顺序控制的实现方式及顺序控制基本组成

2016/10/19 15:45:54 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://www.textrasoft.com/tech/1096.html

在《顺序控制北京快3APP中的常用术语》中对顺序控制术语做了介绍,在本文将对顺序控制的实现方式、顺序控制系统的结构形式、顺序控制系统的基本组成和分类做介绍,帮助大家一步一步深入到顺序控制的术领域。

顺序控制分类
根据工艺特点及设备特性,计算机控制系统把实现顺序控制的功能大致分成了三种方式:基本方式,步序方式和步进方式。

1、基本方式
只要输入信息符合预定的逻辑关系,基本逻辑式控制方式就有相应的输出,因为一次判据中不要求包括上一步的二次判据,所以没有明显反映出顺序的关系,这种方式比较简单,仅仅是根据若干条件的满足,然后产生某种结果,一般应用在工艺要求相对独立的环节。

2、步序方式

步序控制示意图步序方式是在每步的一次判据中包含有上一步的二次判据,故有明显的先后关系工程序步转移的同时,根据需要可以将以前任意步的输出闭锁或不闭锁。利用闭锁手段可构成多种步输出形式,以适应不同被控对象的要求,不过这时接线将复杂,处理方式也不便统一。步与步之间通过特定判据的转换,只有活动的步才有操作的输出,并且整个过程是循环运行的,通过几个步的操作来实现某种工艺的要求,而且这样的操作在工艺中是循环往复进行的。

比如我们要启动循环水系统,首先需要保证循环泵出口门全部关闭,这是条件,然后再看循环水压力是否满足开启条件,当满足时,循环泵入口自动打开,经过几秒钟后,循环泵自动运行,再经过压力要求或时间要求后,自动打开循环泵出口门,这样就完成了循环泵系统的自动启动过程。

如图2-11所示,这里多说几句,我们发现在每个判定过程都会有一个“故障处理”过程,对应控制策略,对于每一种可能的结果,我们都应该有相关的处理,这样才被称之为智能系统,因此对于每个判据的另一种结果我们都应该有相关的处理,也就是图中的故障处理过程,这使得控制方案在任意情况下都会返回到起点,或者抛开故障,进行下一步,而不至于步序无法返回或进行,至于故障处理的内容应该根据系统要求来决定。

比如出口门没有关闭信号返回,那么我们就需要查找原因,是出口门反馈信号错误?还是出口门根本就没有动作了还是远程站故障?当然了,如果把这些信号或者反馈结果都加入到控制方案中,把每一步结果都反映在计算机控制系统中,那么这样的系统将变得更加智能,甚至可以增加故障分析功能,也可以根据分析结果实现自动故障处理程序。

再大胆想象一下,如果加入相关的故障处理设备或者系统,我们真的可以实现远程处理故障的梦想。

3、步进方式

这种顺序控制方式是对步序方式的改进或者说是补充,或者说是另一种说法,其实在应用中没必要分得那么清楚,实际也无法分辨清楚。如果非要分清楚就是“死”读书或者是读“死”书了。我们在总结规律或者理论研究时,只要把主要矛盾区别出来就可以了,没必要把各种特性一一对比,找出不同,这样做就是钻牛角尖。

顺序控制系统的结构形式
顺序控制系统的基本结构形式大致可分成三级控制:机组级控制、功能组级控制和设备级控制。控制系统分级控制示意图如图2-12所示。
分级控制示意图 
图2  分级控制示意图
机组级控制为最高级,它在最少人工干预下,完成整套机组的启动和停止。当顺控(即顺序控制)系统接到启动指令后,将机组从起始状态逐步启动到某一负荷状态。它只需在某些重要的环节设置少量断点,由运行人员决定什么时间、什么状况下确认,并按下按钮后工程序继续执行。当功能执行完毕后,发出“完成”信号反馈给主控系统,表示这一控制功能已结束。

机组级控制并不等于机组启停全部实现自动控制,它需要必要的人工干预。机组级控制也叫功能组自动控制方式,而功能组手动方式也叫功能组级控制,一般指机炉协调控制系统、汽轮机自启动系统等。从管理的组织结构角度来看,它是设备控制的“最高领导”,只关心每个子组运行的结果,比如锅炉启动过程,如图2-13所示,首先启动给水系统,然后启动风烟系统,点火系统,燃料系统等,只要每个过程结束后,把运行结果发送给“最高领导”,“领导”据此来判断下一步要做的事情,因此“领导”都是从宏观角度出发来解决问题的,具体问题的处理它是不会关心的,当然了,每一步的处理它都会给出提示(报警),由运行人员来决定“领导”的决策方向,这样看来,最终的决定权还是由运行人员来实现的,这样做的目的是实现最大限度的安全运行及故障处理。锅炉自启动系统示意图
图2  锅炉自启动系统示意图
 
