順序控制分類
根據(jù)工藝特點及設(shè)備特性，計算機控制系統(tǒng)把實現(xiàn)順序控制的功能大致分成了三種方式：基本方式，步序方式和步進(jìn)方式。
1、基本方式
只要輸入信息符合預(yù)定的邏輯關(guān)系，基本邏輯式控制方式就有相應(yīng)的輸出，因為一次判據(jù)中不要求包括上一步的二次判據(jù)，所以沒有明顯反映出順序的關(guān)系，這種方式比較簡單，僅僅是根據(jù)若干條件的滿足，然后產(chǎn)生某種結(jié)果，一般應(yīng)用在工藝要求相對獨立的環(huán)節(jié)。
2、步序方式
步序方式是在每步的一次判據(jù)中包含有上一步的二次判據(jù)，故有明顯的先后關(guān)系工程序步轉(zhuǎn)移的同時，根據(jù)需要可以將以前任意步的輸出閉鎖或不閉鎖。利用閉鎖手段可構(gòu)成多種步輸出形式，以適應(yīng)不同被控對象的要求，不過這時接線將復(fù)雜，處理方式也不便統(tǒng)一。步與步之間通過特定判據(jù)的轉(zhuǎn)換，只有活動的步才有操作的輸出，并且整個過程是循環(huán)運行的，通過幾個步的操作來實現(xiàn)某種工藝的要求，而且這樣的操作在工藝中是循環(huán)往復(fù)進(jìn)行的。比如我們要啟動循環(huán)水系統(tǒng)，首先需要保證循環(huán)泵出口門全部關(guān)閉，這是條件，然后再看循環(huán)水壓力是否滿足開啟條件，當(dāng)滿足時，循環(huán)泵入口自動打開，經(jīng)過幾秒鐘后，循環(huán)泵自動運行，再經(jīng)過壓力要求或時間要求后，自動打開循環(huán)泵出口門，這樣就完成了循環(huán)泵系統(tǒng)的自動啟動過程。
如圖2-11所示，這里多說幾句，我們發(fā)現(xiàn)在每個判定過程都會有一個“故障處理”過程，對應(yīng)控制策略，對于每一種可能的結(jié)果，我們都應(yīng)該有相關(guān)的處理，這樣才被稱之為智能系統(tǒng)，因此對于每個判據(jù)的另一種結(jié)果我們都應(yīng)該有相關(guān)的處理，也就是圖中的故障處理過程，這使得控制方案在任意情況下都會返回到起點，或者拋開故障，進(jìn)行下一步，而不至于步序無法返回或進(jìn)行，至于故障處理的內(nèi)容應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)要求來決定。
比如出口門沒有關(guān)閉信號返回，那么我們就需要查找原因，是出口門反饋信號錯誤？還是出口門根本就沒有動作了還是遠(yuǎn)程站故障?當(dāng)然了，如果把這些信號或者反饋結(jié)果都加入到控制方案中，把每一步結(jié)果都反映在計算機控制系統(tǒng)中，那么這樣的系統(tǒng)將變得更加智能，甚至可以增加故障分析功能，也可以根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)自動故障處理程序。
再大膽想象一下，如果加入相關(guān)的故障處理設(shè)備或者系統(tǒng)，我們真的可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程處理故障的夢想。
3、步進(jìn)方式
這種順序控制方式是對步序方式的改進(jìn)或者說是補充，或者說是另一種說法，其實在應(yīng)用中沒必要分得那么清楚，實際也無法分辨清楚。如果非要分清楚就是“死”讀書或者是讀“死”書了。我們在總結(jié)規(guī)律或者理論研究時，只要把主要矛盾區(qū)別出來就可以了，沒必要把各種特性一一對比，找出不同，這樣做就是鉆牛角尖。
順序控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
順序控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式大致可分成三級控制：機組級控制、功能組級控制和設(shè)備級控制。控制系統(tǒng)分級控制示意圖如圖2-12所示。
