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生產(chǎn)控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用 控制系統(tǒng)是如何工作的

時(shí)間：2020-07-08    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸被廣泛運(yùn)用到工業(yè)控制系統(tǒng)中，在紡織工業(yè)中也開始得到應(yīng)用。本文介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線的基本原理，對(duì)現(xiàn)行的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行了比較，在分析總結(jié)數(shù)字化紡織生產(chǎn)控制系統(tǒng)發(fā)展新特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外紡織行業(yè)在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線方面的情況。
　　
　　1、引言
　　
　　隨著我國(guó)紡織工業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展，現(xiàn)代紡織技術(shù)將以電子信息技術(shù)為主導(dǎo)，以智能化生產(chǎn)為主要特征[1]。目前，國(guó)產(chǎn)紡織機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的開發(fā)多側(cè)重于實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備的紡織工藝性能自動(dòng)化，將機(jī)器所具有的先進(jìn)功能封閉在單機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，而忽略了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)成，其結(jié)果勢(shì)必使機(jī)器的結(jié)構(gòu)（特別是其控制系統(tǒng)）愈來愈復(fù)雜，使機(jī)器成為紡織企業(yè)自動(dòng)化體系中的“孤島”。進(jìn)入90年代以來，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及基于該技術(shù)的控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外引起人們高度重視，成為世界范圍內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，它綜合運(yùn)用了微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，將微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備，使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信的能力，不但提高了信號(hào)測(cè)量、控制和傳輸?shù)木?，也為?shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳輸創(chuàng)造了條件。
　　
　　在紡織工業(yè)由傳統(tǒng)工業(yè)向現(xiàn)代工業(yè)轉(zhuǎn)變的過程中，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制技術(shù)為紡織工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展提供了機(jī)遇。本文通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線基本原理的介紹，比較了當(dāng)今比較常用的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，搭建了基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的數(shù)字化紡織生產(chǎn)系統(tǒng)的框架模型。
　　
　　2、現(xiàn)場(chǎng)總線的基本原理
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)，也是過程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的交匯點(diǎn)，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的集中體現(xiàn)，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到現(xiàn)場(chǎng)的必然結(jié)果。
　　
　　根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission）標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FF，F(xiàn)ieldbusFoundation）的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)[2]?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使其都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)某些檢測(cè)、控制和通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過普通雙絞線把多個(gè)測(cè)量控制儀表、計(jì)算機(jī)等作為節(jié)點(diǎn)連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);使用公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)控設(shè)備之間、以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與用作監(jiān)控、管理的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線主要是面向過程控制，除傳輸數(shù)字與模擬信號(hào)的直接信息外，還可傳輸控制信息，網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)單元是幀（Frame）。與集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）相比，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS）具有可靠性高以及更好的安全性、互換性和互操作性、開放性、分散性等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化zui底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通信網(wǎng)絡(luò)，它遵循ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的全部或部分通信協(xié)議。
　　
　　3、常見的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
　　
　　上世紀(jì)80年代以來，國(guó)際上的知名大公司先后推出了幾種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議，目前流行的主要有FF（FieldbusFoundation基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）、Profibus（ProcessFieldbus）、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）、LonWorks（LocalOperationNetwork局部操作網(wǎng)）、WorldFIP（FactoryInstrumentationProtocol世界工廠儀表協(xié)議）等。其主要技術(shù)差異及適用場(chǎng)合如下：
