【正文】 特點，逐步地走向同化 ,集散控制系統(tǒng) DCS 經(jīng)過了初創(chuàng)期、成熟期和擴展期之后 ,又出現(xiàn)了新一代控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS，它是第五代過程控制系統(tǒng)，是由 DCS 與 PLC 發(fā)展而來， FCS 不僅具備 DCS 與 PLC 的特點，它保留了 DCS 的特點，或者說 FCS 吸收了 DCS 多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場實 踐的經(jīng)驗，當(dāng)然也包括教訓(xùn)，而且跨出了革命性的一步。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的完善和熱工自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化控制儀表的進一步開發(fā)和應(yīng)用， FCS 必將 25 在火電廠得到廣泛應(yīng)用，使電廠的自動化水平提高到一個新的水平。所以今后的發(fā)展趨勢大體上是分散型控制系統(tǒng) DCS 將逐漸更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS。由于 PLC 的本質(zhì)是用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機械觸點繼電器，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點變位時間可理想化地認為等于零，只需考慮它的 01 狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)，所以用 PLC來進行開關(guān)量控制是非常合適的。 在電力系統(tǒng)自動化的控制中，經(jīng)常要用到閉環(huán)控制方式來實現(xiàn)溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量控制。初期的 PLC 在閉環(huán)控制方面并不擅長，而當(dāng)前新型的 PLC 也兼有閉環(huán)控制功能，并且已十分成熟。各 PLC 生產(chǎn)廠家推出的中、小型 PLC 模塊均提供了 PID 指令，可以實現(xiàn) PID 控制，這種模塊的 PID控制程序是 PLC 生產(chǎn)廠家設(shè)計的，并存放在模塊中，用戶使用時序只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一個模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。直接應(yīng)用 PID 指令來實現(xiàn)基于 PLC 的 PID 控制 ，是一種易于實現(xiàn)且經(jīng)濟實用的方法。 水泵、油泵電動機以發(fā)電廠機組調(diào)速器油泵為例 ,其啟動方式有種自動啟動、機旁屏手動啟動和在現(xiàn)地控制箱手動啟動。自動運行的情況下，每臺調(diào)速器油泵根據(jù)累計運行時間的長短 ,在開機過程中由現(xiàn)地 PLC控制單元的順控模塊選擇運行時間累計短的為主用泵、運行時間累計長的為備用泵。自動啟動條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時啟動主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定值時，備用泵跟著啟動，向壓油罐打油。在機旁屏手動啟動調(diào)速器油泵，只需將欲啟動油泵的控制開關(guān)打至 ON位即可。而在現(xiàn)地控制箱上的手動啟 動只需首先將機旁屏上的控制方式選擇開關(guān)打至 調(diào)速器手動 位后，在現(xiàn)地控制箱上操作欲啟動油泵的啟動和停止按鈕 ,就能啟動調(diào)速器油泵 ,主用泵的選擇主用泵可以由 PLC 按各自的運行小時來自動選擇主用泵或手動設(shè)定，在機組現(xiàn)地控制單元的觸摸屏上可以完成主用泵的選擇方式的設(shè)定；當(dāng) PLC 重新啟動后，將會默認主用泵。 PLC 將 2臺油泵的啟動優(yōu)先權(quán)輸出到優(yōu)先權(quán)選擇繼電器。 PLC 程序輸出油泵的啟動命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來選擇啟動相應(yīng)的油泵 斷路器控制 ,在傳統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所中，高壓斷路器控制及信號電路均采用電磁型繼電器為主要 元件。為實現(xiàn)各種邏輯電路，采用了大量的電磁元件。眾多電磁元件的機械觸點降低了可靠性，同時接線復(fù)雜、檢修困難，并占用較大空間。目前，可編程邏輯控制器（ PLC）的應(yīng)用，解決了存在的諸多問題 PLC 內(nèi)部大量的軟繼電器可以替代眾多的實物元件，可在實現(xiàn)原有控制電路功能的途徑上有更好的選擇。 PLC 本身的可靠性很高 ,用來控制斷路器也具有高可靠性。 為保證變電所設(shè)備的安全運行及方便運行人員監(jiān)視，高壓斷路器控制電路通常需滿足以下要求：可進行正常的手動分、合閘操作；操作正常分、合閘完畢，給出相應(yīng)指示信號；不能正常操作時應(yīng)給 出相應(yīng)指示信號；正常分、合閘完畢應(yīng)自動切斷分、合閘回路；事故時可自動分閘，并給出事故的音響和閃光信號；具備必要的閉鎖措施 ,防止斷路器 “跳躍 ”。 高壓斷路器采用了 PLC 控制后，簡化了二次接線，因為 PLC 的輸入、輸出的接線很有規(guī)律，輸入、輸出均各有公共端 ,所有元件的另一端接入相應(yīng)的輸入端或輸出端，接線不易出錯。原有繁瑣的二次接線及邏輯電路現(xiàn)被 PLC 的內(nèi)部元件取代，無需再配備專門的閃光電源，原有硬件參數(shù)的調(diào)整（如動作時間等）也改由程序參數(shù)設(shè)定，只要編制符合要求的控制程序，通過簡單的接線即可達到要求。 對于斷路器的操動機構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡化。同時由于修改程 26 序方便，只需選擇合適型號的 PLC，修改控制程序，便能實現(xiàn)變電所中多臺斷路器的控制及信號顯示功能。維護和檢修工作量也相應(yīng)減少。 