 
功能组级控制是“部门领导”,它是将相关联的一些设备相对集中地整合在一起,进行启动或停止控制,为了突出重点(设备的重要级别),一般以某一台重要的辅机为中心进行顺控设计。如某台引风机的功能组级顺控系统就包括了引风机及其相对应的冷却风机、风机油站和电动机油站、烟风道挡板等设备,并按预先设计好的程序,在启动或停止时,自动地完成整个启动或停止过程。又如电动泵的功能组级顺控,就包括电动泵、辅助润滑油泵、电动泵出口门、电动泵进口门和电动泵再循环截止门等的控制。

一个完整的功能组,可包含三种操作:
①功能组的启停操作和自动/手动运行转换
在用功能组级控制时,应将开关先切换到“手动”位置,然后再进行启停操作。自动功能是把控制权交给更上一级的“领导”来协调处理,配合控制系统实现智能控制。

②“中止”(Halt)和“开放”(Release)操作
把控制方式置于“开放”状态时,可对功能组随意进行启、停操作,在这种情况下,“部门领导”可以在任意时刻直接指挥部门的任意成员。当功能组在执行启、停指令时,如果把控制方式置于“中止”状态,控制程序则停止执行,因此,中止有相当高的优先权,它可以让“部门领导”在任意时刻、任意状态下,命令该部门的任意成员停止工作,这样做也是出于对设备安全的考虑。

③当有两台以上的冗余设备时,选择某一台设备作为启动操作的“首台设备”,并有自动/手动切换开关
一般说来,当选择好“首台设备”之后,应将开关切换到“自动”位置。这样,当第一台设备启动完成之后,控制逻辑就会把第二台设备选定为“首台设备”,随时准备启动。一般情况下,生产工艺要求某些重要的参数保持稳定,为此配备了冗余设备,这台设备应该是绝对良好的,在任意时刻都能投入运行,因此,这样的设置就保障了在其他设备发生故障时,备用设备能够及时投入运行,保障系统参数的稳定。

设备级控制是顺控系统的基础级,它不用功能组,而是对设备分别进行操作。它可以在计算机键盘上进行操作,通过CRT屏幕监视现场设备,也可以在BTG盘上进行遥控硬操作。这里也有一个相对高级的权利,比如某台设备处于检修状态,在系统中就可以给它挂上“检修”标志,这时,“部门领导”和“最高领导”就不能控制该设备的运行了。这很好理解,员工都生病了,再大的领导也不能把人家从医院里拉过来工作吧,因为即使来了也不能很好地完成自己的工作,反倒增添麻烦。可以看出,这个系统的各种功能的设置是管理思想的体现。

顺序控制系统的基本组成

顺序控制系统主要由被控对象、顺序控制装置、开关量变送器和执行机构四部分组成,如图2-14所示。一个顺序控制系统所能达到的水平,主要取决于下列三个方面;
①主设备(被控对象)的可控性;
②外部设备所具备的功能;
③顺序控制装置所能达到的水平。

主设备的可控性取决于设备制造厂家的产品性能,外部设备的功能属于基础自动化方面的工作,然而顺序控制装置所能达到的能力应该在系统设计时进行周密的考虑,尽量地使系统达到较为完善的功能。顺序控制装置作为施控系统的核心,它向被控系统发出操作命令,并接受被控系统及过程参数的反馈信号。通常,顺序控制装置主要由四大部分组成:输入部分、逻辑控制部分、输出部分和操作显示部分。
顺序控制系统基本组成
图2  顺序控制系统基本组成 

对于应用在工业现场的控制装置来说,输入输出部分是很重要的,它具有接受或输出控制信号、隔离现场干扰、转换电平进行信号功率放大等许多功能,是与现场接口的设备。逻辑控制部分由不同类型的逻辑控制电路构成。根据工作原理,逻辑控制电路主要分为两类:基本逻辑式控制电路和步进式控制电路。顺序控制装置的操作显示部分主要实现人机的交互,是运行人员与设备交流的载体。

顺序控制装置主要功能
一般,顺序控制装置具有如下几项主要功能:

①主控制程序;
②在条件满足时,执行和转换程序;
③提供人机联系,除按程序自动操作外,还可向运行人员提供点步、跳步及手动操作被控对象功能,同时装置应能向运行人员提供必要的显示、报警和故障信号;
④具有与外部设备配合完善的接口方式和信号联系通道;
⑤具有一定的程序检查功能,在有必要时可设置能够验证程序进展正确性的自检回路;
⑥具有一定的保护功能,能够在执行程序时,检查执行机构的故障;发生各种事故时,可以中断或复归程序。
随着科学北京快3APP进步,顺序控制装置的发展过程出现了下列几种类型:
①机电型。机械凸轮式时序控制器。
②继电器型。由继电器组成。
③固态逻辑型。由半导体分离元件和集成电路组成。
④矩阵电路型。由二极管矩阵电路组成。
⑤PLC型。由可编程序控制器(PLC)组成。
⑥DCS型。由计算机集散控制系统(DCS)组成。