　　
　　3.1FF現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通訊模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通訊速率。H1的傳輸速率為1.25kbit/s，通訊距離可達(dá)1900m（可加中繼器延長(zhǎng)），可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防暴環(huán)境。H2的傳輸速率為1M和2.5kbit/s兩種，其通訊距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC11582標(biāo)準(zhǔn)，物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼。主要應(yīng)用在過程自動(dòng)化領(lǐng)域，如：化工、電力、油田和廢水處理等。
　　
　　3.2Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　Profibus系列由Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA等3個(gè)兼容部分組成。Profibus采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)*部分的子集。Profibus的傳輸速率為9.6kbit/s～12Mbit/s，zui大傳輸距離在12Mbit/s時(shí)為100m，1.5Mbit/s時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線和光纜。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：DP型適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，如制藥、水泥、食品、電力、發(fā)電、輸配電;FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化制造業(yè)自動(dòng)化;PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型。
　　
　　3.3CAN現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　CAN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用了符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型的三層結(jié)構(gòu)模型：即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)的物理層和鏈路層的功能由CAN接口器件完成，而應(yīng)用層的功能由處理器來完成。通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性;采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，抗干擾;節(jié)點(diǎn)分不同優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)性要求。其傳輸介質(zhì)可以用雙絞線、同軸電纜或光纖等，通訊速率zui高可達(dá)1Mbit/s（40m），直接傳輸距離zui遠(yuǎn)可達(dá)10km（5kbit/s）。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：汽車制造、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散性I/O、工具機(jī)床、醫(yī)療器械。
　　
　　3.4Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　LonWorks采用了與OSI參考模型相似的7層協(xié)議結(jié)構(gòu)，LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實(shí)現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議，節(jié)點(diǎn)間可以對(duì)等通信。LonWorks通信速率為78Kbit/s～1.25Mbit/s，支持多種物理介質(zhì)，有雙絞線、光纖、同軸電纜、電力線載波及無線通信等;并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)靈活。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有優(yōu)越的性能。
　　
　　3.5WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)分為過程級(jí)、控制級(jí)和監(jiān)控級(jí)等3級(jí)，其協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。其通信速率有31.25Kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s、25Mbit/s。傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線和光纖。它能滿足用戶的各種需要，適合于集中型、分散型和主站/從站型等多種類型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。用單一的WorldFIP總線可滿足過程控制、工廠制造加工和各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：電力工業(yè)、鐵路、交通、工業(yè)控制、樓宇。
　　
　　4、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的紡織生產(chǎn)控制系統(tǒng)
　　
　　紡織工業(yè)的信息化建設(shè)是未來幾年紡織工廠的追求和建設(shè)重點(diǎn)，而數(shù)字化的紡織生產(chǎn)體系正是其不可或缺的基礎(chǔ)。它將全面提升紡織工廠的管理水平，對(duì)工廠的技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和服務(wù)推動(dòng)的進(jìn)步都將產(chǎn)生直接的明顯的推進(jìn)作用。
　　
　　數(shù)字化的紡織機(jī)械采用現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù)：以CPU為核心的控制器，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)及高速數(shù)據(jù)通訊技術(shù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集和高速傳輸，實(shí)現(xiàn)分布式、現(xiàn)場(chǎng)化和抗干擾性能的提高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化，完成紡織機(jī)械與現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)的結(jié)合，為紡織企業(yè)的信息化從設(shè)備層打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　