圖2 分級控制示意圖
機組級控制為最高級，它在最少人工干預(yù)下，完成整套機組的啟動和停止。當(dāng)順控(即順序控制)系統(tǒng)接到啟動指令后，將機組從起始狀態(tài)逐步啟動到某一負(fù)荷狀態(tài)。它只需在某些重要的環(huán)節(jié)設(shè)置少量斷點，由運行人員決定什么時間、什么狀況下確認(rèn)，并按下按鈕后工程序繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)功能執(zhí)行完畢后，發(fā)出“完成”信號反饋給主控系統(tǒng)，表示這一控制功能已結(jié)束。
機組級控制并不等于機組啟停全部實現(xiàn)自動控制，它需要必要的人工干預(yù)。機組級控制也叫功能組自動控制方式，而功能組手動方式也叫功能組級控制，一般指機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽輪機自啟動系統(tǒng)等。從管理的組織結(jié)構(gòu)角度來看，它是設(shè)備控制的“最高領(lǐng)導(dǎo)”，只關(guān)心每個子組運行的結(jié)果，比如鍋爐啟動過程，如圖2-13所示，首先啟動給水系統(tǒng)，然后啟動風(fēng)煙系統(tǒng)，點火系統(tǒng)，燃料系統(tǒng)等，只要每個過程結(jié)束后，把運行結(jié)果發(fā)送給“最高領(lǐng)導(dǎo)”，“領(lǐng)導(dǎo)”據(jù)此來判斷下一步要做的事情，因此“領(lǐng)導(dǎo)”都是從宏觀角度出發(fā)來解決問題的，具體問題的處理它是不會關(guān)心的，當(dāng)然了，每一步的處理它都會給出提示(報警)，由運行人員來決定“領(lǐng)導(dǎo)”的決策方向，這樣看來，最終的決定權(quán)還是由運行人員來實現(xiàn)的，這樣做的目的是實現(xiàn)最大限度的安全運行及故障處理。
圖2 鍋爐自啟動系統(tǒng)示意圖
功能組級控制是“部門領(lǐng)導(dǎo)”，它是將相關(guān)聯(lián)的一些設(shè)備相對集中地整合在一起，進(jìn)行啟動或停止控制，為了突出重點(設(shè)備的重要級別)，一般以某一臺重要的輔機為中心進(jìn)行順控設(shè)計。如某臺引風(fēng)機的功能組級順控系統(tǒng)就包括了引風(fēng)機及其相對應(yīng)的冷卻風(fēng)機、風(fēng)機油站和電動機油站、煙風(fēng)道擋板等設(shè)備，并按預(yù)先設(shè)計好的程序，在啟動或停止時，自動地完成整個啟動或停止過程。又如電動泵的功能組級順控，就包括電動泵、輔助潤滑油泵、電動泵出口門、電動泵進(jìn)口門和電動泵再循環(huán)截止門等的控制。
一個完整的功能組，可包含三種操作：
①功能組的啟停操作和自動/手動運行轉(zhuǎn)換
在用功能組級控制時，應(yīng)將開關(guān)先切換到“手動”位置，然后再進(jìn)行啟停操作。自動功能是把控制權(quán)交給更上一級的“領(lǐng)導(dǎo)”來協(xié)調(diào)處理，配合控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制。
②“中止”(Halt)和“開放”(Release)操作
把控制方式置于“開放”狀態(tài)時，可對功能組隨意進(jìn)行啟、停操作，在這種情況下，“部門領(lǐng)導(dǎo)”可以在任意時刻直接指揮部門的任意成員。當(dāng)功能組在執(zhí)行啟、停指令時，如果把控制方式置于“中止”狀態(tài)，控制程序則停止執(zhí)行，因此，中止有相當(dāng)高的優(yōu)先權(quán)，它可以讓“部門領(lǐng)導(dǎo)”在任意時刻、任意狀態(tài)下，命令該部門的任意成員停止工作，這樣做也是出于對設(shè)備安全的考慮。
