汽轮机DEH ETS系统说明书解读.docx

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汽轮机DEHETS系统说明书解读

Z803.08/03

C150-12.74/4.3/535型

150MW抽汽凝汽式汽轮机

DEH+ETS系统说明书

目　　录

1系统概述

本章主要阐述了汽轮机数字电液调节控制（DEH）、危急遮断保护系统（ETS）的基本控制原理、系统主要功能，该系统设备将DEH、ETS一体化设计供货。

1－1DEH控制系统工作原理

DEH应用的150MW抽汽凝汽式汽轮机，它由两只高压主汽阀、四只高压调节阀控制高压进汽，两只中压主汽阀和两只中压调节阀（中压主汽阀和调节阀为联合汽阀）控制中压进汽。

以多功能处理器（MFP）为核心的DEH控制系统，采集机组的转速、功率、汽压等有关参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，通过油动机分别使四只高压调节阀、两只中压调节阀按启动、运行要求工作。

液压动力油以磷酸脂抗燃油为工质，工作油压14.5MPa，由集装式抗燃油箱供油。

1运行方式

DEH有如下几种运行方式：

1.1CCS协调控制

启动结束后，DEH接到CCS的请求，司机可按下“CCS投入”按钮，在DEH允许的前提下，即可投入CCS控制，同时发出“CCS投入”信号。

此时，DEH自动切除功率控制，按CCS给定的阀位信号控制机组，同时将实际阀位值反馈给CCS。

1.2操作员自动

这是投CCS协调控制之前最常用的运行方式。

这种运行方式又对应如下几种运行状态：

功率反馈控制及阀位控制。

关于这几种控制方式的详细说明，请参见后面相关章节。

2启动

2.1启动方式

本机组启动方式为高、中压缸联合启动。

2.2启动过程

升速和升负荷过程由DEH实现转速和负荷的闭环控制。

升速过程中，目标转速设定后，给定转速将按启动曲线逐渐增加。

DEH把实际转速与给定转速相比较，经过PI校正后得到阀位设定值，再经电气凸轮（阀门流量曲线）修正后得到调节阀位置指令，从而控制各阀门开度使机组平稳升速。

需要暖机时，给定转速保持不变；过临界转速时，自动提高升速率；并网后，升负荷过程中，目标功率设定以后，给定功率将按启动曲线逐渐增加，DEH把实际功率与给定功率相比较，经过PI校正后得到阀位设定值，经电气凸轮（阀门流量曲线）修正后得到各调节阀位指令，从而控制各阀门开度，使机组平稳升负荷。

2.3阀门管理

机组启动结束后稳定运行时，宜采用喷嘴调节方式，即高压调节阀顺序开启，以减少处于节流状态下的阀门个数，提高热效率；在启动过程中，为保证机组全周进汽，减少热应力，宜采用节流配汽方式，即所有阀门同步开启。

实现这两种配汽方式之间的转换，称为阀门管理。

DEH可接受指令，2分钟左右完成上述转换。

3超速控制

DEH具有超速控制功能。

当发电机甩负荷以后，汽轮机转速将很快飞升，正常的转速调节回路很难将转速控制在保护系统动作转速以下。

因此，甩负荷后，DEH接收油开关跳闸信号，通过各调节阀油动机的快关电磁阀快速关闭高、中压调节汽阀，以抑制机组转速的最大动态飞升，经过2S左右各电磁阀复位，由正常转速回路进行调节（当负荷小于某一额定负荷时，油开关跳闸后不需要快关调门）。

若甩负荷后油开关跳闸信号没有发出，DEH还设有103％超速预警控制，即当汽轮机转速超过103％额定转速（3090r/min）时，DEH发出指令到各调节阀油动机的快关电磁阀，快速关闭高、中压调节汽阀。

当转速低于103％额定转速时，各电磁阀复位，转入正常转速回路调节。

4超速保护

DEH具有超速保护功能，即当机组转速超过110％额定转速（3300r/min）时，DEH发出110％超速停机信号，同时作用到AST遮断电磁阀，关闭高、中压主汽阀及调节汽阀，切断机组进汽，实现停机。

