凸輪軸軸承銅套。定位后檢測(cè)軸向間隙符合工藝要求。調(diào)整凸輪軸定時(shí)，檢查曲軸和凸輪軸的定位是否準(zhǔn)確，精度是否滿足工藝要求。在緊固凸輪軸定時(shí)齒輪螺栓時(shí)，要注意觀察是否造成凸輪軸、齒輪的跑動(dòng)，一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象，要重新進(jìn)行定位和裝配。（6）裝配曲軸齒輪、減震器：在進(jìn)行此類過盈配合零部件的裝配工作時(shí)，擴(kuò)張壓力和推進(jìn)壓力同步達(dá)到組裝工藝要求壓力后，卸去擴(kuò)張油壓，推進(jìn)油壓保持工藝要求時(shí)間。（7）裝缸蓋：缸蓋螺栓拉伸量或緊固力矩、轉(zhuǎn)角符合工藝要求。（8）裝噴油泵、橫向控制機(jī)構(gòu):裝噴油泵前根據(jù)測(cè)量結(jié)果選配調(diào)整墊片厚度。（9）排氣總管裝配：增壓器箱與排氣總管結(jié)合面清潔，組裝前結(jié)合面涂高溫密封膠，檢查增壓器潤滑系統(tǒng)單向閥組裝方向。
4.柴油機(jī)單機(jī)試驗(yàn)的質(zhì)量控制要點(diǎn)。
柴油機(jī)單機(jī)試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)包括磨合試驗(yàn)和性能試驗(yàn)。柴油機(jī)磨合試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)和排除柴油機(jī)組裝質(zhì)量問題的重要環(huán)節(jié)，試驗(yàn)前應(yīng)注意檢查試驗(yàn)操作人員是否已按試驗(yàn)大綱完成試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，啟機(jī)前柴油機(jī)安全防護(hù)功能的靜態(tài)檢查驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)符合安全防護(hù)參數(shù)要求，應(yīng)對(duì)所有柴油機(jī)的報(bào)警和停機(jī)裝置進(jìn)行整定和檢查，觸發(fā)點(diǎn)應(yīng)記載在試驗(yàn)記錄中，應(yīng)確認(rèn)試驗(yàn)臺(tái)所有傳感器信號(hào)正常，無報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)，避免由于柴油機(jī)存在組裝質(zhì)量問題而對(duì)柴油機(jī)造成重大損失。柴油機(jī)性能試驗(yàn)是對(duì)柴油機(jī)應(yīng)具備的基本性能的驗(yàn)證，試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)至少滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)格書對(duì)柴油機(jī)出廠性能試驗(yàn)的要求。
5.柴油發(fā)電機(jī)組的試驗(yàn)。
柴油發(fā)電機(jī)試驗(yàn)前與發(fā)電機(jī)進(jìn)行組裝，檢查聯(lián)軸器的材料證明，審查柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器符合性聲明文件。檢查材料、零部件質(zhì)量證明文件，柴油機(jī)質(zhì)量計(jì)劃已執(zhí)行完畢且質(zhì)量計(jì)劃見證點(diǎn)簽署齊全，無問題遺漏項(xiàng)。審查空氣啟動(dòng)總閥、預(yù)潤滑油泵、冷卻水泵、預(yù)熱器、燃油冷卻器，空氣啟動(dòng)管路管件，滑油、燃油管路管件質(zhì)量證明文件、合格證、符合性聲明文件，審查啟動(dòng)空氣管路管件焊接無損探傷報(bào)告等。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的同軸度，檢查機(jī)組在試驗(yàn)臺(tái)就位后的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的同軸度應(yīng)符合工藝文件要求。機(jī)組試驗(yàn)內(nèi)容一般應(yīng)包括：功率驗(yàn)證試驗(yàn)、調(diào)速器試驗(yàn)、啟動(dòng)試驗(yàn)、振動(dòng)測(cè)量、負(fù)載試驗(yàn)、裕度試驗(yàn)、輕載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)后50%加載試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目。試驗(yàn)過程中應(yīng)注意觀察試驗(yàn)臺(tái)有無報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)，柴油發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)是否異常。試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)按試驗(yàn)大綱要求的拆檢項(xiàng)目進(jìn)行檢查。
四、加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)組分包商的管理
一套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)包括400多臺(tái)設(shè)備，一萬多項(xiàng)部件和材料，約涉及上百個(gè)分包商，大部分分包設(shè)備為輔助系統(tǒng)的設(shè)備，當(dāng)前項(xiàng)目實(shí)際操作過程中發(fā)生的大部分質(zhì)量問題的也基本屬于輔助系統(tǒng)設(shè)備部件。
1.目前應(yīng)急柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組分包商存在的問題有：