③當(dāng)有兩臺以上的冗余設(shè)備時，選擇某一臺設(shè)備作為啟動操作的“首臺設(shè)備”，并有自動/手動切換開關(guān)
一般說來，當(dāng)選擇好“首臺設(shè)備”之后，應(yīng)將開關(guān)切換到“自動”位置。這樣，當(dāng)?shù)谝慌_設(shè)備啟動完成之后，控制邏輯就會把第二臺設(shè)備選定為“首臺設(shè)備”，隨時準(zhǔn)備啟動。一般情況下，生產(chǎn)工藝要求某些重要的參數(shù)保持穩(wěn)定，為此配備了冗余設(shè)備，這臺設(shè)備應(yīng)該是絕對良好的，在任意時刻都能投入運行，因此，這樣的設(shè)置就保障了在其他設(shè)備發(fā)生故障時，備用設(shè)備能夠及時投入運行，保障系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定。
設(shè)備級控制是順控系統(tǒng)的基礎(chǔ)級，它不用功能組，而是對設(shè)備分別進(jìn)行操作。它可以在計算機鍵盤上進(jìn)行操作，通過CRT屏幕監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備，也可以在BTG盤上進(jìn)行遙控硬操作。這里也有一個相對高級的權(quán)利，比如某臺設(shè)備處于檢修狀態(tài)，在系統(tǒng)中就可以給它掛上“檢修”標(biāo)志，這時，“部門領(lǐng)導(dǎo)”和“最高領(lǐng)導(dǎo)”就不能控制該設(shè)備的運行了。這很好理解，員工都生病了，再大的領(lǐng)導(dǎo)也不能把人家從醫(yī)院里拉過來工作吧，因為即使來了也不能很好地完成自己的工作，反倒增添麻煩。可以看出，這個系統(tǒng)的各種功能的設(shè)置是管理思想的體現(xiàn)。
順序控制系統(tǒng)的基本組成
順序控制系統(tǒng)主要由被控對象、順序控制裝置、開關(guān)量變送器和執(zhí)行機構(gòu)四部分組成，如圖2-14所示。一個順序控制系統(tǒng)所能達(dá)到的水平，主要取決于下列三個方面；
①主設(shè)備(被控對象)的可控性；
②外部設(shè)備所具備的功能；
③順序控制裝置所能達(dá)到的水平。
主設(shè)備的可控性取決于設(shè)備制造廠家的產(chǎn)品性能，外部設(shè)備的功能屬于基礎(chǔ)自動化方面的工作，然而順序控制裝置所能達(dá)到的能力應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計時進(jìn)行周密的考慮，盡量地使系統(tǒng)達(dá)到較為完善的功能。順序控制裝置作為施控系統(tǒng)的核心，它向被控系統(tǒng)發(fā)出操作命令，并接受被控系統(tǒng)及過程參數(shù)的反饋信號。通常，順序控制裝置主要由四大部分組成：輸入部分、邏輯控制部分、輸出部分和操作顯示部分。
圖2 順序控制系統(tǒng)基本組成
對于應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場的控制裝置來說，輸入輸出部分是很重要的，它具有接受或輸出控制信號、隔離現(xiàn)場干擾、轉(zhuǎn)換電平進(jìn)行信號功率放大等許多功能，是與現(xiàn)場接口的設(shè)備。邏輯控制部分由不同類型的邏輯控制電路構(gòu)成。根據(jù)工作原理，邏輯控制電路主要分為兩類：基本邏輯式控制電路和步進(jìn)式控制電路。順序控制裝置的操作顯示部分主要實現(xiàn)人機的交互，是運行人員與設(shè)備交流的載體。
順序控制裝置主要功能
一般，順序控制裝置具有如下幾項主要功能：
①主控制程序；
②在條件滿足時，執(zhí)行和轉(zhuǎn)換程序；
③提供人機聯(lián)系，除按程序自動操作外，還可向運行人員提供點步、跳步及手動操作被控對象功能，同時裝置應(yīng)能向運行人員提供必要的顯示、報警和故障信號；