5试验

5.1阀门活动试验

机组正常运行时，可定期进行阀门活动试验，以检查各进汽阀是否工作灵活。

司机通过操作员站发出试验指令，DEH自动执行阀门活动命令。

5.2喷油试验

机组空转运行时，可通过操作员站控制机组转速并通过现场配合分别作两个危急遮断器撞击子的喷油压出试验，以使撞击子免于卡涩。

5.3提升转速试验

可用DEH自动提高机组转速进行机械危急遮断器飞环击出试验，两只飞环可分别进行。

可自动提高转速，校正电气超速动作是否正确。

5.4汽门严密性试验

可在操作员站上选择作主汽门和调节汽门的严密性试验，以验证主汽门和调节汽门是否关闭严密。

6液压系统工作原理

液压系统的具体结构及工作原理见液压部分文件，本处只对其主要部分作简单说明。

6.1供油系统

高压抗燃油供油系统采用集装式抗燃油箱供油，它配置两台柱塞式油泵，一台工作，一台备用，向伺服系统提供14.5MPa的工作油，当压力低于11.2MPa时，备用泵自动启动。

为保证油动机快速动作时补充工作油，系统配有2台10L高压皮囊式蓄能器。

为保证油泵洁净，满足ISO14/11清洁度要求，配备了一套高精度的滤油器，过滤精度达到了3m。

油再生循环泵可使油经过油再生装置，除去油中的水份和杂质。

为使高压油工作在402.5C，设有油加热器和冷油器。

同时，当油温高或低时将发出报警。

主油箱的容积为900L，其外侧装有浮子式液位计，具有高、正常、低油位报警功能。

6.2执行机构

本系统的液压系统具有两种类型的执行机构：

两位执行机构和连续执行机构。

高、中压主汽阀油动机为两位执行机构，主要由油缸、卸荷阀、试验电磁阀组成。

当汽轮机发生危急情况时自动停机危急遮断油（AST油）母管失压后，卸荷阀在压力油的作用下快速打开，迅速卸去高压主汽阀油动机活塞杆下腔的压力油，则主汽门在弹簧力的作用下迅速关闭。

试验电磁阀带电时油动机关闭速度较慢，从而可以通过该电磁阀作阀门活动试验。

高、中压主汽阀油动机上装有全开全关行程的行程开关。

高、中压调节阀油动机为连续执行机构。

从DEH来的控制信号通过伺服阀去操作各自的油动机，按运行需要开大或关小调节阀，装在油动机上的线性差动位移传感器LVDT给出阀位反馈信号，在DEH中取得平衡后维持阀门静止。

油动机由油缸、伺服阀、液压集成块、LVDT、快卸阀和电磁阀组成。

伺服阀为双线圈，一个线圈故障时，仍能可靠工作。

失电时，能使油动机关闭。

LVDT的零点和幅值可在线校验。

电磁阀接受机组遮断信号或超速信号快速关闭汽阀。

另外，在汽机左、右侧各配有一套高、低压蓄能器，高压蓄能器容量各为2*40L，低压蓄能器容量各为2*10L。

6.3高压遮断系统

高压遮断系统由OPC、AST电磁阀组成。

遮断插装阀动作可分别关闭主汽阀和调节阀。

由两只并联布置的的超速保护电磁阀（20-1、2/OPC）及两个逆止阀和一个控制块及相关表计组成超速保护（OPC）电磁阀组件。

它们是由DEH控制器的OPC部分所控制，正常运行时两个OPC电磁阀是失电常闭的，封闭了OPC母管的泄油通道，使高压调节汽阀执行机构活塞杆的下腔建立起油压；当汽轮机运行转速超过103额定转速时，DEH控制系统OPC控制器发出动作信号，这两个电磁阀就被励磁打开，使OPC母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样相应的调节阀伺服执行机构上的卸载阀就快速开启，使各高、中压调节阀迅速关闭。

四个串并联布置的AST电磁阀（20-1，2，3，4/AST）是由ETS系统所控制，正常运行时这四个AST电磁阀是得电关闭的，封闭了AST母管的泄油通道，使主汽门执行机构和调节阀门执行机构活塞杆的下腔建立起油压，当机组发生危急情况时，AST信号输出，这四个电磁阀就失电打开，使AST母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样主汽门执行机构和调节阀门执行机构上的卸荷阀就快速打开，使各个汽门快速关闭。