　　按照網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)，一般將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為4層：控制層、監(jiān)控層、管理層、信息層，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的紡織生產(chǎn)信息化系統(tǒng)如圖1。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線控制層是各種生產(chǎn)信息的來源。各種棉紡、織造、印染機(jī)械的控制器只要具有現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，通過適當(dāng)?shù)木幊?，就可以將機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控層完成車間級(jí)設(shè)備檢測(cè)和控制。應(yīng)用組態(tài)軟件編程和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，整合車間內(nèi)各個(gè)單臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)，以清晰友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)全車間設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)、產(chǎn)量、效率的監(jiān)視，同時(shí)還可以對(duì)設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，故障報(bào)警、參數(shù)記錄、顯示歷史趨勢(shì)和實(shí)時(shí)曲線，生成和打印各種生產(chǎn)報(bào)表。管理層是工廠級(jí)的信息管理系統(tǒng)。控制系統(tǒng)均可以按照用戶的需求，通過多種總線、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分類送到各個(gè)管理部門，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和數(shù)據(jù)報(bào)表?，F(xiàn)場(chǎng)總線信息層將控制過程、信息管理、通信網(wǎng)絡(luò)融為一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有關(guān)人員登陸到Web服務(wù)器，就可根據(jù)各自的權(quán)限監(jiān)控到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的運(yùn)行情況。
　　
　　5、應(yīng)用案例
　　
　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在可靠性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、全數(shù)字化傳送方面具有無比的優(yōu)越性，適應(yīng)了現(xiàn)代紡織工業(yè)的高質(zhì)量、低成本、小批量、多品種、快速響應(yīng)、低耗、清潔生產(chǎn)的需要，目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)開始在紡紗、化纖、機(jī)織、針織、染整及服裝等紡織機(jī)械設(shè)備中得到大量的應(yīng)用，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，形成柔性化生產(chǎn)體系;保障產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本;促進(jìn)了紡織工業(yè)的計(jì)算機(jī)集成化生產(chǎn)。
　　
　　在國(guó)外推出的采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的化纖、織造及染整等設(shè)備中，將不同廠家標(biāo)準(zhǔn)的模塊化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散在機(jī)器的各個(gè)部位，利用控制網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)將其組配成專用系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單明了，降低了布線成本。例如，瑞士SulzeTextile推出的G6300劍桿織機(jī)，機(jī)器中的引緯、送經(jīng)、卷取、織邊均采用伺服電動(dòng)機(jī)，主控制器為32位的多處理器結(jié)構(gòu)，織機(jī)中各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線連接組成控制網(wǎng)絡(luò)，織物規(guī)格的機(jī)織條件設(shè)定、控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均可遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。德國(guó)THEN推出的AIRFLOWAFT匹染機(jī)，采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的THEN-DYNET（TDN）控制系統(tǒng)，機(jī)器中的氣流控制閥、進(jìn)水出水閥、換熱器控制閥等執(zhí)行器，染液溫度及布料速度等傳感器均為具備功能自治的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且作為整機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與上位PLC控制器連接。
　　
　　我國(guó)自1993年起開始對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行研究，并于1996年正式將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)列為“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，至1998年己有一些不完全的現(xiàn)場(chǎng)總線OEM新產(chǎn)品推出。國(guó)內(nèi)紡織機(jī)械廠不失時(shí)機(jī)地積極引進(jìn)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，結(jié)合各類紡織機(jī)械的功能特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的系統(tǒng)集成上進(jìn)行了重點(diǎn)研究。如上海二紡機(jī)股份有限公司開發(fā)的四電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)采用了CAN總線。大容量滌綸紡絲、后處理生產(chǎn)線全部采用Profibus總線。上海太平洋機(jī)電集團(tuán)在開發(fā)的年產(chǎn)3萬噸滌綸短纖維成套設(shè)備中，研制了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
　　
　　6、結(jié)束語
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化，使自控系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的方向邁進(jìn)，形成新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)—現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)作為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向，為我國(guó)紡織工業(yè)的自動(dòng)化領(lǐng)域提供了良好的機(jī)遇。隨著現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線產(chǎn)品使用的普及，研發(fā)成本消化，生產(chǎn)成本降低，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線產(chǎn)品將大幅度應(yīng)用于紡織工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線系統(tǒng)技術(shù)將在紡織自動(dòng)化中得到普遍使用和長(zhǎng)足的發(fā)展。