④具有與外部設(shè)備配合完善的接口方式和信號聯(lián)系通道；
⑤具有一定的程序檢查功能，在有必要時可設(shè)置能夠驗證程序進(jìn)展正確性的自檢回路；
⑥具有一定的保護(hù)功能，能夠在執(zhí)行程序時，檢查執(zhí)行機構(gòu)的故障；發(fā)生各種事故時，可以中斷或復(fù)歸程序。
隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，順序控制裝置的發(fā)展過程出現(xiàn)了下列幾種類型：
①機電型。機械凸輪式時序控制器。
②繼電器型。由繼電器組成。
③固態(tài)邏輯型。由半導(dǎo)體分離元件和集成電路組成。
④矩陣電路型。由二極管矩陣電路組成。
⑤PLC型。由可編程序控制器(PLC)組成。
⑥D(zhuǎn)CS型。由計算機集散控制系統(tǒng)(DCS)組成。
在這六種類型中，目前在電廠順序控制中使用較多的是繼電器型、PLC型和DCS型。由于繼電器型是由一個個繼電器組成的裝置，所以接線較復(fù)雜，適用于簡單獨立的小規(guī)模的順序控制，其可靠性較低，控制邏輯修改困難，維護(hù)工作量大，目前在電廠順序控制中只作為輔助手段，某些設(shè)計也認(rèn)為它是對計算機控制系統(tǒng)的可靠性補充，因為計算機系統(tǒng)也不是萬能的，如果出現(xiàn)故障，也需要有系統(tǒng)完成重要的工作，比如MFT系統(tǒng)在設(shè)計的時候就會參考這方面的需求，當(dāng)計算機系統(tǒng)崩潰時，由繼電器邏輯回路完成主燃料跳閘的操作，避免事故的發(fā)生和災(zāi)害的擴大，因此先進(jìn)的事物并不代表可靠，往往越原始的設(shè)備可靠性越高，這種設(shè)計理念充分體現(xiàn)了安全性的重要?？删幊炭刂破骶哂锌煽啃愿摺⑦壿嬓薷姆奖?、維護(hù)工作量小等優(yōu)點，還可以與計算機控制系統(tǒng)進(jìn)行實時通信，大小規(guī)模的順序控制系統(tǒng)都可以使用。目前在電廠中的輸煤、除灰、化學(xué)水處理等順序控制子系統(tǒng)中一般均采用這種形式。
在電廠采用集散控制系統(tǒng)(DCS)時，SCS的功能可以直接包含在DCS中。DCS不僅具備PLC的所有優(yōu)點，而且可以與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)等有機結(jié)合起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而節(jié)省大量檢測元件和信號轉(zhuǎn)換裝置。目前大型單元機組的PLC的功能就是在DCS中實現(xiàn)的。
順序控制系統(tǒng)的分類
如果按控制系統(tǒng)的構(gòu)成來劃分，可以分為以下兩種類型：
①開環(huán)系統(tǒng)
開環(huán)系統(tǒng)是按照頂先編排好的程序，進(jìn)行規(guī)定的操作，并控制執(zhí)行部件的動作(一般是開關(guān)量工程序的進(jìn)行并不需要以被控對象動作后的回報信號為反饋信息，自動進(jìn)行下去，回報信號可以作為運行人員的監(jiān)視量，送到控制盤上。
②閉環(huán)系統(tǒng)
被控設(shè)備按照邏輯回路的輸出指令進(jìn)行動作，操作以后，利用信號反饋元件，將執(zhí)行結(jié)果的回報信號反饋輸入到邏輯控制回路，只有當(dāng)這些必要的回報信號都達(dá)到要求之后工程序才能往下進(jìn)行，即構(gòu)成一個閉環(huán)動作控制系統(tǒng)。
如果按順序步轉(zhuǎn)換條件來劃分，可以分為時序控制系統(tǒng)和條件控制系統(tǒng)。
①時序控制系統(tǒng)
在熱力過程的程控系統(tǒng)中，一般來說，按時序控制的系統(tǒng)是開環(huán)的，只要按時間要求使程序進(jìn)行下去就可以，即程序的轉(zhuǎn)換完全依時間而定，在某一時間間隔內(nèi)，可以使控制指令去操作一個被控設(shè)備，也可以同時操作數(shù)個被控設(shè)備。