自動切換系統(tǒng)自動重合閘，備用電源自動投入。為了加強供電可靠性，備用電源自動投入裝置，早期應(yīng)用的電磁型備用電源自投裝置是由若干繼電器根據(jù)不同的運行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路，其缺點是改變運行方式困難，邏輯回路設(shè)計復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運行維護極為不便，由 PLC 構(gòu)成的備用電源投入裝置可根據(jù)變電站的運行方式，通過編程完 成各種復(fù)雜的邏輯和功能，適應(yīng)各種運行方式，滿足電網(wǎng)一次接線要求。 PLC 采集一次設(shè)備的正常運行狀態(tài)信號，作為備自投的啟動條件和閉鎖條件，通過編程來實現(xiàn)不同的功能，以適應(yīng)不同的運行方式。與繼電器組成的備用電源自動投入裝置相比，該方案具有可靠性高、接線簡單、控制靈活、調(diào)試方便和投資小等優(yōu)點。 由于 PLC 具有數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷的功能，使 PLC 型備自投裝置不僅能完成備自投裝置規(guī)定的操作，而且能在操作時考慮系統(tǒng)運行情況以及系統(tǒng)的其他操作要求，裝置可通過顯示窗口顯示主要設(shè)備的運行情況。另外，對裝置的調(diào)試維護也很方便， 通過離線仿真可以測試軟件，不影響設(shè)備的安全運行，而且可以通過改變程序來適應(yīng)不同的運行方式。裝置本身具有很強的抗干擾能力，使其可靠性高于電磁型裝置。同時 PLC 的通信功能為實現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動化創(chuàng)造了條件，實踐證明 PLC 在備用電源自動投入中的控制是一種經(jīng)濟、可靠、實用的方法運行，采用 PLC 實現(xiàn)備自投功能使供電可靠性有了大幅度地提高，其運行效果有了明顯改善。 （三）課題發(fā)展趨勢 PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)計的，一般而言，無須任何保護措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾 特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證 PLC的正常運行。要提高 PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對 PLC 的影響 加強網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化 ,當(dāng)前最廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠的集散型控制系統(tǒng) DCS 經(jīng)歷了 30 多年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，取得了豐富的經(jīng)驗。然而目前 DCS 的發(fā)展開始減緩和停滯。如何使 DCS 仍然可以大跨步地繼續(xù)向前發(fā)展 ，其中一個關(guān)鍵問題就在于通用化的硬件平臺， PLC 的融入。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展， PLC 系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點，逐步地走向同化 在新時代， PLC 會有更大的更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求， PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。 27 二、 PLC 控制 系統(tǒng)及自動重合閘裝置 （一）可編程控制器 PLC 介紹 用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機械觸點繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點變位時間可理想化地認為等于零，因此只需考慮它的 01狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)?；谶@一特點，將 PLC 引入繼電保護裝置中 ,一方面可以大大改善裝置的動作準(zhǔn)確性和可靠性；另一方面，又可兼容傳統(tǒng)的繼電保護設(shè)計思想和技術(shù)方 28 法 ,尤其是對于自動重合閘這樣的邏輯關(guān)系較復(fù)雜的控制功能，應(yīng)用 PLC 軟件編程能很快設(shè)計出最簡明的符合規(guī)程的方 案，并能與饋電線路的其他保護控制方案在同一程序中進行設(shè)計、相互配合。 PLC 的微電腦屬性使得各保護裝置之間、裝置與主控機之間能夠按計算機通訊方式進行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機監(jiān)控平臺從而構(gòu)成整個變電站自動化系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)特點 : PLC 是一種性能較好的控制器，在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作，其平均故障時間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。用 PLC 實現(xiàn)自動重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械觸點繼電器 ,通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接線 ,從根本上簡化動作的物理鏈條。從 繼電過流保護動作啟動開始 ,僅經(jīng)過 PLC 的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動作信號 ,動作過程無觸點參與。 PLC 控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端 ,又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計思想和技術(shù)方案。