    伺服控制系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的性能優(yōu)劣直接決定與影響著自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和精確性，機(jī)、電、液的組合成為目前工業(yè)自動(dòng)化的主要技術(shù)基礎(chǔ)。下面小編為您介紹伺服控制系統(tǒng)的工作原理、組成及控制方式。
    伺服控制系統(tǒng)的工作原理:
    伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種對(duì)機(jī)械工作過程實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制的反饋控制系統(tǒng)，多用于對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行控制。伺服控制系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)和機(jī)電伺服系統(tǒng)。前兩者特色明顯，但應(yīng)用范圍有一定的限制。而機(jī)電伺服系統(tǒng)的能源是可以用較為方便最靈活的方式加以利用的電能，其驅(qū)動(dòng)元件是可按各種特定需求設(shè)計(jì)和選用的電動(dòng)機(jī)，可以達(dá)到較為優(yōu)異的系統(tǒng)性能，因此成為應(yīng)用較為廣泛的伺服系統(tǒng)。
    機(jī)電伺服控制系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。根據(jù)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的不同，伺服系統(tǒng)可以應(yīng)用在國(guó)防、工業(yè)、民用等眾多場(chǎng)合，如：國(guó)防領(lǐng)域的雷達(dá)掃描器、光電跟蹤隨動(dòng)器、火控系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)及用于半實(shí)物仿真的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、舵機(jī)負(fù)載模擬器等；工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)線、機(jī)床、機(jī)械臂、監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)臺(tái)等。

    伺服控制系統(tǒng)組成:
    控制器：PLC，變頻器，運(yùn)動(dòng)控制卡等其他控制設(shè)備，也稱為上位機(jī)?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量。
    伺服驅(qū)動(dòng)器：溝通上位機(jī)和伺服電機(jī)，作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)。作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動(dòng)機(jī)上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大?。涣硪环矫姘措妱?dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電。
    伺服電動(dòng)機(jī)：執(zhí)行設(shè)備，接受來自驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。
    機(jī)械設(shè)備：將伺服電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)或直線電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成所需要的運(yùn)動(dòng)形式。
    各類傳感器和繼電器：檢測(cè)工業(yè)控制環(huán)境下的各種信號(hào)送給上位機(jī)或驅(qū)動(dòng)器做為某些動(dòng)作的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
    伺服控制系統(tǒng)的控制方式
    三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。

    1、轉(zhuǎn)矩控制——電流環(huán)控制
    轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合?？梢酝ㄟ^即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。
    應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。
    2、位置控制
    位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。
    位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。
    3、速度控制——速度環(huán)控制
    通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。
    一般而言，速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的，位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)較快；位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。三種控制方式的選擇：
    1、如果對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
    2、如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用速度或位置模式比較好。
    3、如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。
    4、如果本身要求不是很高，或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式對(duì)上位控制器沒有很高的要求。
    5、如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢，就用位置方式控制。
    6、如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工作量，提高效率。
    7、如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么做。
    伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。目前，伺服控制系統(tǒng)不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，而且在許多高科技領(lǐng)域，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域中。希望通過上文的介紹能給您帶來幫助。





　　摘要：本文對(duì)國(guó)內(nèi)已引進(jìn)GE、西門子、三菱公司F級(jí)燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、配置和系統(tǒng)功能作了闡述，并對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)提出了建議。
　　
　　本文針對(duì)的主要機(jī)型是國(guó)內(nèi)已引進(jìn)技術(shù)的GE、西門子、三菱公司的廠級(jí)燃機(jī)及由此燃機(jī)所組成的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，其典型項(xiàng)目分別為望亭電廠、深圳東部電廠和鄭州燃機(jī)電站。
　　
　　一、望亭電廠
　　
