淺談電氣控制系統(tǒng)(ECS)的應(yīng)用與發(fā)展

[摘要]在當(dāng)今電氣時(shí)代，電氣化控制系統(tǒng)（ECS）的應(yīng)用十分的普遍。本文介紹了電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要功能，而且重點(diǎn)介紹了其在電廠和卷煙機(jī)中的具體應(yīng)用，并根據(jù)電氣控制系統(tǒng)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，預(yù)測(cè)了未來(lái)電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]功能擴(kuò)展；電氣控制系統(tǒng)；綜合自動(dòng)化

一、引言

電氣自動(dòng)化控制技術(shù)是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，隨著電力市場(chǎng)的飛速發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)不僅僅局限于工廠廠房中應(yīng)用，還應(yīng)用到了普通百姓的日常生活當(dāng)中。例如：在當(dāng)今的電廠中，電氣控制系統(tǒng)中的分散控制系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)成為50MW以上機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)配置；另外，隨著眾多電廠企業(yè)為了適應(yīng)現(xiàn)代化管理的需要，大多數(shù)都采用了信息技術(shù)、建立 SIS（實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)）、MIS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）。未來(lái)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)將伴隨多學(xué)科交叉、信息化發(fā)展等趨勢(shì)將逐步建立信息共享、管理、決策平臺(tái)，為更廣泛的人群服務(wù)，使人們的生活更加的便捷。

二、電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和主要功能

與普通的熱工控制量相比，電氣控制系統(tǒng)（ECS）中的電氣控制量在控制要求和運(yùn)行過(guò)程中擁有更為明顯的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）電氣控制系統(tǒng)相對(duì)熱機(jī)設(shè)備而言控制信息采集量小、對(duì)象少，操作頻率低，但強(qiáng)調(diào)快速性、準(zhǔn)確性；（2）電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高，動(dòng)作速度快；同時(shí)對(duì)抗干擾要求較高；（3）熱力系統(tǒng)控制處理信息量大，系統(tǒng)復(fù)雜，以過(guò)程控制為主；電氣控制系統(tǒng)（ECS）主要以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和順序控制為主，聯(lián)鎖保護(hù)較多。

因此，機(jī)組的電氣系統(tǒng)納入 DCS 控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制在最安全合理的工況下工作。

為了保證一次設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)控制功能的若干個(gè)電器組件的組合，稱(chēng)為控制回路或二次回路。這些設(shè)備要有以下功能：（1）自動(dòng)控制功能。高壓和大電流開(kāi)關(guān)設(shè)備的體積是很大的，一般都采用操作系統(tǒng)來(lái)控制分、合閘，特別是當(dāng)設(shè)備出了故障時(shí)，需要開(kāi)關(guān)自動(dòng)切斷電路，要有一套自動(dòng)控制的電氣操作設(shè)備，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。（2）保護(hù)功能。電氣設(shè)備與線(xiàn)路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生故障，電流（或電壓）會(huì)超過(guò)設(shè)備與線(xiàn)路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測(cè)這些故障信號(hào)并對(duì)設(shè)備和線(xiàn)路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整（斷開(kāi)、切換等）的保護(hù)設(shè)備。（3）監(jiān)視功能。電是眼睛看不見(jiàn)的，一臺(tái)設(shè)備是否帶電或斷電，從外表看無(wú)法分辨，這就需要設(shè)置各種視聽(tīng)信號(hào)，如燈光和音響等，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行電氣監(jiān)視。（4）測(cè)量功能。燈光和音響信號(hào)只能定性地表明設(shè)備的工作狀態(tài)（有電或斷電），如果想定量地知道電氣設(shè)備的工作情況，還需要有各種儀表測(cè)量設(shè)備，測(cè)量線(xiàn)路的各種參數(shù)，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

在設(shè)備操作與監(jiān)視當(dāng)中，傳統(tǒng)的操作組件、控制電器、儀表和信號(hào)等設(shè)備大多可被電腦控制系統(tǒng)及電子組件所取代，但在小型設(shè)備和就地局部控制的電路中仍有一定的應(yīng)用范圍。這也都是電路實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。