在这六种类型中,目前在电厂顺序控制中使用较多的是继电器型、PLC型和DCS型。由于继电器型是由一个个继电器组成的装置,所以接线较复杂,适用于简单独立的小规模的顺序控制,其可靠性较低,控制逻辑修改困难,维护工作量大,目前在电厂顺序控制中只作为辅助手段,某些设计也认为它是对计算机控制系统的可靠性补充,因为计算机系统也不是万能的,如果出现故障,也需要有系统完成重要的工作,比如MFT系统在设计的时候就会参考这方面的需求,当计算机系统崩溃时,由继电器逻辑回路完成主燃料跳闸的操作,避免事故的发生和灾害的扩大,因此先进的事物并不代表可靠,往往越原始的设备可靠性越高,这种设计理念充分体现了安全性的重要。可编程控制器具有可靠性高、逻辑修改方便、维护工作量小等优点,还可以与计算机控制系统进行实时通信,大小规模的顺序控制系统都可以使用。目前在电厂中的输煤、除灰、化学水处理等顺序控制子系统中一般均采用这种形式。

在电厂采用集散控制系统(DCS)时,SCS的功能可以直接包含在DCS中。DCS不仅具备PLC的所有优点,而且可以与数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)等有机结合起来,实现数据共享,从而节省大量检测元件和信号转换装置。目前大型单元机组的PLC的功能就是在DCS中实现的。

顺序控制系统的分类

如果按控制系统的构成来划分,可以分为以下两种类型:
①开环系统
开环系统是按照顶先编排好的程序,进行规定的操作,并控制执行部件的动作(一般是开关量工程序的进行并不需要以被控对象动作后的回报信号为反馈信息,自动进行下去,回报信号可以作为运行人员的监视量,送到控制盘上。

②闭环系统

被控设备按照逻辑回路的输出指令进行动作,操作以后,利用信号反馈元件,将执行结果的回报信号反馈输入到逻辑控制回路,只有当这些必要的回报信号都达到要求之后工程序才能往下进行,即构成一个闭环动作控制系统。

如果按顺序步转换条件来划分,可以分为时序控制系统和条件控制系统。
时序控制系统
在热力过程的程控系统中,一般来说,按时序控制的系统是开环的,只要按时间要求使程序进行下去就可以,即程序的转换完全依时间而定,在某一时间间隔内,可以使控制指令去操作一个被控设备,也可以同时操作数个被控设备。

条件控制系统
按条件控制的系统必定要做成闭环系统。对某一控制过程来说,事先就应该准备充分的条件,只有这些条件都满足了,才可以进行下面的操作,这些条件被称为一次判据,当把程序动作结果作为下一步运行的条件时,称为二次判据,对下一步程序来说,可认为是一次判据。也就是说,在程序步的转换中,上一步二次判据又作为下一步的一次判据,成为转步条件。当下一步事先准备好的其他条件已经满足,并且有了这个转步条件后工程序就能发生转换而不断地进行下去。如这些判据中有一个条件不满足工程序就不能正常进行。由此可见,按条件进行控制的系统,一定要有程序动作结果的回报信号作为一下步程序的判据,以构成闭环工作状态。当一个顺序控制系统内既有时序控制方式又有条件控制方式时,所组成的控制系统为混合控制系统。

在电厂控制系统中,顺序控制系统主要包括:风机顺序控制系统,给水泵顺序控制系统,空气预热器顺序控制系统,循环泵顺序控制系统,高低压加热器顺序控制系统,除氧器顺序控制系统,制粉系统顺序控制系统,排污系统顺序控制系统,吹灰程控系统,机炉大连锁等。也就是说整个电厂控制系统,由以上各个子系统组成,这些系统按一定顺序结合在一起实现了电厂发电的全过程。据说某些先进的电厂能达到“一键启机”的效果,也就是说,按下一个启动按钮,各部分自动完成生产过程,直到并网发电。这在理论上是完全可能的,但是实际上就比较难了,这样的系统和工程应该是我们的目标。还有一部分叫做联锁保护,这个过程与顺序控制正好是相反的,也就是说SCS一般是指顺序启动各个设备,那联锁保护就是快速及时地停止各个设备,是保护设备及人身安全的,因为当设备在启动或运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时,为了最大限度地保障人的安全和减少损失,就要使某些设备自动停止运行,形成一种联锁反应。比如当一次风机在启动120s后,出口挡板门还没有打开,那么该风机就应该马上停止运行,否则风机将会受损,再如一次风机的轴承振动大于某个限定值时,风机应立即停止运行。这些都是联锁保护逻辑:电厂的运行规程里面都会有详细的记录,可以说运行规程是电厂对于运行描写得最全面的参考资料,每个员工都会熟记自己岗位的规程,并严格按规程执行。详细说明北京快3APP在以后的北京快3APP文章中会有介绍。

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