　　每套機(jī)組分別為一拖一單軸F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)、三壓再熱無補(bǔ)燃余熱鍋爐和凝汽式汽輪機(jī)。其中，燃?xì)廨啓C(jī)和凝汽式汽輪機(jī)由哈爾濱動(dòng)力設(shè)備股份有限公司與GE公司合作生產(chǎn)，余熱鍋爐由杭州鍋爐廠生產(chǎn)。
　　
　　1.1控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)
　　
　　控制系統(tǒng)主要包括分散控制系統(tǒng)（DCS），隨機(jī)島主設(shè)備成套提供的控制系統(tǒng)MARK-VI以及熱力系統(tǒng)輔機(jī)控制設(shè)備。DCS采用美國(guó)EMERSON公司生產(chǎn)的Ovation系統(tǒng)，機(jī)島控制系統(tǒng)MARK-Vl由美國(guó)GE公司提供。
　　
　　1.1.lDCS
　　
　　電廠的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組及其輔助系統(tǒng)均為單元制，每套機(jī)組配用1套DCS。主要用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的余熱鍋爐和熱力循環(huán)系統(tǒng)、電氣部分發(fā)變組與廠用電系統(tǒng)、高壓?jiǎn)?dòng)/備用變壓器側(cè)斷路器及6kV側(cè)開關(guān)等監(jiān)視和控制，并實(shí)現(xiàn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警、制表記錄和性能計(jì)算，完成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組所有運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，滿足機(jī)組在各種負(fù)荷變化條件下的安全可靠運(yùn)行。不設(shè)DCS公用網(wǎng)絡(luò)段及公用DCS，兩臺(tái)機(jī)組公用系統(tǒng)的設(shè)備分別接入#1、#2機(jī)組DCS。
　　
　　余熱鍋爐壁溫、煙氣溫度的檢測(cè)采用EMERSON的848T溫度變送器和3420現(xiàn)場(chǎng)接口模件組成DCS遠(yuǎn)程I/0控制站，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過通信電纜與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS連接，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和管理。
　　
　　聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS與燃機(jī)-汽機(jī)控制系統(tǒng)之間通過雙冗余的交換器使用帶TCP/IP的以太網(wǎng)通訊接口進(jìn)行連接，實(shí)施雙向通信。重要的連鎖保護(hù)信號(hào)采用硬接線連接。
　　
　　1.1.2燃機(jī)控制系統(tǒng)
　　
　　燃機(jī)控制采用SPEEDTRONlCMARK-Vl三冗余微處理器的控制系統(tǒng)。3個(gè)獨(dú)立且相同的控制器<R>、<S>和<T>從單傳感器、兩重冗余和三重冗余傳感器獲得數(shù)據(jù)，每個(gè)控制器含有自己的電源、處理器、通信以及燃?xì)廨啓C(jī)所有的控制、保護(hù)和順控的I/0。模塊<P>含有<X>、<Y>和<Z>3個(gè)冗余模件，用于燃?xì)廨啓C(jī)的保護(hù);所有用于控制回路和跳閘保護(hù)的重要傳感器都為三重冗余。
　　
　　控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)IONET是基于以太網(wǎng)的用于3個(gè)控制模塊、保護(hù)模塊的3個(gè)部分和任何擴(kuò)展模塊之間通信的網(wǎng)絡(luò)。機(jī)組級(jí)數(shù)據(jù)高速公路（UDH）基于以太網(wǎng)絡(luò)，提供蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)控制之間的對(duì)等通信。在網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)能被單播、多播或廣播傳輸?shù)狡降瓤刂葡到y(tǒng)。廠級(jí)數(shù)據(jù)高速公路（PDH）用于和電廠DCS或其它第三方平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。
　　
　　電子設(shè)備均模塊化。控制、保護(hù)和任何擴(kuò)展模塊與操作員接口之間的通信通過以太網(wǎng)，提供1個(gè)帶浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、多任務(wù)操作系統(tǒng)。
　　
　　系統(tǒng)具有容錯(cuò)控制結(jié)構(gòu)，在沒有任何單點(diǎn)故障時(shí)，能對(duì)輸入和輸出進(jìn)行可靠"表決"。每1干接點(diǎn)輸入的表決值和每1模擬量輸入的中間值均在1個(gè)控制模塊內(nèi)計(jì)算，而啟用作應(yīng)用軟件合成的控制參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)3個(gè)輸入值有不一致，診斷算法則監(jiān)視這些輸入并啟動(dòng)診斷報(bào)警。每1干接點(diǎn)輸入被分配1個(gè)毫秒的時(shí)間標(biāo)簽，用以提供口個(gè)內(nèi)置的事件順序（SOE）監(jiān)視。
　　
　　操作員接口由GEFanucClMPLICTYR圖形顯示系統(tǒng)和微軟WindowsNT操作系統(tǒng)的PC機(jī)組成。
　　
　　輸入/輸出（I/0）直接連接到透平和發(fā)電機(jī)上設(shè)備的接口，如直接連接至振動(dòng)傳感器、火焰檢測(cè)器、LVDTs、磁轉(zhuǎn)速探頭、熱電偶、熱電阻，確保SPEDTRONlCMarkVl診斷功能直接監(jiān)視機(jī)械設(shè)備上探頭的正常狀況。
　　
　　1.1.3汽輪機(jī)控制系統(tǒng)
　　
　　汽輪機(jī)控制采用SPEEDTRONlCMARKVl三重冗余（TMR）微處理器的透平控制系統(tǒng)。3個(gè)獨(dú)立且相同的處理器<R>、<S>和<T>，用于監(jiān)視冗余傳感器和在所有重要控制功能中表決。保護(hù)模塊<P>另含<X>、<Y>和<Z>表決處理器，具有獨(dú)立的電源和處理器，用于監(jiān)視重要傳感器和提供冗余報(bào)警和跳閘保護(hù)。
　　
　　操作員接口由GEFanucClMPLlClTYR圖形顯示系統(tǒng)和微軟WindowsNT操作系統(tǒng)的PC機(jī)組成。
　　
　　SPEEDTRONlCMarkVl和其它GE的控制設(shè)備通過UDH在對(duì)等層上通訊。其它GE的控制設(shè)備包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)靜態(tài)啟動(dòng)器。UDH是口個(gè)雙冗余的網(wǎng)絡(luò)。HMl操作員接口隔離UDH和PDH。
　　
　　MARK一VI與DCS使用帶TCP/IP的1個(gè)以太網(wǎng)通訊接口，并且通過GSM用于廠級(jí)報(bào)警和事件的帶當(dāng)?shù)貢r(shí)間標(biāo)簽數(shù)據(jù)的傳送。
　　
　　1.1.4后備硬接線操作
　　
　　集控室主控臺(tái)上設(shè)有少量用于機(jī)組緊急停機(jī)和設(shè)備保護(hù)的后備操作按鈕，包括:調(diào)壓站入口總閥關(guān)、調(diào)壓站出口至叫燃機(jī)關(guān)斷閥關(guān)、停汽機(jī)（雙按鈕）、真空破壞閥開、柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。
　　
　　1.2控制系統(tǒng)功能
　　