②條件控制系統(tǒng)
按條件控制的系統(tǒng)必定要做成閉環(huán)系統(tǒng)。對某一控制過程來說，事先就應(yīng)該準(zhǔn)備充分的條件，只有這些條件都滿足了，才可以進(jìn)行下面的操作，這些條件被稱為一次判據(jù)，當(dāng)把程序動作結(jié)果作為下一步運行的條件時，稱為二次判據(jù)，對下一步程序來說，可認(rèn)為是一次判據(jù)。也就是說，在程序步的轉(zhuǎn)換中，上一步二次判據(jù)又作為下一步的一次判據(jù)，成為轉(zhuǎn)步條件。當(dāng)下一步事先準(zhǔn)備好的其他條件已經(jīng)滿足，并且有了這個轉(zhuǎn)步條件后工程序就能發(fā)生轉(zhuǎn)換而不斷地進(jìn)行下去。如這些判據(jù)中有一個條件不滿足工程序就不能正常進(jìn)行。由此可見，按條件進(jìn)行控制的系統(tǒng)，一定要有程序動作結(jié)果的回報信號作為一下步程序的判據(jù)，以構(gòu)成閉環(huán)工作狀態(tài)。當(dāng)一個順序控制系統(tǒng)內(nèi)既有時序控制方式又有條件控制方式時，所組成的控制系統(tǒng)為混合控制系統(tǒng)。
在電廠控制系統(tǒng)中，順序控制系統(tǒng)主要包括：風(fēng)機順序控制系統(tǒng)，給水泵順序控制系統(tǒng)，空氣預(yù)熱器順序控制系統(tǒng)，循環(huán)泵順序控制系統(tǒng)，高低壓加熱器順序控制系統(tǒng)，除氧器順序控制系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)，排污系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)，吹灰程控系統(tǒng)，機爐大連鎖等。也就是說整個電廠控制系統(tǒng)，由以上各個子系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)按一定順序結(jié)合在一起實現(xiàn)了電廠發(fā)電的全過程。據(jù)說某些先進(jìn)的電廠能達(dá)到“一鍵啟機”的效果，也就是說，按下一個啟動按鈕，各部分自動完成生產(chǎn)過程，直到并網(wǎng)發(fā)電。這在理論上是完全可能的，但是實際上就比較難了，這樣的系統(tǒng)和工程應(yīng)該是我們的目標(biāo)。還有一部分叫做聯(lián)鎖保護(hù)，這個過程與順序控制正好是相反的，也就是說SCS一般是指順序啟動各個設(shè)備，那聯(lián)鎖保護(hù)就是快速及時地停止各個設(shè)備，是保護(hù)設(shè)備及人身安全的，因為當(dāng)設(shè)備在啟動或運行過程中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全的故障時，為了最大限度地保障人的安全和減少損失，就要使某些設(shè)備自動停止運行，形成一種聯(lián)鎖反應(yīng)。比如當(dāng)一次風(fēng)機在啟動120s后，出口擋板門還沒有打開，那么該風(fēng)機就應(yīng)該馬上停止運行，否則風(fēng)機將會受損，再如一次風(fēng)機的軸承振動大于某個限定值時，風(fēng)機應(yīng)立即停止運行。這些都是聯(lián)鎖保護(hù)邏輯：電廠的運行規(guī)程里面都會有詳細(xì)的記錄，可以說運行規(guī)程是電廠對于運行描寫得最全面的參考資料，每個員工都會熟記自己崗位的規(guī)程，并嚴(yán)格按規(guī)程執(zhí)行。詳細(xì)說明云南昌暉儀表制造有限公司在以后的技術(shù)文章中會有介紹。
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