（1）柴油機(jī)非關(guān)鍵零部件存在多級(jí)供應(yīng)鏈，主供應(yīng)商對(duì)分供應(yīng)商的控制存在薄弱環(huán)節(jié)，造成由于分供應(yīng)商采購的零部件質(zhì)量控制不夠，業(yè)主方又難以深入監(jiān)控。
（2）國內(nèi)制造水平不高和分供應(yīng)商在采購時(shí)過多考慮低價(jià)格，造成一些零件的質(zhì)量存在隱患。
（3）對(duì)于國外采購的輔助系統(tǒng)設(shè)備，供應(yīng)商考慮到出國費(fèi)用高，一般不派人出席見證，質(zhì)量控制薄弱。
（4）供應(yīng)商在核電站處理現(xiàn)場(chǎng)問題時(shí)質(zhì)量控制不到位，部分活動(dòng)未編制質(zhì)量計(jì)劃或者現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境帶來柴油機(jī)試驗(yàn)次生質(zhì)量問題。
2.對(duì)柴油機(jī)組分包商的質(zhì)量控制措施。
（1）加強(qiáng)對(duì)外購件分包商的合格供應(yīng)商的評(píng)價(jià)，做好資格審查工作，取得認(rèn)可后，方能作為合格分包商參與項(xiàng)目。
（2）根據(jù)設(shè)備質(zhì)量分級(jí)和以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同的分包商進(jìn)行不同級(jí)別的監(jiān)造管理，對(duì)于質(zhì)保等級(jí)在QA3級(jí)以上的設(shè)備，總包商均按我司要求，提交設(shè)備質(zhì)量計(jì)劃，各方對(duì)質(zhì)量計(jì)劃進(jìn)行選點(diǎn)，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。
（3）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造對(duì)分包商的幫扶力度。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造監(jiān)督作為對(duì)分包商制造過程質(zhì)量管理的一種控制手段，是必不可少的。通過經(jīng)常性地對(duì)制造過程進(jìn)行質(zhì)量檢查、巡查，可以幫助各級(jí)分包商積攢寶貴經(jīng)驗(yàn)，養(yǎng)成良好的質(zhì)量管理習(xí)慣，在后續(xù)的項(xiàng)目中也便于我司及總包商的質(zhì)量管理。
（4）將核安全質(zhì)保的理念積極灌輸?shù)娇偘碳案骷?jí)分包商中。要求總包商嚴(yán)格按照核安全質(zhì)保要求管理其下級(jí)分包商，力求做到每一級(jí)分包商都能夠在質(zhì)量上受控于上一級(jí)承包商，做到盡可能地深入管理，防微杜漸，并防患于未然。
五、結(jié)束語
核電設(shè)備的國產(chǎn)化是我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，百萬千瓦級(jí)核電站用應(yīng)急柴油機(jī)組是核電廠重要安全級(jí)設(shè)備，是國家重點(diǎn)鼓勵(lì)的國產(chǎn)化設(shè)備之一。目前，我國百萬千瓦級(jí)核電站用應(yīng)急柴油機(jī)組國產(chǎn)化進(jìn)入了關(guān)鍵階段，總包商由外方變成了中方，設(shè)備制造質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)加大。因此對(duì)柴油機(jī)的質(zhì)量控制工作提出了新的要求。但只要我們從設(shè)備的采購全過程對(duì)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)控，加強(qiáng)設(shè)備制造先決條件檢查，確保柴油機(jī)制造企業(yè)按照核電設(shè)備質(zhì)量保證有效運(yùn)轉(zhuǎn)，從源頭上杜絕問題的產(chǎn)生，加強(qiáng)對(duì)分包商的質(zhì)量控制，確保外購件的到貨質(zhì)量，確保重點(diǎn)零部件的制造以及柴油機(jī)系統(tǒng)的試驗(yàn)過程中嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及程序執(zhí)行，相信百萬千瓦級(jí)核電站用應(yīng)急柴油機(jī)組一定能順利交付核電現(xiàn)場(chǎng)，為我國第三代核電“華龍一號(hào)”走出去打下良好基礎(chǔ)。
作者：孫建民 張強(qiáng)
摘要:結(jié)合實(shí)際使用，通過Modbus協(xié)議將柴油發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)接入PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主要參數(shù)監(jiān)控并進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，既減輕了體力勞動(dòng)也可提早發(fā)現(xiàn)隱患。
關(guān)鍵字：Modbus;石油;柴油發(fā)電機(jī)組;監(jiān)控
0引言