　　聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的程序控制層次分為功能組級(jí)和子組級(jí)，功能組和子組級(jí)中所有設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)順序起、?？刂??？刂葡到y(tǒng)設(shè)有自動(dòng)發(fā)電控制（AGO）接口，但目前只能手動(dòng)控制。
　　
　　1.2.lDCS功能
　　
　　DCS的主要功能有:數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、汽機(jī)旁路控制（BPC）、機(jī)組的保護(hù)與聯(lián)鎖，DCS協(xié)調(diào)燃機(jī)、余熱鍋爐、旁路系統(tǒng)、汽機(jī)和它們輔機(jī)的運(yùn)行，快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定地響應(yīng)負(fù)荷指令，進(jìn)行有效的生產(chǎn)。
　　
　　1.2.2MARK-Vl控制系統(tǒng)功能
　　
　　隨機(jī)島整體配套的MARK-Vl控制系統(tǒng)為燃機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)組提供完整的監(jiān)視、控制和保護(hù)，其功能為：控制、順控和保護(hù)。
　　
　?。?）燃?xì)廨啓C(jī)MARK-VI控制功能
　　
　　燃機(jī)的主要控制有:速度和負(fù)荷控制;溫度控制;進(jìn)口導(dǎo)葉控制，燃料沖程控制。
　　
　　燃機(jī)的主要順控有:啟動(dòng)裝置通電;點(diǎn)火;啟動(dòng)裝置脫離和斷電;加速到同期轉(zhuǎn)速;調(diào)整轉(zhuǎn)速進(jìn)行同期;自動(dòng)和人工同期;升負(fù)荷;卸負(fù)荷;停機(jī);減速/自動(dòng)盤車;吹掃。
　　
　　燃?xì)廨啓C(jī)的主要保護(hù)有:超速;超溫;振動(dòng);火焰檢測(cè);緊急停機(jī)和潤(rùn)滑油。
　　
　　（2）汽輪機(jī)MARK-Vl控制功能
　　
　　汽機(jī)的主要控制有:蒸汽流量控制和排汽溫度控制。
　　
　　汽機(jī)的主要順控有:啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)；盤車;同期。
　　
　　汽機(jī)的主要保護(hù)有:超速;凝汽器真空低;振動(dòng)大;推力軸承磨損大;潤(rùn)滑油壓低。
　　
　　1.2.3控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
　　
　　控制系統(tǒng)的控制處理器、通信總線、電源均采用冗余配置，系統(tǒng)內(nèi)單一組件故障，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的失效，也不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行和保護(hù)功能。
　　
　　硬接線的后備操作設(shè)備獨(dú)立于控制系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生全局生或重大故障時(shí)（如通信故障、電源消失、操作員站全部故障等），確保整個(gè)機(jī)組能緊急安全停機(jī)。
　　
　　1.2.4控制設(shè)備的配置與組態(tài)
　　
　　望亭燃?xì)怆姀S聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制系統(tǒng)組態(tài)圖，見圖1。
　　
　　二、深圳東部電廠
　　
　　總體規(guī)劃建設(shè)9臺(tái)燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)已建成的一期工程3×350MW級(jí)機(jī)組。每套機(jī)組的配置分別為一拖一單軸F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，三壓、再熱、無補(bǔ)燃、臥式自然循環(huán)余熱鍋爐和凝汽式汽輪機(jī)。其中，燃?xì)廨啓C(jī)和凝汽式汽輪機(jī)由東方電氣集團(tuán)與三菱公司合作生產(chǎn)，余熱鍋爐由杭州鍋爐廠生產(chǎn)。
　　
　　2.1控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)
　　
　　電廠控制系統(tǒng)主要有DCS，隨機(jī)島主設(shè)備成套提供的控制系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)輔機(jī)控制設(shè)備。DCS采用美國(guó)EMERSON公司的Ovation系統(tǒng)的產(chǎn)品。機(jī)島的控制系統(tǒng)采用日本三菱公司的DIASYS產(chǎn)品。
　　
　　2.1.1DCS
　　
　　聯(lián)合循環(huán)機(jī)組及其輔助系統(tǒng)均為單元制，每套機(jī)組采用1套DCS，主要用于實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、廠用電源的監(jiān)視和控制，并與燃機(jī)-汽機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行雙向冗余通訊，運(yùn)行人員在集中控制室通過DCS的人機(jī)接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的集中監(jiān)視控制。
　　
　　DCS的基本設(shè)置為:單元機(jī)組DCS+公用DCS網(wǎng)絡(luò)，公用系統(tǒng)的監(jiān)控可在單元機(jī)組操作員站完成，3臺(tái)單元機(jī)組操作員站對(duì)公用系統(tǒng)的操作設(shè)置安全閉鎖，3臺(tái)單元機(jī)組操作員站均能顯示公用網(wǎng)絡(luò)的所有畫面，但在同一時(shí)刻只能由1臺(tái)單元機(jī)組操作員站對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。
　　
　　DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)分為兩層:機(jī)組過程監(jiān)控級(jí)和I/0級(jí)。機(jī)組過程控制級(jí)為快速以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊速率為1OOMb/s。此網(wǎng)絡(luò)主要用于DCS各控制站、操作員站、打印機(jī)等設(shè)備之問的通訊，并與全廠SIS網(wǎng)連接。I/0級(jí)網(wǎng)絡(luò)為PCI總線，分布在各個(gè)過程控制站內(nèi)，通訊速率為lOMb/s。此級(jí)網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)同一站內(nèi)所有I/0模件。
　　
　　2.1.2燃機(jī)-汽機(jī)控制系統(tǒng)
　　
　　燃機(jī)-汽機(jī)控制采用的是日本三菱公司的DlASYS（TCS+PCS+TPS）系統(tǒng)。TCS機(jī)島控制系統(tǒng)（TurbineControlSystem）主要完成對(duì)燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)本體的監(jiān)視和控制;PCS過程控制系統(tǒng)（ProcessControlSystem）主要完成對(duì)汽機(jī)旁路系統(tǒng)、汽機(jī)軸封系統(tǒng)、凝汽器真空系統(tǒng)的監(jiān)視和控制;TPS機(jī)島保護(hù)系統(tǒng)（TurbineProtectionSystem）主要完成對(duì)燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)的保護(hù)。
　　
　　2.1.3后備硬接線操作
　　
　　DCS操作臺(tái)配置的后備硬接線操作有:機(jī)組跳閘、發(fā)電機(jī)停、發(fā)變電組停、交流油泵啟動(dòng)、直流油泵啟動(dòng)、開真空破壞門、開高、中、低壓緊急放水門、柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、調(diào)壓站火警關(guān)斷閥。這些后備硬接線操作，能確保機(jī)組在緊急情況下安全停機(jī)。