常用的控制線(xiàn)路的基本回路由以下幾部分組成：（1）電源供電回路。供電回路的供電電源有AC380V和220V等多種。（2）保護(hù)回路。保護(hù)(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對(duì)電氣設(shè)備和線(xiàn)路進(jìn)行短路、過(guò)載和失壓等各種保護(hù)，由熔斷器、熱繼電器、失壓線(xiàn)圈、整流組件和穩(wěn)壓組件等保護(hù)組件組成。（3）信號(hào)回路。能及時(shí)反映或顯示設(shè)備和線(xiàn)路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路，如不同顏色的信號(hào)燈，不同聲響的音響設(shè)備等。（4）自動(dòng)與手動(dòng)問(wèn)路。電氣設(shè)備為了提高工作效率，一般都設(shè)有自動(dòng)環(huán)節(jié)，但在安裝、調(diào)試及緊急事故的處理中，控制線(xiàn)路中還需要設(shè)置手動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)組合開(kāi)關(guān)或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換。（5）制動(dòng)停車(chē)回路。切斷電路的供電電源，并采取某些制動(dòng)措施，使電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)的控制環(huán)節(jié)，如能耗制動(dòng)、電源反接制動(dòng)，倒拉反接制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)等。（6）自鎖及閉鎖同路。啟動(dòng)按鈕松開(kāi)后，線(xiàn)路保持通電，電氣設(shè)備能繼續(xù)工作的電氣環(huán)節(jié)叫自鎖環(huán)節(jié)，如接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)在線(xiàn)圈電路中。兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電氣裝置和組件，為了保證設(shè)備運(yùn)行的安全與可靠，只能一臺(tái)通電啟動(dòng)，另一臺(tái)不能通電啟動(dòng)的保護(hù)環(huán)節(jié)，叫閉鎖環(huán)節(jié)。如兩個(gè)接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在對(duì)方線(xiàn)圈電路中。

三、電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1．電氣控制系統(tǒng)（ECS）在我國(guó)電廠中的應(yīng)用。ECS在國(guó)內(nèi)電廠中的應(yīng)用主要分為3個(gè)階段，第一個(gè)階段是強(qiáng)點(diǎn)控制方式階段，在這個(gè)階段采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，雖然從控制系統(tǒng)上看設(shè)備應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，但該系統(tǒng)存在自動(dòng)化程度低等本質(zhì)性的缺陷；第二個(gè)階段是分散控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）階段，在這個(gè)階段電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度得到了明顯的提高，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，系統(tǒng)從之前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)逐漸發(fā)展到機(jī)電一體化控制系統(tǒng)；第三個(gè)階段是電氣控制系統(tǒng)（ECS，Electric Control System）階段，也就是現(xiàn)在技術(shù)意義上的ECS階段，在這個(gè)階段電氣控制系統(tǒng)擁有了信息交換所需要的信息接口與控制接口，并且利用了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（CAN）與以太網(wǎng)組成了系統(tǒng)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通信和數(shù)字化控制，即大幅度的減少了接線(xiàn)次數(shù)，又極大的節(jié)約了電廠現(xiàn)場(chǎng)施工操作的次數(shù)，減少了電廠的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

２．電氣控制系統(tǒng)（ECS）在卷煙機(jī)中的應(yīng)用。當(dāng)前大多數(shù)卷煙廠的卷煙機(jī)都應(yīng)用的是現(xiàn)代化的電氣控制系統(tǒng)，這種自動(dòng)化機(jī)器集成了機(jī)械、電、光、液壓等控制方式，整機(jī)的自動(dòng)化程度較高，控制系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的卷煙機(jī)控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，根據(jù)卷煙機(jī)的工藝過(guò)程可將其分為以下3個(gè)基本模塊分析：一是主電機(jī)啟?？刂颇K。這個(gè)控制模塊是卷煙機(jī)的核心控制模塊之一，在主電機(jī)啟動(dòng)前，主離合器必須斷開(kāi)，以保證主電機(jī)在輕載狀態(tài)下啟動(dòng)運(yùn)行，一旦機(jī)器出現(xiàn)非正常性故障時(shí)，要求控制模塊必須立即切斷主電機(jī)的電源，以保證整臺(tái)卷煙機(jī)的安全。二是變頻調(diào)速控制模塊。卷煙機(jī)共有點(diǎn)動(dòng)速度（1/6全速）、低速（1/3全速）和全速三種運(yùn)行速度，由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行條件產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)控制交流變頻器的速度設(shè)定，從而達(dá)到合適的機(jī)器運(yùn)行速度。三是其他電機(jī)控制模塊。在主電機(jī)正常啟動(dòng)之后，電氣控制系統(tǒng)需要控制大小風(fēng)機(jī)電機(jī)、油泵電機(jī)、油冷電機(jī)、漿糊電機(jī)、液壓電機(jī)、煙梗電機(jī)、料斗電機(jī)、振動(dòng)盤(pán)電機(jī)和除塵電機(jī)等設(shè)備開(kāi)設(shè)運(yùn)行。

總之，電氣控制系統(tǒng)雖然目前自動(dòng)化程度能夠滿(mǎn)足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要，但是未來(lái)的工廠生產(chǎn)將是智能化、柔性化生產(chǎn)模式，因此需要電氣控制系統(tǒng)加快智能化技術(shù)的發(fā)展，才能夠適應(yīng)未來(lái)工業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)用。

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