四个AST电磁阀布置成串并联方式，其目的是为了保证汽轮机运行的安全性及可靠性，20-1/AST和20-3/AST、20-2/AST和20-4/AST每组并联连接，然后两组串联连接，这样在汽轮机危急遮断时每组中只要有一个电磁阀动作，就可以将AST母管中的压力油泄去，进而保证汽轮机的安全，这样设计，可以保证AST电磁阀既能防止“拒动”又能防止“误动”。

在复位时，两组电磁阀组的电磁阀，只要有一组关闭，就可以使AST母管中建立起油压，使汽轮机具备起机的条件。

AST油和OPC油是通过AST电磁阀组件上的两个逆止阀隔开的，这两个逆止阀被设计成：

当OPC电磁阀动作时，AST母管油压不受影响；当AST电磁阀动作时，OPC母管油压也失去。

6.4低压遮断系统

低压遮断系统保留原系统的主要结构，即保留危急遮断器和危急遮断油门不变。

当转速升到110～112％额定转速时，主轴上的两只机械危急遮断器击出，打在危急遮断油门的撑钩上，使危急遮断油门掉闸，放掉通往隔膜阀上方的一次安全油，隔膜阀向上动作，泄掉高压系统中的AST油压，使所有主汽阀和调节阀关闭，切断进汽，实现停机。