　　
　　2.2控制系統(tǒng)功能
　　
　　2.2.lDCS功能
　　
　　電廠DCS控制功能設(shè)置與望亭電廠相似。
　　
　　2.2.2TCS+PCS+TPS功能
　　
　　TCS的主要功能有:
　　
　?。?）燃機(jī)控制功能:包括ALR"自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)器"，速度控制、負(fù)荷控制、溫度控制、燃料限制控制、zui小選擇控制、燃料流量控制、進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）控制、燃燒室旁路閥控制。
　　
　?。?）汽機(jī)控制功能:包括HP/IP/LP蒸汽壓力控制、OPC（超速保護(hù)控制）、ST試驗(yàn)功能。
　　
　　PCS的主要功能有:
　　
　　透平旁路控制、透平旁路溫度控制、軸封蒸汽壓力控制、軸封蒸汽溫度控制、ST排放閥控制。
　　
　　TPS的主要功能有:
　　
　　燃機(jī)/汽機(jī)保護(hù)有:燃機(jī)-汽機(jī)超速、軸向位移大、軸振動(dòng)大、潤(rùn)滑油壓過低、抗燃油壓過低、煙氣壓力高、燃燒室火焰消失、手動(dòng)停機(jī)、余熱鍋爐跳閘、TCS故障和其他跳閘。
　　
　　2.3控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
　　
　　設(shè)置了"一鍵啟停"功能（APS），又稱電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)。從理論上講，APS可以完成從抽真空至滿負(fù)荷的全部自動(dòng)啟動(dòng)過程，以及從滿負(fù)荷到機(jī)組停止的全部自動(dòng)停止過程。
　　
　　機(jī)組的整體啟動(dòng)/停止程序被分成若干個(gè)斷點(diǎn)，每一個(gè)斷點(diǎn)都會(huì)顯示在LCD上。操作員可以通過LCD來監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，并且操作員可以選擇是否從1個(gè)斷點(diǎn)執(zhí)行到下1個(gè)斷點(diǎn)，或者手動(dòng)干預(yù)機(jī)組的啟停過程，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的半自動(dòng)啟動(dòng)和停止操作。
　　
　　啟動(dòng)過程的主要斷點(diǎn):抽真空、余熱鍋爐啟動(dòng)、汽機(jī)啟動(dòng)、同期及升負(fù)荷。
　　
　　停機(jī)過程的主要斷點(diǎn):汽機(jī)停止、余熱鍋爐停止、抽真空破壞。
　　
　　2.4控制設(shè)備的配且與組態(tài)
　　
　　深圳東部燃?xì)怆姀S聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制區(qū)系紹逆出態(tài)圖，見圖2。
　　
　　三、控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)
　　
　　新建2×39OMW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其中，機(jī)島設(shè)備（燃機(jī)、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)）采用上海電氣集團(tuán)-德國(guó)西門子聯(lián)合體提供的單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，余熱鍋爐采用武漢鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的無補(bǔ)燃臥式自然循環(huán)鍋爐。
　　
　　3.1控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)
　　
　　電站控制系統(tǒng)主要由DCS和TCS兩部分組成，均采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的epermXP系統(tǒng)，一體化設(shè)計(jì)。
　　
　　3.1.1分散控制系統(tǒng)
　　
　　DCS嵌入epermXP系統(tǒng)，有如下子系統(tǒng):（l）模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS），主要完成機(jī)組協(xié)調(diào)控制及余熱鍋爐、高壓旁路等系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制;（2）順序控制系統(tǒng)（SCS），主要完成機(jī)組級(jí)的順序控制（APS，西門子稱作SGCUNlTCOORDlNAT5lON）、余熱鍋爐及BOP系統(tǒng)的順序控制;（3）余熱鍋爐保護(hù)系統(tǒng);（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），完成監(jiān)視控制及數(shù)據(jù)采集、管理;（5）電氣量控制（ECS，G&A），主要完成發(fā)變電組電氣量監(jiān)控及單元機(jī)組廠用電系統(tǒng)及公用廠用電系統(tǒng)的監(jiān)控。
　　
　　公用系統(tǒng)的空壓機(jī)、天然氣調(diào)壓站控制納入DCS控制系統(tǒng)，接入公用系統(tǒng)DCS?；瘜W(xué)水處理、輔助鍋爐以通訊方式接入公用系統(tǒng)DCS。
　　
　　3.1.2燃機(jī)一汽機(jī)控制系統(tǒng)
　　
　　燃機(jī)一汽機(jī)控制系統(tǒng)TCS（epermXP）由主設(shè)備廠家配套供貨，與DCS（epermXP）系統(tǒng)集成在一體，設(shè)在單元機(jī)組環(huán)網(wǎng)。
　　
　　燃機(jī)從功能上可分為主控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)，兩者為不可分割的整體。正常運(yùn)行時(shí)，主控系統(tǒng)在燃機(jī)發(fā)電機(jī)組所要求的參數(shù)下按程序運(yùn)行，出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員排除故障回到安全運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)出現(xiàn)重大故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)遮斷燃機(jī)，保證機(jī)組安全。主控系統(tǒng)中的AP自動(dòng)處理器，主要對(duì)溫度、壓力、振動(dòng)等各種參數(shù)數(shù)據(jù)采集，燃機(jī)程序啟、停，天然氣、天然氣疏氣、變頻控制、鍋爐吹掃以及發(fā)電機(jī)本體的數(shù)據(jù)采集和控制等功能;主控系統(tǒng)中的APT主要執(zhí)行燃機(jī)排氣溫度控制、啟動(dòng)控制、燃料控制、負(fù)荷限制控制、超速控制、壓氣機(jī)進(jìn)口壓力限制等。每個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同的運(yùn)行階段輸出燃料供應(yīng)基準(zhǔn)，這些燃料供給基準(zhǔn)進(jìn)行zui小選擇，其zui小值作為執(zhí)行命令信號(hào)。同一時(shí)刻只有zui小的燃料基準(zhǔn)起作用，通過燃料基準(zhǔn)的改變，控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷。通過改變壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，控制汽機(jī)排氣溫度以及防止喘振。保護(hù)系統(tǒng)分2個(gè)部分，常規(guī)的部分由AS620完成（包括由APT通過網(wǎng)絡(luò)來的跳閘信號(hào)），快速部分由AG95F（信號(hào)、處理器均為冗余結(jié)構(gòu)）完成，其中AS620B中的跳閘信號(hào)輸出到AG95F系統(tǒng)中，由AG95F系統(tǒng)輸出總跳閘信號(hào)，完成機(jī)組緊急停機(jī)。AS620B和AG95F之間的信號(hào)傳送通過網(wǎng)絡(luò)完成。