而且 PLC 構(gòu)成的自動重合閘裝置調(diào)試簡單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴展性，且具有連線簡單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護 ,可實現(xiàn)遠程通訊 PLC 是一種性能較好的控制器，在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作，其平均故障時間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。用 PLC 實現(xiàn)自動重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械觸 點繼電器 ,通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接線 ,從根本上簡化動作的物理鏈條。從繼電過流保護動作啟動開始 ,僅經(jīng)過 PLC 的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動作信號 ,動作過程無觸點參與。 PLC 控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端 ,又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計思想和技術(shù)方案。而且 PLC 構(gòu)成的自動重合閘裝置調(diào)試簡單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴展性，且具有連線簡單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護 ,可實現(xiàn)遠程通訊。 （二）自動重合閘裝置 自動重合閘裝置（ ZCH）又稱自動重合器，是用于配電網(wǎng)自動化的一種智能化開關(guān)設(shè)備，它能夠檢測到故障電流、在給定時間內(nèi)斷開故障電流并能進行給定次數(shù)重合的一種“自具”能力的控制開關(guān)。所謂“自具”是只重合閘裝置本身具有故障電流檢測和操作順序控制與執(zhí)行的能力，無需附加繼電保護裝置和另外的操作電源，也不需要和外界通信。 當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，它按順序及時間間隔進行開斷及重合的操作。當(dāng)遇到永久性的故障，在完成預(yù)定復(fù)位才能解除閉鎖。若重合失敗，則閉鎖在分閘狀態(tài)，把事故區(qū)段隔開；當(dāng)故障接觸后，需要手動復(fù)位才能解除閉鎖。如果是瞬時性故障，則在循環(huán)分、合閘的操作中，無論哪次重合成功，則終止后續(xù) 的分、合閘，并經(jīng)過一定延時后恢復(fù)初始的整定狀態(tài)，為下次故障的來臨做好準(zhǔn)備。重合閘裝置課按預(yù)先整定的動作順序進行多次分、合閘的循環(huán)操作。 自動重合閘作用 : 在電力系統(tǒng)中采用了自動重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護動作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動控制斷路器重新合上的一種裝置。大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)。 在高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 在架空線路上采用重合閘，可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資。 對斷路器本身由于機構(gòu)不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。 29 但是，當(dāng)重合于永久性故障上時，它也將帶來一些不利的影響，如 : （ 1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊。 （ 2）由于斷路器在很短的時間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣。 重合閘裝置的分類按照不同的的分類標(biāo)準(zhǔn)，重合閘裝置有如下一些分類： （ 1）按相分類 —— 單相和三相。兩者動作原理類似，使用時根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而進行選擇，對于三相中性點不接地系統(tǒng)，一般不宜采用單相重合閘裝置，否則造成非三相運行；單相重合器主要用于中性點直接接地系統(tǒng)，允許電氣設(shè)備作為單相運行。 （ 2）按結(jié)構(gòu)分類 —— 整 體式和分布式。所謂整體式是指重合閘裝置中得斷路器本體與其控制部分是密不可分的。整體式重合閘裝置采用高壓（ 10KV）操動機頭，可用于戶外 10KV 電桿上，無需另外的操作電源，直接由所控制的 10KV 線路供給；但因為采用高壓合閘線圈，對絕緣水平要求高，有時會因絕緣水平難以保證導(dǎo)致線圈發(fā)熱，匝間絕緣損壞，造成重合閘裝置爆炸的事故。 所謂分布式是指重合閘裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，例如本體、操動機構(gòu)、控制電路是分開的 3 個部分。分布式重合閘裝置采用低電壓（ 220V）操動機構(gòu)，這樣避免了高壓電源進行調(diào)試的復(fù)雜性和危險性，安裝、檢修 都較為方便。 （ 3）按滅弧介質(zhì)分 —— 油、真空、 SF6。 ①油重合閘裝置出現(xiàn)的最早，運行歷史最長，一般采用液壓控制。油重合閘裝置有兩個固有缺點：因油屬非自恢復(fù)絕緣介質(zhì)，故其維修較頻繁，至少 3年需要換油、檢修一次；有火災(zāi)危險?，F(xiàn)在來看其技術(shù)相對落后，國內(nèi)已基本淘汰。 ②真空滅弧室于 20 世紀(jì) 60 年代用于重合閘裝置設(shè)計。真空滅弧室的有點是開斷壽命長，無需檢修，無火災(zāi)危險。到了 90 年代后期，隨著真空泡制造技術(shù)的飛速發(fā)展，真空重合閘裝置已逐步成為國內(nèi)外重合閘裝置市場上的主流產(chǎn)品。 ③ SF6 重合閘裝置將干燥的