高压遮断系统和低压遮断系统，用隔膜阀联结起来。

1－2DEH控制系统主要功能

1．冲转速前可远方自动挂闸。

2．手动/自动升速/汽轮机自启停功能（经验曲线自启动）。

3．摩擦检查。

4．在DEH控制下进行电超速保护试验、机械超速保护试验。

5．自动同期（提供与同期装置的接口）。

6．机组并网后，DEH将自动带初负荷以防止逆功率运行，并且有负荷限制功能。

7．DEH可按运行人员给定的目标值及负荷变动率自动调节机组的电负荷。

8．主汽压控制。

9.主汽压低保护。

10.可根据需要决定机组是否参与一次调频,可设定调频死区。

11．可实现阀门管理。

12．真空低保护。

13.具有快减负荷功能。

14.能够与CCS系统配合实现机炉协调，接收AGC控制指令。

15.OPC超速保护（103％nH，关高、中压调门；110％nH，关所有阀门，停机）。

16.进行主汽门、调门严密性试验。

17.实现阀门在线活动试验。

18.EH系统设备监测控制。

19.和其它系统的具有良好接口SOE、DCS。

20.可以在工程师站进行参数修改、组态。

21.具有完整的数据记录、显示及打印功能。

1－3ETS保护系统工作原理

ETS汽轮机紧急跳闸保护系统，用来监视对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机。

ETS系统具有各种保护投切，在线试验（低真空、低润滑油压、低EH油压、AST电磁阀），自动跳闸保护，首出原因记忆等功能。

当下列任一条件出现时，ETS可发出汽机跳闸信号，使四个AST电磁阀动作（失电），实现紧急停机。

1、汽机超速110%（DI，DEH来）

2、汽机超速110%（DI，TSI来）

3、轴向位移大II值（DI，TSI来）

4、高压缸差胀超过II值（DI，TSI来）

5、低压缸差胀超过II值（DI，TSI来）

6、轴承振动高II值（DI，TSI来）

7、轴振动高II值（DI，TSI来）

8、#1～#5径向轴承温度超过110℃,延时3S（4，PT100，相或）

9、#1～#5径向轴承回油温度超过75℃，延时3S（4，PT100，相或）

10、正推力瓦温度超过110℃，延时3S（10,PT100，相或）

11、正负推力瓦回油温度超过75℃，延时3S（2，PT100，相或）

12、润滑油压低Ⅳ值（4DI,串并联）

13、凝汽器真空低停机（4DI,串并联）

14、EH油压低（4DI,串并联）

15、发电机主保护动作（DI，电气来）

16、DEH停机保护动作（DI，DEH来）

17、手动停机（双按钮，布置在操作台上）（无投切）

18、手动停机（画面上操作）（无投切）

19、DEH失电（DI，DEH来）（无投切）

20、AST电磁阀1/3，2/4两路供电电源同时失去。

（无投切）

21、MFT保护动作（DI，FSSS来）

在实际运行中可根据主机的汽机运行保护说明或根据实际需要进行各种保护条件的投切。

2DEH控制系统（含ETS）配置

DEH控制系统（含ETS）采用英维思公司的NT6000V3分散控制系统的硬件平台。

硬件配置主要由以下部分组成：

三个控制机柜（两个DEH控制柜及一个ETS控制柜），一台操作员站，一台工程师站，一台彩色喷墨打印机。

DEH系统配置一对冗余的DPU（KM940）及KM系列IO卡件。

ETS系统配置一对冗余的DPU（KM940）及KM系列IO卡件。

冗余DPU分别通过冗余的数据高速公路与操作员站和工程师站相连，完成操作指令、基本控制数据、组态信息的通讯。

2－1网络结构

DEH系统和ETS系统采用2路冗余的以太网口。

第一层控制网络（ELIN）连接DPU和MMI站，也称为数据高速公路。

采用符合IEEE802.4协议的令牌冗余工业100M以太网，通讯协议为TCP/IP。

通讯介质为超五类双绞线，通过网络交换机连接。

第二层网络为实时I/O通讯网络，连接DPU及其所属的I/O站。

I/O网络为符合国际标准的Profibus-DP，Profibus-DP专门为控制器与分散I/O之间进行通讯而设计，既可满足高速转输，又有简单实用、可靠性强等特点，传输速率为0.5M～2Mbps。

2－2控制柜

本系统共有3个机柜，分别为两个DEH控制柜及一个ETS控制柜。

1、机柜结构符合NEMA标准（NEMA12，尺寸：

600（D）*800（W）*2200（H），前后开门，并设计成经底部进出电缆。

电缆接线通过汇线槽直接接入卡件底座。

2、机柜内电气元件如继电器、断路器、投切开关及直流电源均采用进口产品。

柜内设置排气风扇或内部循环风扇，并设置温度检测元件，当温度过高时进行报警。

3、DEH系统与ETS系统之间重要控制信息的交换通过各自的I/O模件以机柜之间的硬接线方式实现，整个系统能提供一定数量的输出点供SOE、热工信号报警等系统使用。

4、机柜内设有保护地和屏蔽地的接地母排，接地系统严格要求单点接地，通过直径不小于3mm的电缆接到电气主接地上，接地电阻小于2欧姆。

2－3电源分配系统

系统的供电由用户向每个控制柜提供两路交流220V±10%，10A，50Hz±1Hz的单相电源（其中一路来自不停电电源UPS，另一路来自厂用保安电源）和一路直流220V/2A电源到控制机柜。