　　
　　汽輪機(jī)的控制范圍為:汽輪機(jī)本體、離合器、汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)。納入TCS控制的汽機(jī)輔助系統(tǒng)有:（l）汽機(jī)控制油系統(tǒng);（2）潤(rùn)滑油系統(tǒng)（與燃機(jī)、發(fā)電機(jī)公用供油系統(tǒng)）;（3）汽封系統(tǒng)，門桿漏汽系統(tǒng);（4）凝汽器系統(tǒng);（5）汽機(jī)密封水系統(tǒng);（6）真空系統(tǒng)（7）旁路系統(tǒng)。
　　
　　機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)起點(diǎn)較高，為適應(yīng)燃?xì)怆娬緝砂嘀七\(yùn)行，滿足機(jī)組的快速啟停的要求，設(shè)計(jì)機(jī)組級(jí)的順序啟/停功能，實(shí)現(xiàn)一鍵操作。
　　
　　epermXP系統(tǒng)的上下層操作，采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，單元機(jī)組設(shè)冗余的數(shù)據(jù)服務(wù)器（PU）l對(duì)，操作員站通過服務(wù)器（PU）與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工程師站可以訪問服務(wù)器，也可以直接訪問控制站。系統(tǒng)采用3級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié);（1）監(jiān)視操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)（TerminalBus）采用基于CSMA/CD的以太1OOMbs/s虛擬環(huán)網(wǎng)，向下通過服務(wù)器與過程控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接，通過OPCSERVER上的OfficeLan與外部系統(tǒng)（SIS）相連。（2）過程控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)PlantBus）采用1OOMbs/s虛擬環(huán)網(wǎng)，以結(jié)點(diǎn)方式與主控制單元（APT/AP）相連。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線層（FBUs）采用1.5Mbs/s的ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線與I/0模件等相連。
　　
　　1#單元機(jī)組DCS、2#單元機(jī)組DCS和公用DCS各自設(shè)置獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)，公用系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)接口（Link）分別與1#、2#單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)相連。
　　
　　機(jī)組的全套控制軟件由兒組軟件組合使用，上層監(jiān)視系統(tǒng)采用epermXP系統(tǒng)0M650監(jiān)視軟件，對(duì)整套機(jī)組實(shí)行一體化監(jiān)視。工程師站采用epermXPES680工程工具軟件，下層控制DCS、燃機(jī)和汽機(jī)輔助系統(tǒng)，采用epermXPAP620功能控制軟件，燃機(jī)和汽機(jī)本體采用DigitalControlSystemSIMADYND功能控制軟件，DCS和TCS通過過程控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)（PlantBus）通訊。
　　
　　3.1.3后備硬接線操作
　　
　　集控室主控臺(tái)的后備硬接線操作有：全廠總?cè)剂咸l、燃?xì)廨啓C(jī)緊急跳閘、蒸汽輪機(jī)緊急跳閘、發(fā)電機(jī)-變壓器組跳閘、潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)、發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘。
　　
　　3.2控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
　　
　　DCS和TCS一體化設(shè)計(jì)，epermXP基于有ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)，DCS進(jìn)一步分散化。
　　
　　根據(jù)功能不同，機(jī)組的閉環(huán)控制、開環(huán)控制和保護(hù)運(yùn)行設(shè)置了3個(gè)子系統(tǒng)，SimadynD、S5-95F、AP。
　　
　　3.3控制設(shè)備的配且與組態(tài)
　　
　　鄭州燃?xì)怆娬韭?lián)合循環(huán)機(jī)組控制系統(tǒng)組態(tài)圖，見圖3。
　　
　　四、建議
　　
　　4.1采用遠(yuǎn)程I/0已趨成熟
　　
　　基于DCS在我國(guó)大型火電機(jī)組應(yīng)用10多年來所積累的經(jīng)驗(yàn)和DCS系統(tǒng)性能的不斷改進(jìn)，在我國(guó)燃?xì)怆姀S推進(jìn)采用遠(yuǎn)程I/0的時(shí)機(jī)也已日趨成熟。望亭燃?xì)怆姀S和東部燃?xì)怆姀S余熱鍋爐以及輔助系統(tǒng)等均以工藝系統(tǒng)劃分的方式，設(shè)計(jì)配用遠(yuǎn)程I/0，進(jìn)行分散處理單元的設(shè)置和分割，實(shí)現(xiàn)控制功能分散和物理分散，取得了較為成功的經(jīng)驗(yàn)。因此，推進(jìn)國(guó)內(nèi)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組按功能組或工藝系統(tǒng)要求，是有必要的。
　　
　　4.2機(jī)組自啟停功能有待于實(shí)踐檢驗(yàn)
　　
　　國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)怆姀S燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行設(shè)置自啟停系統(tǒng)尚有不同看法。設(shè)計(jì)機(jī)組自啟停系統(tǒng)并不困難，但要使該系統(tǒng)發(fā)揮正常作用卻有很多問題需要研究。尤其是聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主、輔機(jī)可控性中還有待需要協(xié)調(diào)解決的問題。如望亭燃機(jī)電廠2×3OOMW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組、深圳東部燃?xì)怆姀S的3×35OWM聯(lián)合循環(huán)機(jī)組、北京第三熱電廠的1×35OMW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組等均設(shè)有自啟停系統(tǒng)，但目前沒有調(diào)試或沒有正式啟用。由于機(jī)組的自啟停屬于電廠的協(xié)調(diào)控制范圍，它發(fā)出指令，用以指揮局部自動(dòng)控制級(jí)的各相關(guān)系統(tǒng)（或稱功能組），而各相關(guān)系統(tǒng)在DCS操作站LCD屏幕上均已設(shè)置判據(jù)顯示與操作手段都很詳盡的Help畫面，運(yùn)行人員可以隨時(shí)掌握這些功能組的工作狀況，并能及時(shí)向它們發(fā)出指揮指令。為盡快使機(jī)組投產(chǎn)，目前尚沒有認(rèn)真對(duì)機(jī)組有自啟停功能進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，具體工程是否設(shè)置機(jī)組自啟停功能應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況研究確定。


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