等離子體控制系統(tǒng)可靠性研究

韋光輝 張柯 楊金華

摘 要：文章通過(guò)分析影響等離子體控制系統(tǒng)可靠性的因素，分析了電源傳導(dǎo)干擾、大功率整流設(shè)備干擾和外界干擾，確定了干擾信號(hào)進(jìn)入控制系統(tǒng)的途徑。接著從選型、設(shè)計(jì)、施工、編程、調(diào)試等環(huán)節(jié)，明確了提高控制系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施，保證了等離子體控制系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；可靠性；干擾；接地；隔離；濾波

序言

等離子體點(diǎn)火設(shè)備在火力發(fā)電廠燃煤機(jī)組上的裝機(jī)容量日益增多，為鍋爐起停和穩(wěn)燃階段節(jié)省了大量的燃料油，尤其在新建機(jī)組168前的試運(yùn)階段，等離子體點(diǎn)火設(shè)備的節(jié)油效果更為突出，國(guó)內(nèi)陸續(xù)新建了多個(gè)無(wú)燃油電廠。等離子體點(diǎn)火設(shè)備為燃煤機(jī)組的可靠運(yùn)行提供了重要保障，這就要求等離子體設(shè)備及控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。

1 影響等離子體控制系統(tǒng)可靠性的因素

1.1 鍋爐機(jī)組有許多大功率設(shè)備，送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵等，多為大功率高壓設(shè)備，同時(shí)還有變頻器、開(kāi)關(guān)電源等高頻開(kāi)關(guān)設(shè)備，使用環(huán)境決定了等離子體設(shè)備容易受到多種因素的干擾。

1.2 等離子體電源系統(tǒng)，是大功率整流裝置，采用可控硅或IGBT整流，控制系統(tǒng)與整流裝置安裝在同一電源柜內(nèi)，相互存在多個(gè)線路連接和通訊連接，所以，控制系統(tǒng)容易受到整流裝置干擾。

1.3 等離子體控制系統(tǒng)，和其他系統(tǒng)一樣，易受外界干擾源的影響：電源線導(dǎo)入的干擾；接地問(wèn)題產(chǎn)生的干擾；信號(hào)間未完全隔離產(chǎn)生的干擾；高低壓線路敷設(shè)不規(guī)范導(dǎo)致的干擾；溫濕度對(duì)元器件產(chǎn)生異常影響造成的干擾等等。

2 提高控制系統(tǒng)可靠性，保證等離子體設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)措施

2.1 正確選型、規(guī)范設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師如何準(zhǔn)確、合理地設(shè)計(jì)等離子體點(diǎn)火項(xiàng)目非常關(guān)鍵，它涉及整個(gè)項(xiàng)目質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定行、可靠性、精準(zhǔn)性和可擴(kuò)展性。所以等離子體項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師要求具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)能力，使整個(gè)系統(tǒng)有效地集成機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、儀表測(cè)量、圖像火檢和計(jì)算機(jī)設(shè)備，保證系統(tǒng)得以最優(yōu)化運(yùn)行。

控制系統(tǒng)220V交流電源設(shè)計(jì)使用UPS不間斷電源或熱工電源，避免使用質(zhì)量差的普通動(dòng)力電源，防止電源端通過(guò)電源線傳導(dǎo)進(jìn)干擾信號(hào)；控制電源不能直接取用等離子體動(dòng)力電源中的任何一相和N線，等離子體三相電源為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，三相隔離變壓器中性點(diǎn)易產(chǎn)生漂移，導(dǎo)致取自動(dòng)力電源的220V電源質(zhì)量很差，甚至燒毀設(shè)備。對(duì)于個(gè)別控制電源必須取自等離子體動(dòng)力電源的項(xiàng)目，需要增加380V/220V隔離變壓器和濾波器，有些使用UPS電源或熱工電源的項(xiàng)目，可能仍然存在通過(guò)電源傳入的干擾，也需要在電源輸入端增加隔離變壓器和濾波器，將電源線導(dǎo)入的干擾信號(hào)徹底消除。

柜內(nèi)、柜外設(shè)備布局要科學(xué)、合理，既要保證設(shè)備正常散熱，又要確保高低壓設(shè)備間有足夠距離，防止設(shè)備間存在輻射干擾或耦合干擾。

合理選型，為防止干擾、保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制系統(tǒng)元器件選型非常關(guān)鍵。整流器或功率組件相關(guān)的模擬量輸入、輸出信號(hào)，通常容易被干擾，容易造成PLC采集數(shù)據(jù)存在誤差，有時(shí)還會(huì)對(duì)其他信號(hào)造成影響。PLC最好選用通道隔離型模塊，且模塊具有消除差模和共模干擾的內(nèi)置電路，或模塊采樣電路具有硬件濾波功能；如果項(xiàng)目對(duì)元器件品牌有限定，該品牌產(chǎn)品不具備通道隔離功能時(shí)，需要另外選用外部隔離變送器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，防止對(duì)控制系統(tǒng)造成干擾。

