NI 硬件和软 件开发CMS- 1000燃烧状态监 控系统.doc

NI 硬件和软 件开发CMS- 1000燃烧状态监 控系统CMS-1000系 统Author (s):Jordan Pritt - Turbine Technology Services Corporation通过使用NI模块 化仪器和软件，我们 可以显著减少调整一 个设备所需的时间， 同时可以创建更加友 好的用户操作界面， 且无需牺牲测量精 度。- Jordan Pritt, Turbine Technology Services CorporationThe Challenge:当燃气涡轮燃烧室工 作在燃料-空气比接 近可燃性下限的时 候，为避免加速磨 损、火焰回火或者贫 油熄火现象的发生， 需要尽量减少可能的 破坏性压力振荡。The Solution:使用NI硬件和 NI LabVIEW软件 开发一个便携的燃烧 状态监测系统，这样 我们可以精确地对不 稳定的燃烧状态进行 调整以及调试。关于 Turbine Technology Services CorporationTurbine Technology Services （TTS）公司为全 世界的涡轮机使用者 和运营商提供业内领 先的技术咨询、现场 支持以及设计服务， 并为各种机构、独立 发电企业和私人企业 提供广泛的服务。我 们的工程咨询专家可 以为蒸汽涡轮机使用 者和运营商提供有价 值的系统评估服务和 解决方案。我们的现 场工程师致力于将我 们的高效设计方案付 诸实施、提供彻底的 系统评估、监督合作 伙伴与供应商，并与 所有的发电厂进行协 调。我们的使命是提供汽 轮机行业内领先的技 术方案，并提供全球 范围内的工程咨询服 务。我们的解决方案 可靠、有效，可以帮 助您成功地完成蒸汽 涡轮机的安装和现化 代改进项目。我们还 为客户的电厂提供控 制组件、燃烧室及动 态调整服务。哪里需 要维护高效的工作状 态，哪里就有我们的 服务。背景许多的发电厂运营商 都经历过由于汽轮机 频率不稳所造成的损 坏。为满足当前严格 的排放标准所设计的 Dry Low NOx（DLN）燃 烧室，必须工作在一 个很低的燃料-空气 比下。由于燃料-空 气比非常接近可燃性 下限，使得DLN燃 烧室容易出现动态的 压力振荡，从而导致 组件接口的加速磨 损，或者是硬件的直 接损坏；预混合区域 的火焰回火则会导致 燃料喷嘴或其它燃烧 室硬件的熔化；又或 者熄火造成蒸汽涡轮 机跳闸脱线。为了在 符合排放标准的前提 下保护好长期工作组 件，保证工作的完整 性，DLN系统需要 进行定期的调试维 护。CMS-1000系 统为了避免涡轮机中重 要组件的加速磨损和 机械损坏，我们使用 NI硬件和LabVIEW 软件开发了一台燃 烧状态监控系统，使 得对涡轮机的调试相 对容易。这台 CMS-1000燃 烧状态监控系统结构 紧凑，能够监控蒸汽 涡轮机中每一个燃烧 室的压力。针对不同 型号的蒸汽涡轮机， 我们最多可以监控多 达18个燃烧室中的 动态压力。涡轮机的 两侧各有一个监控 箱，每一个监控箱接 收一半的信号输入， 传感器电缆从每一个 燃烧室中接出再连接 到任何一个监控箱中 的动态压力传感器 上。除了内置的压力传感 器，监控箱中还装有 阻尼线圈，作为信号 补偿系统，可以消除 传感信号线上的衰 减。另外，监控箱中 安装有NI 9234 动态信号采集 (DSA)模块。压 力传感器产生的模拟 信号输出给每一个监 控箱中的NI I/O模块和NI cDAQ-9188 机箱。通过设置NI 的硬件和软件，可以 在两个监控箱之间实 现同步数据采集。采 集到的动态压力信号 经由NI MES- 3980 工业以太 网开关传送给位于蒸 汽涡轮机本地控制室 中的一台笔记本电 脑。1/5LabVIEW程序 对18个压力信号进 行快速傅立叶变换， 得到每一个燃烧室的 频谱(压力幅度 vs.频率)。对这 些频谱的后期处理提 供了关键的幅度和频 率数据，帮助决策者 作出涡轮机调整方 案。频谱和后期处理 后的数据可以以多种 图形的形式来显示， 帮助工程师更简单、 更快速地决定如何对 蒸汽涡轮机的燃料和 空气进行实时控制。 多种数据记录的格式 同样可以帮助工程师 针对调整的结果编写 文档并生成报表。National Instruments 提供的协助NI在整个开发过程 的各个环节为我们提 供了巨大的帮助。购 买NI产品之前， NI就帮助我们了解 了实现我们开发目标 所需的环节，并给出 了中肯的意见，例如 哪一种硬件和软件组 合能够为我们的应用 提供最好的效果。National Instruments 还提供了培训机会， 在培训教室中帮助我 们学习产品的使用。 因为我们负责该项目 的软件工程师之前并 没有编写 LabVIEW的经 验，为了让他们可以 快速地上手并保证高 效、高质量的工作， 培训就显得尤为重 要。LabVIEW 核 心课程 1为我们提供了重要的 指导，没有该培训， 我们不可能按时完成 项目。在购买了NI产品之 后， National Instruments 也一直在任何我们需 要的地方提供帮助， 从硬件数据信号线的 连接到软件开发环 节。NI技术支持工 程师是一个极其重要 的资源。他们知识丰 富、值得信赖，他们 会花时间来了解我们 想实现的功能，而且 有时候会为我们提供 不同的开发建议来帮 助我们更有效地完成 开发目标。产品优势CMS-1000是 一台紧凑、便携的动 态信号监控系统，我 们可以将其作为一台 最终产品卖给任何想 自己对蒸汽涡轮机进 行调整的客户，也可 以由我们内部使用， 为那些不想自己调整 涡轮机的客户提供调 试服务。将传感器、 管线和NI硬件装配 在一个监控箱中大大 简化系统的现场安装 步骤，只需要两根线 缆将三个最主要的组 件(两台监控箱，一 台笔记本电脑)连接 起来即可。 LabVIEW软件 帮助我们开发了一个 简单、友好的图形化 用户界面，并带有数 据记录功能。作为卖 给客户的最终产品， 这些软件特性都具有 很重要的优势。CMS-1000系 统还为我们进一步开 发DLN燃烧室自动 调整系统提供了一个 现成的平台。自动调 整系统会继承 CMS-1000系 统具有的动态监控功 能，再配合上废气排 放和涡轮机控制器输 入信号。一套自动调 整算法会持续地为实 时燃料控制调整器提 供反馈信号，帮助持 续优化工作过程中的 废气排放和动态压 力。目前，这些调整 还是由燃烧室工程师 手动完成的，所以只 能在离散的时间点上 实现。这样的手动调 整并不能随着时间的 推移根据环境条件的 季节变化或者燃烧室 硬件的退化达到优化 目的。Conclusions通过使用NI模块化 仪器和软件，我们可 以显著减少调整一个 设备所需的时间，同 时可以创建更加友好 的用户操作界面，且 无需牺牲测量精度。 在未来的燃烧状态监 控系统中，我们会继 续使用 National Instruments 的硬件和软件来帮助 我们进行开发。关于该用户案例更详 细的信息，请联系: Mitch CohenTurbine Technology Services Corporation12661 Challenger Parkway, Suite 250, Orlando, FL 32826 Tel: [phone]CMS-1000系 统3/5CMS-1000侧 面图4/5CMS-1000系 统