两路交流电源互为备用，任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。

任一路电源故障都会报警，并自动切换到另一路工作。

机柜内电源装置提供多组冗余的DC24V工作电源，并具有足够的容量和适当的电压，能满足设备负载的要求。

机柜内的馈电均分散配置，以获得最高可靠性。

对I/O模件、处理器模件、通讯模件和变送器等都提供冗余的电源。

直流220V电源主要用于一个挂闸电磁阀，两个OPC电磁阀，四个AST电磁阀的驱动电源。

2－4控制器和IO模件

1、DEH系统和ETS系统

（1）各配置一对功能强大的DPU—KM940：

●主芯片：

双核POWERPC处理器，主频：

400MHz。

●1：

1冗余配置，冗余处理器模件为无扰切换，切换时间<5ms，数据更新周期为50ms。

●冗余供电模块、可带电插拔CPU模件、自动初始化功能。

●IEC-1131-3标准组态方式：

功能块图（FB）、顺序功能块（SFC）。

●运算周期可组态为20～200ms，可连接96个I/O模件。

●具备强大的控制策略组态能力，可同时运行连续和顺序控制，控制策略可在线下载。

●采用表面贴装先进技术，防尘、防潮湿、防盐雾、防电磁干扰。

●性能稳定，抗干扰能力强。

●独立的模件和通道状态指示，故障诊断可到通道级。

●所有模件均可带电插拔。

●模块式结构维护方便。

●离线仿真测试与调试。

●支持ModbusRTU、ModbusTCP、ProfibusDP、HART等多种标准现场总线通讯接口。

●虚拟DCS仿真技术，减少操作员培训和改善机组启停运行特性。

（2）KM系列I/O模件：

●密封的模块化结构。

●采用表面贴装先进技术，防尘、防潮湿、防盐雾、防电磁干扰。

●性能稳定，抗干扰能力强。

●单块I/O模件的点数不超过16点。

●独立的模件和通道状态指示，故障诊断可到通道级。

●所有模件均可带电插拔。

（3）DEH系统的IO模件主要有：

●KM221S：

八通道模拟量输入（电流）模件。

●KM222S：

八通道模拟量输入（热电阻）模件。

●KM223S：

八通道模拟量输入（热电偶）模件。

●KM224S：

16通道开关量输输入模。

●KM225S：

8通道开关量输输出模件。

●KM226S：

四通道模拟量输出模件。

●KM521S：

双通道LVDT输入模件。

●KM522S：

阀门控制卡。

●KM523S：

单通道转速采集保护输入模件。

2、I/O模件功能简介：

（1）测速卡（KM523S）：

每块测速卡分别通过独立通道测量汽轮机的转速，三块测速卡测量三路转速，在DPU内对接收到的数据进行三选二处理。

测速卡分别测量三路转速，实现相关的OPC逻辑，快速送出OPC超速保护信号，进行三选二处理后输出信号到OPC电磁阀，实现超速保护功能。

OPC卡同时也能快速输出110%超速信号，进行三选二处理后输出信号到ETS系统进行电超速停机保护。

（2）阀门控制卡（KM522S）：

阀门控制卡是DEH最重要的卡件之一。

由七块KM523S卡组成DEH的阀门伺服控制系统。

KM523S卡的控制指令来自DPU，并接收现场的调门反馈信号，每一块KM523S卡控制一个调门（高、中压调节汽门），即控制一个伺服阀油动机。

（3）模拟量输入模件（KM221S，KM223S，KM222S）：

对基本控制的模拟量（4～20mA，RTD，TC）进行输入，如功率、主汽压、调节级压力、各种温度测点等。

（4）开关量输入/输出模件（KM224S，KM225S）：

对基本控制的开关量输入/输出进行隔离。

（5）模拟量输出模件（KM226S）：

将DPU输出的模拟量进行4～20mA转换，对外输出。

（6）双通道LVDT输入模件（KM521S）：

测量现场的汽轮机的热膨胀，主汽门行程、油箱油位等LVDT行程信号。

（7）OPC组件（KB424S-OPC）：

主要是OPC完成特殊回路功能。

●三个转速卡103%超速三取二动作回路。

●软件OPC指令动作回路。

●解列且负荷大于30%发OPC动作回路。

●组件的DC24V和DC220V电源监视回路。

（8）ETS组（KB424S-ETS）：

主要完成ETS特殊回路功能。

●三个转速卡110%超速三取二动作回路。

●ETS指令动作回路。

●界面停机按钮动作回路。

●手动停机按钮动作回路。

●组件的DC24V和DC220V电源监视回路。

（9）电源组件（KB424S-POWER）:

主要功能是给现场需要供电的伺服阀分配24V电源,以及给柜内其他几个特殊组件分配DC220V电源.

●最多可给三个伺服阀供电,包括需要两路24V接入的伺服阀以及只需一路24V接入的伺服阀（由电源组件进行冗余处理）。

●机柜内的继电器组件、OPC组件、ETS组件的DC220V供电输入,由本组件分配引出。

本组件也可以接入外部两路DC220V输入,并在组件上做冗余处理。

●另外组件上各预留了一路冗余后的24V（1A）、DC220V（2A）输出端子做为备用。

●本组件设计了电源失电报警和电源失电停机的功能，监视为伺服阀供电的二路24V。

●总电源和组件自身的两组24V工作电源（取自底座）的失电状态。

●当现场伺服阀不需要供电时，为了防止误发电源失电和停机信号，通过组件上的拨码开关可以屏蔽这两路24V电源的失电监视。

（10）继电器扩展信号输出组件（KB424S-RELAY）:

