【正文】 特點(diǎn)，逐步地走向同化 ,集散控制系統(tǒng) DCS 經(jīng)過(guò)了初創(chuàng)期、成熟期和擴(kuò)展期之后 ,又出現(xiàn)了新一代控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS，它是第五代過(guò)程控制系統(tǒng)，是由 DCS 與 PLC 發(fā)展而來(lái)， FCS 不僅具備 DCS 與 PLC 的特點(diǎn)，它保留了 DCS 的特點(diǎn)，或者說(shuō) FCS 吸收了 DCS 多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí) 踐的經(jīng)驗(yàn)，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(chǎng)總線技術(shù)的完善和熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化控制儀表的進(jìn)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(dòng)化水平提高到一個(gè)新的水平。所以今后的發(fā)展趨勢(shì)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(chǎng)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(jī)械觸點(diǎn)繼電器，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，只需考慮它的 01 狀態(tài)而無(wú)需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)，所以用 PLC來(lái)進(jìn)行開關(guān)量控制是非常合適的。 在電力系統(tǒng)自動(dòng)化的控制中，經(jīng)常要用到閉環(huán)控制方式來(lái)實(shí)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(zhǎng)，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(shí)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(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)基于 PLC 的 PID 控制 ，是一種易于實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。 水泵、油泵電動(dòng)機(jī)以發(fā)電廠機(jī)組調(diào)速器油泵為例 ,其啟動(dòng)方式有種自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)和在現(xiàn)地控制箱手動(dòng)啟動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行的情況下，每臺(tái)調(diào)速器油泵根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短 ,在開機(jī)過(guò)程中由現(xiàn)地 PLC控制單元的順控模塊選擇運(yùn)行時(shí)間累計(jì)短的為主用泵、運(yùn)行時(shí)間累計(jì)長(zhǎng)的為備用泵。自動(dòng)啟動(dòng)條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時(shí)啟動(dòng)主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定值時(shí)，備用泵跟著啟動(dòng)，向壓油罐打油。在機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)調(diào)速器油泵，只需將欲啟動(dòng)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(dòng)啟 動(dòng)只需首先將機(jī)旁屏上的控制方式選擇開關(guān)打至 調(diào)速器手動(dòng) 位后，在現(xiàn)地控制箱上操作欲啟動(dòng)油泵的啟動(dòng)和停止按鈕 ,就能啟動(dòng)調(diào)速器油泵 ,主用泵的選擇主用泵可以由 PLC 按各自的運(yùn)行小時(shí)來(lái)自動(dòng)選擇主用泵或手動(dòng)設(shè)定，在機(jī)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(dòng)后，將會(huì)默認(rèn)主用泵。 PLC 將 2臺(tái)油泵的啟動(dòng)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(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來(lái)選擇啟動(dòng)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(hào)電路均采用電磁型繼電器為主要 元件。為實(shí)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(jī)械觸點(diǎn)降低了可靠性，同時(shí)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(wèn)題 PLC 內(nèi)部大量的軟繼電器可以替代眾多的實(shí)物元件，可在實(shí)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(lái)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(yùn)行及方便運(yùn)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(jìn)行正常的手動(dòng)分、合閘操作；操作正常分、合閘完畢，給出相應(yīng)指示信號(hào)；不能正常操作時(shí)應(yīng)給 出相應(yīng)指示信號(hào)；正常分、合閘完畢應(yīng)自動(dòng)切斷分、合閘回路；事故時(shí)可自動(dòng)分閘，并給出事故的音響和閃光信號(hào)；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(jiǎn)化了二次接線，因?yàn)? 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(cuò)。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(wú)需再配備專門的閃光電源，原有硬件參數(shù)的調(diào)整（如動(dòng)作時(shí)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(guò)簡(jiǎn)單的接線即可達(dá)到要求。 對(duì)于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡(jiǎn)化。同時(shí)由于修改程 26 序方便，只需選擇合適型號(hào)的 PLC，修改控制程序，便能實(shí)現(xiàn)變電所中多臺(tái)斷路器的控制及信號(hào)顯示功能。維護(hù)和檢修工作量也相應(yīng)減少。 自動(dòng)切換系統(tǒng)自動(dòng)重合閘，備用電源自動(dòng)投入。為了加強(qiáng)供電可靠性，備用電源自動(dòng)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(yùn)行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路，其缺點(diǎn)是改變運(yùn)行方式困難，邏輯回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)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(yùn)行方式，通過(guò)編程完 成各種復(fù)雜的邏輯和功能，適應(yīng)各種運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，作為備自投的啟動(dòng)條件和閉鎖條件，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，以適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。與繼電器組成的備用電源自動(dòng)投入裝置相比，該方案具有可靠性高、接線簡(jiǎn)單、控制靈活、調(diào)試方便和投資小等優(yōu)點(diǎn)。 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(shí)考慮系統(tǒng)運(yùn)行情況以及系統(tǒng)的其他操作要求，裝置可通過(guò)顯示窗口顯示主要設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，對(duì)裝置的調(diào)試維護(hù)也很方便， 通過(guò)離線仿真可以測(cè)試軟件，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且可以通過(guò)改變程序來(lái)適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。裝置本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使其可靠性高于電磁型裝置。同時(shí) PLC 的通信功能為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件，實(shí)踐證明 PLC 在備用電源自動(dòng)投入中的控制是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的方法運(yùn)行，采用 PLC 實(shí)現(xiàn)備自投功能使供電可靠性有了大幅度地提高，其運(yùn)行效果有了明顯改善。 （三）課題發(fā)展趨勢(shì) PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無(wú)須任何保護(hù)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(guò)于惡劣，電磁干擾 特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC的正常運(yùn)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(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì) PLC 的影響 加強(qiáng)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(yàn)。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(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就在于通用化的硬件平臺(tái)， 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(diǎn)，逐步地走向同化 在新時(shí)代， PLC 會(huì)有更大的更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求， PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 27 二、 PLC 控制 系統(tǒng)及自動(dòng)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(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過(guò)軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的 01狀態(tài)而無(wú)需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)?；谶@一特點(diǎn)，將 PLC 引入繼電保護(hù)裝置中 ,一方面可以大大改善裝置的動(dòng)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(hù)設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方 28 法 ,尤其是對(duì)于自動(dòng)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(jì)出最簡(jiǎn)明的符合規(guī)程的方 案，并能與饋電線路的其他保護(hù)控制方案在同一程序中進(jìn)行設(shè)計(jì)、相互配合。 PLC 的微電腦屬性使得各保護(hù)裝置之間、裝置與主控機(jī)之間能夠按計(jì)算機(jī)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機(jī)監(jiān)控平臺(tái)從而構(gòu)成整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)特點(diǎn) : 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(shí)間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)械觸點(diǎn)繼電器 ,通過(guò)軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線 ,從根本上簡(jiǎn)化動(dòng)作的物理鏈條。從 繼電過(guò)流保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始 ,僅經(jīng)過(guò) PLC 的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號(hào) ,動(dòng)作過(guò)程無(wú)觸點(diǎn)參與。 PLC 控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來(lái)的種種弊端 ,又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案。而且 PLC 構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡(jiǎn)單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡(jiǎn)單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù) ,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)械觸 點(diǎn)繼電器 ,通過(guò)軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線 ,從根本上簡(jiǎn)化動(dòng)作的物理鏈條。從繼電過(guò)流保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始 ,僅經(jīng)過(guò) PLC 的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號(hào) ,動(dòng)作過(guò)程無(wú)觸點(diǎn)參與。 PLC 控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來(lái)的種種弊端 ,又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案。而且 PLC 構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡(jiǎn)單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡(jiǎn)單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù) ,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。 （二）自動(dòng)重合閘裝置 自動(dòng)重合閘裝置（ ZCH）又稱自動(dòng)重合器，是用于配電網(wǎng)自動(dòng)化的一種智能化開關(guān)設(shè)備，它能夠檢測(cè)到故障電流、在給定時(shí)間內(nèi)斷開故障電流并能進(jìn)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(cè)和操作順序控制與執(zhí)行的能力，無(wú)需附加繼電保護(hù)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(shí)，它按順序及時(shí)間間隔進(jìn)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(dòng)復(fù)位才能解除閉鎖。如果是瞬時(shí)性故障，則在循環(huán)分、合閘的操作中，無(wú)論哪次重合成功，則終止后續(xù) 的分、合閘，并經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后恢復(fù)初始的整定狀態(tài)，為下次故障的來(lái)臨做好準(zhǔn)備。重合閘裝置課按預(yù)先整定的動(dòng)作順序進(jìn)行多次分、合閘的循環(huán)操作。 自動(dòng)重合閘作用 : 在電力系統(tǒng)中采用了自動(dòng)重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動(dòng)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(yùn)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(duì)斷路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)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(shí)，它也將帶來(lái)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(shí)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(dòng)作原理類似，使用時(shí)根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而進(jìn)行選擇，對(duì)于三相中性點(diǎn)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(yùn)行；單相重合器主要用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，允許電氣設(shè)備作為單相運(yùn)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(dòng)機(jī)頭，可用于戶外 10KV 電桿上，無(wú)需另外的操作電源，直接由所控制的 10KV 線路供給；但因?yàn)椴捎酶邏汉祥l線圈，對(duì)絕緣水平要求高，有時(shí)會(huì)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(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路是分開的 3 個(gè)部分。分布式重合閘裝置采用低電壓（ 220V）操動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣避免了高壓電源進(jìn)行調(diào)試的復(fù)雜性和危險(xiǎn)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(yùn)行歷史最長(zhǎng)，一般采用液壓控制。油重合閘裝置有兩個(gè)固有缺點(diǎn)：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(xiǎn)?，F(xiàn)在來(lái)看其技術(shù)相對(duì)落后，國(guó)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(jì)。真空滅弧室的有點(diǎn)是開斷壽命長(zhǎng)，無(wú)需檢修，無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)。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(guó)內(nèi)外重合閘裝置市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。 ③ SF6 重合閘裝置將干燥的