石油電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的使用開始于20世紀(jì)50年代中期，并隨著技術(shù)的發(fā)展不斷完善和成熟。電驅(qū)動(dòng)就是利用交流電動(dòng)機(jī)或者直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。其具有傳動(dòng)柔和、調(diào)速特性好、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高、噪聲小、污染少等特點(diǎn)，至今一直是石油鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要方式。石油電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力源主要采用柴油發(fā)電機(jī)組提供，每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)、交流發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)組成。為滿足鉆井作業(yè)供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，一般會(huì)配置2臺(tái)以上的柴油發(fā)電機(jī)組，通過單機(jī)或者并網(wǎng)運(yùn)行給電氣控制系統(tǒng)供電。柴油發(fā)電機(jī)組是以柴油機(jī)為動(dòng)力的工頻交流同步發(fā)電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、熱效率高、占地小、啟動(dòng)快、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。同其它設(shè)備一樣，柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)機(jī)械或者電氣故障。故障產(chǎn)生必然會(huì)影響正常的供電，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)造成一定的影響。近些年來隨著鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了保證柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，引入切實(shí)可靠的監(jiān)控措施非常重要，這樣一旦出現(xiàn)故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排查。本文采用S7-300PLC作為控制器，通過Modbus協(xié)議和卡特彼勒的EMCP4.2控制器進(jìn)行通訊，讀取發(fā)電機(jī)組的電壓、電流、功率、軸承溫度等參數(shù)，并對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒操作和維護(hù)人員。
1Modbus協(xié)議概述
Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。使用的是主從通訊技術(shù)，一般將主控設(shè)備方所使用的協(xié)議稱為ModbusMaster，從設(shè)備方使用的協(xié)議稱為ModbusSlave。Modbus協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備，目前許多工業(yè)設(shè)備，譬如PLC、智能儀表、DCS等都在使用Modbus協(xié)議作為它們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。Modbus協(xié)議具有ASCII(美國信息交換碼)和RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)兩種傳輸模式，并且支持RS230、RS485等電氣接口，標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用的是RS232C的串行接口。根據(jù)Modbus通信協(xié)議，“主站-從站”和、或“從站-主站”數(shù)據(jù)交換以從站地址開始，然后是功能代碼，然后傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)取決于使用的功能代碼，最后傳送的是CRC校驗(yàn)碼。Modbus定義了4種基本數(shù)據(jù)類型和16種功能代碼。數(shù)據(jù)類型有可讀寫位數(shù)據(jù)、只讀位數(shù)據(jù)、只讀16位數(shù)據(jù)、可讀寫16位數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分別被稱為線圈狀態(tài)、輸入狀態(tài)、輸入寄存器、保持寄存器。功能代碼也是在這4種數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的設(shè)置。
2柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及功能
監(jiān)控系統(tǒng)采用S7-300PLC為控制器，是整個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)中駐站，PLC系統(tǒng)選用支持ModbusRTU協(xié)議的CP341通訊模塊，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)，在整個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)中起到承上啟下的作用。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組而言，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的從站。隨著卡特彼勒發(fā)電機(jī)組控制器的不斷升級(jí)，之前的第三代控制器如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵭枰黾覲L1000E通訊模塊，而第四代控制器出現(xiàn)后，控制器上集成有ModbusRTU通訊的接口，可以直接進(jìn)行通訊。監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要有兩個(gè)方面：一是對(duì)電流、電壓、功率、頻率、轉(zhuǎn)速、軸承溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)顯示；二是對(duì)頻率、轉(zhuǎn)速、軸承溫度、繞組溫度、燃油溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)實(shí)時(shí)值超過設(shè)定值后發(fā)出報(bào)警提醒操作維護(hù)人員進(jìn)行檢查。
3柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
Modbus是主/從通信模式，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)主站，主站在網(wǎng)絡(luò)上沒有地址，從站的地址范圍為0～247，其中0為廣播地址，從站的實(shí)際地址范圍為1～247。在本項(xiàng)目中，S7-300是整個(gè)控制系統(tǒng)的中央控制器，在網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)主站的作用，卡特發(fā)電機(jī)組的EMCP4.3控制器是從站，二者之間通過Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控功能。
3.1硬件及其線路
對(duì)于Modbus通訊來說，硬件比較簡(jiǎn)單，主站采用西門子S7-300系列PLC，并在機(jī)架上安裝有CP341通訊模塊，CP341模塊需要安裝有通訊專用的dongle加密狗，以保證數(shù)據(jù)和CPU之間的交換。子站在卡特彼勒控制器上已經(jīng)集成，不需要額外的硬件。硬件都滿足條件后，就需要實(shí)現(xiàn)硬件線路上的連接。系統(tǒng)中采用的是RS485的半雙工通訊方式，因此電路采用RS485雙絞線進(jìn)行物理電路的連接。進(jìn)行硬件電路連接時(shí)要注意如下三點(diǎn)：1）連接駐站和從站的電纜采用LIYCY3*2*0.14R(A)/R(B)或者T(A)/T(B)類型的雙絞線；2）各站點(diǎn)必須安裝外殼屏蔽；3）網(wǎng)絡(luò)上的兩端最后一個(gè)接收器的連接器上要焊接一個(gè)330Ω的終端電阻。
3.2主、子站設(shè)置及程序功能
為保證軟件的可靠運(yùn)行，在主站和從站上都需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才可以保證程序的正常運(yùn)行。主站上在進(jìn)行PLC硬件的組態(tài)時(shí)，需要安裝CP341作為駐站以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的驅(qū)動(dòng)程序，并且配置其主站信息、通訊模式和通訊速率。作為從站的EMCP4.3控制器，按照卡特彼勒的使用手冊(cè)，在EMCP4.2上對(duì)RS485通訊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括子站地址和通訊速率。S7-300和EMCP的通信中，主要是進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的讀取，這些數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在保持寄存器，所以在整個(gè)PLC程序中主要使用讀取保持寄存器的功能(功能代碼03)。在PLC程序中，通過調(diào)用Modbus功能塊，發(fā)送需要讀取的子站的功能代碼。返回?cái)?shù)據(jù)按照不同站點(diǎn)定義不同的數(shù)據(jù)塊，然后將需要參數(shù)從數(shù)據(jù)塊中讀取出來。
3.3上位機(jī)監(jiān)控功能
上位機(jī)采用西門子TP150015in觸摸屏，與S7-300采用Profibus進(jìn)行通訊。作為監(jiān)測(cè)、控制、維護(hù)和事故處理的HMI（人機(jī)界面），可以調(diào)出相關(guān)的畫面進(jìn)行監(jiān)視和控制。在觸摸屏上既可以進(jìn)行主要參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示也可以進(jìn)行重要參數(shù)的保護(hù)設(shè)置，當(dāng)實(shí)際值超過保護(hù)值后系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒操作維護(hù)人員。
4結(jié)語
與傳統(tǒng)直接在發(fā)電機(jī)組上觀察數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄的方式相比，采用Modbus總線控制方便操作維護(hù)人員實(shí)時(shí)看到機(jī)組的實(shí)時(shí)信息和狀態(tài)，可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行信息的定制化顯示，對(duì)于主要的參數(shù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，可以使故障在初始狀態(tài)就被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而避免柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)生重大故障，也減輕了現(xiàn)場(chǎng)柴油發(fā)電機(jī)組的維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用Modbus協(xié)議進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控也為柴油發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程故障診斷提供了一定的基礎(chǔ)，同時(shí)也為大鉆機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
作者：李崇博 單位：西安寶美電氣工業(yè)有限公司