主要完成继电器信号扩展功能

●电气主开关分闸扩展输出及三取二动作输出回路。

●两路主汽门关闭动作扩展输出及二者相与扩展输出回路。

●孤网信号扩展输出回路。

●挂闸和复位电磁阀输出驱动回路。

●DC24V和DC220V/AC220V电源监视回路。

2－5操作员站

操作员站是运行人员进行操作、监视系统运行的人机接口。

工控机一套，主要由主机板、硬盘、显示卡、以态网卡。

型号：

Delloptiplex360/E5200/1G/160G/DVD/声卡/双网口，DELL22'寸液晶，键盘一个，轨迹球一个。

1、显示

操作员站上安装了系统操作及画面显示等软件，为操作员提供基于LCD的控制操作、图形显示和报警监视。

操作员站上可以显示以下几个方面的内容：

模拟流程和总貌显示，实时数据显示，控制状态显示，运行参数实时趋势显示，控制流程实时显示，报警状态显示。

操作员站LCD画面底下的一排按钮是系统的主菜单：

主画面，并网前控制，并网后控制，EH油系统，ETS，TSI，ETS试验，实时趋势，系统配置，参数报警。

运行人员可根据需要点击按钮进入相应的面面进行操作和进行参数监视。

2、报警

报警软件供运行人员和测试维护人员观察了解系统中各测点和工作状态和报警情况。

主要提供以下功能：

报警一览显示，报警确认操作。

系统设置了三个报警区：

DEH报警区，ETS报警区，TSI报警区。

当有报警发生时，屏幕左上角对应的报警区以红色闪烁显示。

在数据库中对每个报警区的定义如下：

（1）系统报警区：

网络故障、控制器故障报警、IO机架故障报警、机柜内部电源监视及机柜温度高报警。

（2）DEH报警区：

DEH系统的重要模拟量信号故障报警、DEH系统的开关量输入信号报警、EH设备报警、TSI系统送来的模拟量监视报警。

（3）ETS报警区：

TSI系统送来的开关量输入信号测点报警、轴承温度高及回油温度高报警、ETS动作信号报警。

当有报警发生时，在画面的左上方始终闪烁显示（确认后平光显示）当前最新的两条报警信息，报警程序界面的屏幕显示项共有八项，它们是：

报警时间、报警日期、报警类型、所处状态，测点名，测点名描述，报警时数值。

操作员可以对屏幕上出现的报警测点进行确认操作。

3、趋势图

趋势供运行人员和调试维护人员观察了解系统中各测点的变化情况，为操作人员提供以下功能：

观察测点的实时变化趋势曲线，观察测点的实时数据的数值变化。

趋势程序中，各测点分布在各个趋势组中，每个趋势组最多可有8个测点。

而各组中的测点则由用户根据具体情况进行设置。

在趋势图的显示模式设置中，操作人员可选择是否显示各测点的中文描述、屏幕背景色、趋势图背景色和坐标线色。

在测点设置中可设定趋势测点的编号、线色、线宽、上坐标、下坐标、单位和中文描述等。

4、系统配置

系统配置图显示整个系统的网络结构及硬件配置，点击某一硬件单元后，能弹出本单元所有测点的列表，为操作人员提供以下功能：

浏览系统整个实时数据库的测点，监测各测点的实时数据和实时状态的变化，查看各测点在硬件系统中的具体物理位置.

测点的列表中显示各项的内容如下：

卡号：

该测点所在卡件在机架中的位置。

卡件：

该测点所在卡件的名称。

测点编号：

该测点的编码代号，即唯一的识别号。

测点名称：

测点的中文描述内容

信号类型：

AI，AO，DI，DO，RTD，TC

单位：

模拟量测点的度量单位。

量程：

模拟量测点的测量范围

数值：

模拟量测点的当前测量值，开关量显示为当前测点的实际状态。

5、测点信息

对于某一具体测点，如果要了解该点的具体属性，如：

中文描述、量程、卡件号、通道号、报警定义等，可通过以下方法来完成。

在画面上选中需要查看的测点后，按右键，点击左键选择“详细信息”、“历史曲线”、“实时趋势”的任意一个屏幕即显示该测点相应的信息。

6、历史曲线

历史数据软件提供了一个自动的、广泛的、长期的采集、存贮和显示过程数据及系统中间变量的手段,用户可以根据历史数据分析过程趋势，追踪故障，归档过程数据，监控生产效率，维