淺談電氣控制系統(ECS)的應用與發展

[摘要]在當今電氣時代，電氣化控制系統（ECS）的應用十分的普遍。本文介紹了電氣控制系統的特點及主要功能，而且重點介紹了其在電廠和卷煙機中的具體應用，并根據電氣控制系統本身所具有的優點，預測了未來電氣控制系統的發展方向。

[關鍵詞]功能擴展；電氣控制系統；綜合自動化

一、引言

電氣自動化控制技術是當今應用最為廣泛的技術之一，隨著電力市場的飛速發展，電氣控制系統不僅僅局限于工廠廠房中應用，還應用到了普通百姓的日常生活當中。例如：在當今的電廠中，電氣控制系統中的分散控制系統（DCS）已經成為50MW以上機組的標準配置；另外，隨著眾多電廠企業為了適應現代化管理的需要，大多數都采用了信息技術、建立 SIS（實時信息系統）、MIS（生產管理系統）。未來的電氣自動化控制系統將伴隨多學科交叉、信息化發展等趨勢將逐步建立信息共享、管理、決策平臺，為更廣泛的人群服務，使人們的生活更加的便捷。

二、電氣控制系統的特點和主要功能

與普通的熱工控制量相比，電氣控制系統（ECS）中的電氣控制量在控制要求和運行過程中擁有更為明顯的特點，主要表現為以下幾個方面：（1）電氣控制系統相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性；（2）電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快；同時對抗干擾要求較高；（3）熱力系統控制處理信息量大，系統復雜，以過程控制為主；電氣控制系統（ECS）主要以數據采集系統和順序控制為主，聯鎖保護較多。

因此，機組的電氣系統納入 DCS 控制，要求控制系統具有很高的可靠性。除了能實現正常起停和運行操作外，尤其要求能夠實現實時顯示異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態，并提供相應的操作指導和應急處理措施，保證電氣系統自動控制在最安全合理的工況下工作。

為了保證一次設備運行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設備為之服務，能夠實現某項控制功能的若干個電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設備要有以下功能：（1）自動控制功能。高壓和大電流開關設備的體積是很大的，一般都采用操作系統來控制分、合閘，特別是當設備出了故障時，需要開關自動切斷電路，要有一套自動控制的電氣操作設備，對供電設備進行自動控制。（2）保護功能。電氣設備與線路在運行過程中會發生故障，電流（或電壓）會超過設備與線路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測這些故障信號并對設備和線路進行自動調整（斷開、切換等）的保護設備。（3）監視功能。電是眼睛看不見的，一臺設備是否帶電或斷電，從外表看無法分辨，這就需要設置各種視聽信號，如燈光和音響等，對一次設備進行電氣監視。（4）測量功能。燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態（有電或斷電），如果想定量地知道電氣設備的工作情況，還需要有各種儀表測量設備，測量線路的各種參數，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

在設備操作與監視當中，傳統的操作組件、控制電器、儀表和信號等設備大多可被電腦控制系統及電子組件所取代，但在小型設備和就地局部控制的電路中仍有一定的應用范圍。這也都是電路實現微機自動化控制的基礎。

常用的控制線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）保護回路。保護(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對電氣設備和線路進行短路、過載和失壓等各種保護，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩壓組件等保護組件組成。（3）信號回路。能及時反映或顯示設備和線路正常與非正常工作狀態信息的回路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設備等。（4）自動與手動問路。電氣設備為了提高工作效率，一般都設有自動環節，但在安裝、調試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設置手動環節，通過組合開關或轉換開關等實現自動與手動方式的轉換。（5）制動停車回路。切斷電路的供電電源，并采取某些制動措施，使電動機迅速停車的控制環節，如能耗制動、電源反接制動，倒拉反接制動和再生發電制動等。（6）自鎖及閉鎖同路。啟動按鈕松開后，線路保持通電，電氣設備能繼續工作的電氣環節叫自鎖環節，如接觸器的動合觸點串聯在線圈電路中。兩臺或兩臺以上的電氣裝置和組件，為了保證設備運行的安全與可靠，只能一臺通電啟動，另一臺不能通電啟動的保護環節，叫閉鎖環節。如兩個接觸器的動斷觸點分別串聯在對方線圈電路中。

三、電氣控制系統的應用

1．電氣控制系統（ECS）在我國電廠中的應用。ECS在國內電廠中的應用主要分為3個階段，第一個階段是強點控制方式階段，在這個階段采用的是點對點的控制方式，雖然從控制系統上看設備應用較為簡單，但該系統存在自動化程度低等本質性的缺陷；第二個階段是分散控制系統（DCS，Distributed Control System）階段，在這個階段電氣控制系統的自動化程度得到了明顯的提高，借助于計算機技術的支持，系統從之前的數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)逐漸發展到機電一體化控制系統；第三個階段是電氣控制系統（ECS，Electric Control System）階段，也就是現在技術意義上的ECS階段，在這個階段電氣控制系統擁有了信息交換所需要的信息接口與控制接口，并且利用了工業現場總線（CAN）與以太網組成了系統獨立的網絡通訊結構，能夠實現獨立的數據通信和數字化控制，即大幅度的減少了接線次數，又極大的節約了電廠現場施工操作的次數，減少了電廠的日常運營維護成本。

２．電氣控制系統（ECS）在卷煙機中的應用。當前大多數卷煙廠的卷煙機都應用的是現代化的電氣控制系統，這種自動化機器集成了機械、電、光、液壓等控制方式，整機的自動化程度較高，控制系統相對于傳統的卷煙機控制系統更為復雜，根據卷煙機的工藝過程可將其分為以下3個基本模塊分析：一是主電機啟停控制模塊。這個控制模塊是卷煙機的核心控制模塊之一，在主電機啟動前，主離合器必須斷開，以保證主電機在輕載狀態下啟動運行，一旦機器出現非正常性故障時，要求控制模塊必須立即切斷主電機的電源，以保證整臺卷煙機的安全。二是變頻調速控制模塊。卷煙機共有點動速度（1/6全速）、低速（1/3全速）和全速三種運行速度，由PLC控制系統根據當前的運行條件產生相應的輸出信號控制交流變頻器的速度設定，從而達到合適的機器運行速度。三是其他電機控制模塊。在主電機正常啟動之后，電氣控制系統需要控制大小風機電機、油泵電機、油冷電機、漿糊電機、液壓電機、煙梗電機、料斗電機、振動盤電機和除塵電機等設備開設運行。

總之，電氣控制系統雖然目前自動化程度能夠滿足大規模工業生產的需要，但是未來的工廠生產將是智能化、柔性化生產模式，因此需要電氣控制系統加快智能化技術的發展，才能夠適應未來工業的生產應用。

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