除元器件需要合理選型外，柜內(nèi)外電纜的選型也非常關(guān)鍵。電纜選型，除要考慮載流量、溫度環(huán)境、敷設(shè)條件、耐壓等級(jí)、防護(hù)等級(jí)這些常規(guī)參數(shù)外，還需要根據(jù)電纜的使用位置、信號(hào)類型確定特殊的要求，比如是否阻燃、是否需要鎧裝、是否需要屏蔽等等。通訊電纜的選型非常關(guān)鍵，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線型通訊，我公司統(tǒng)一規(guī)定使用西門子6XV1 830電纜。通訊距離較遠(yuǎn)或干擾過(guò)大的場(chǎng)合，需要合理選型光纖代替通訊電纜。

控制系統(tǒng)安全、可靠的另一個(gè)重要因素是系統(tǒng)的保護(hù)功能，系統(tǒng)具有完善的保護(hù)裝置和保護(hù)邏輯，急停按鈕和MFT聯(lián)動(dòng)邏輯等保護(hù)措施，保證了等離子體控制系統(tǒng)在故障瞬間停止等離子體系統(tǒng)的運(yùn)行，切斷等離子體動(dòng)力電源，防止故障擴(kuò)大造成設(shè)備和人身傷害。

2.2 規(guī)范安裝

柜內(nèi)元器件安裝和接線，完全按公司《控制柜接線標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，質(zhì)檢部負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和接線規(guī)范進(jìn)行監(jiān)督，設(shè)備出廠前由質(zhì)檢部統(tǒng)一檢測(cè)，對(duì)不合格產(chǎn)品或接線不規(guī)范、存在干擾或信號(hào)異常的控制柜進(jìn)行徹底整改，完全整改后再次進(jìn)行出廠檢驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)安裝是否規(guī)范、合理，對(duì)系統(tǒng)調(diào)試和后期運(yùn)行有很大影響。施工必須按合同中的技術(shù)條款進(jìn)行，杜絕接線混亂現(xiàn)象。為減少系統(tǒng)受到的干擾，禁止動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)使用同一點(diǎn)接地，必須將控制接地和動(dòng)力接地、保護(hù)接地嚴(yán)格分開(kāi)。

現(xiàn)場(chǎng)電纜，必須將動(dòng)力電纜和控制電纜分開(kāi)敷設(shè)，動(dòng)力電纜橋架和控制電纜橋架分層放置，避免交叉，對(duì)于動(dòng)力控制電纜無(wú)法單獨(dú)放置的情況，共同使用的橋架內(nèi)必須安裝隔板，防止動(dòng)力電纜對(duì)控制電纜產(chǎn)生干擾。

通訊電纜或計(jì)算機(jī)電纜，最好單獨(dú)敷設(shè)。光纜敷設(shè)需要嚴(yán)格按照光纜敷設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光纜敷設(shè)環(huán)境、敷設(shè)深度、轉(zhuǎn)彎半徑和接頭熔接都有嚴(yán)格的要求。

2.3 編程和調(diào)試

控制系統(tǒng)中PLC程序和DCS程序，要求功能完善、語(yǔ)句精簡(jiǎn)、邏輯嚴(yán)密、保護(hù)周全。PLC對(duì)遠(yuǎn)控和就地指令實(shí)時(shí)掃描外，還時(shí)刻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)，對(duì)于接收到的不同指令和狀態(tài)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯規(guī)則，分別執(zhí)行不同的邏輯操作。完善的保護(hù)邏輯，保證系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可自行退出運(yùn)行狀態(tài)，并將故障信息送給DCS系統(tǒng)。

PLC程序中必須有指令信號(hào)防抖消除功能、模擬量信號(hào)濾波功能，防止誤動(dòng)作，保證系統(tǒng)的可靠性。

等離子體控制系統(tǒng)PLC程序功能完善，除完美實(shí)現(xiàn)等離子體系統(tǒng)起停邏輯外，主要保證PLC和整流裝置間的通訊功能、電源柜和PLC控制柜或DCS間的PROFIBUS或MODBUS通訊功能。通訊是DCS遠(yuǎn)方控制等離子體設(shè)備的主要方式，另外，對(duì)于DCS有富裕I/O點(diǎn)的項(xiàng)目，或?qū)刂浦噶羁煽啃杂刑厥庖髸r(shí)，也可以使用硬接線和通訊同時(shí)傳送控制指令的方式，可靠性得到進(jìn)一步提高。

DCS系統(tǒng)同樣具備一套完善的邏輯指令，為等離子體控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。在鍋爐MFT故障后，DCS會(huì)通過(guò)通訊方式或硬接線方式將該故障送到等離子體控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)立即退出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；同樣，DCS系統(tǒng)根據(jù)等離子體設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)磨煤機(jī)管道出口門或自動(dòng)跳磨，保證鍋爐安全運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

等離子體控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、選型、安裝、編程調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，規(guī)范設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工，優(yōu)化程序，很大程度上提高了控制系統(tǒng)抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

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作者簡(jiǎn)介：韋光輝（1975，7-），男，漢族，籍貫：山東省夏津縣，學(xué)歷：大學(xué)，學(xué)位：學(xué)士，職稱：中級(jí)，工程師。