等離子體控制系統可靠性研究

韋光輝 張柯 楊金華

摘 要：文章通過分析影響等離子體控制系統可靠性的因素，分析了電源傳導干擾、大功率整流設備干擾和外界干擾，確定了干擾信號進入控制系統的途徑。接著從選型、設計、施工、編程、調試等環節，明確了提高控制系統可靠性的技術措施，保證了等離子體控制系統的可靠性。

關鍵詞：控制系統；可靠性；干擾；接地；隔離；濾波

序言

等離子體點火設備在火力發電廠燃煤機組上的裝機容量日益增多，為鍋爐起停和穩燃階段節省了大量的燃料油，尤其在新建機組168前的試運階段，等離子體點火設備的節油效果更為突出，國內陸續新建了多個無燃油電廠。等離子體點火設備為燃煤機組的可靠運行提供了重要保障，這就要求等離子體設備及控制系統具有很高的可靠性。

1 影響等離子體控制系統可靠性的因素

1.1 鍋爐機組有許多大功率設備，送風機、引風機、給水泵等，多為大功率高壓設備，同時還有變頻器、開關電源等高頻開關設備，使用環境決定了等離子體設備容易受到多種因素的干擾。

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

1.3 等離子體控制系統，和其他系統一樣，易受外界干擾源的影響：電源線導入的干擾；接地問題產生的干擾；信號間未完全隔離產生的干擾；高低壓線路敷設不規范導致的干擾；溫濕度對元器件產生異常影響造成的干擾等等。

2 提高控制系統可靠性，保證等離子體設備穩定運行的技術措施

2.1 正確選型、規范設計

控制系統設計工程師如何準確、合理地設計等離子體點火項目非常關鍵，它涉及整個項目質量和系統的穩定行、可靠性、精準性和可擴展性。所以等離子體項目負責人和系統設計工程師要求具有豐富的設計經驗和很強的專業技術能力，使整個系統有效地集成機械設備、電氣設備、儀表測量、圖像火檢和計算機設備，保證系統得以最優化運行。

控制系統220V交流電源設計使用UPS不間斷電源或熱工電源，避免使用質量差的普通動力電源，防止電源端通過電源線傳導進干擾信號；控制電源不能直接取用等離子體動力電源中的任何一相和N線，等離子體三相電源為中性點不接地系統，三相隔離變壓器中性點易產生漂移，導致取自動力電源的220V電源質量很差，甚至燒毀設備。對于個別控制電源必須取自等離子體動力電源的項目，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目，可能仍然存在通過電源傳入的干擾，也需要在電源輸入端增加隔離變壓器和濾波器，將電源線導入的干擾信號徹底消除。

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

合理選型，為防止干擾、保證系統運行穩定可靠，控制系統元器件選型非常關鍵。整流器或功率組件相關的模擬量輸入、輸出信號，通常容易被干擾，容易造成PLC采集數據存在誤差，有時還會對其他信號造成影響。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置電路，或模塊采樣電路具有硬件濾波功能；如果項目對元器件品牌有限定，該品牌產品不具備通道隔離功能時，需要另外選用外部隔離變送器，對信號進行隔離，防止對控制系統造成干擾。

除元器件需要合理選型外，柜內外電纜的選型也非常關鍵。電纜選型，除要考慮載流量、溫度環境、敷設條件、耐壓等級、防護等級這些常規參數外，還需要根據電纜的使用位置、信號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鍵，對于現場總線型通訊，我公司統一規定使用西門子6XV1 830電纜。通訊距離較遠或干擾過大的場合，需要合理選型光纖代替通訊電纜。

控制系統安全、可靠的另一個重要因素是系統的保護功能，系統具有完善的保護裝置和保護邏輯，急停按鈕和MFT聯動邏輯等保護措施，保證了等離子體控制系統在故障瞬間停止等離子體系統的運行，切斷等離子體動力電源，防止故障擴大造成設備和人身傷害。

2.2 規范安裝

柜內元器件安裝和接線，完全按公司《控制柜接線標準》執行，質檢部負責對產品的質量和接線規范進行監督，設備出廠前由質檢部統一檢測，對不合格產品或接線不規范、存在干擾或信號異常的控制柜進行徹底整改，完全整改后再次進行出廠檢驗。

現場安裝是否規范、合理，對系統調試和后期運行有很大影響。施工必須按合同中的技術條款進行，杜絕接線混亂現象。為減少系統受到的干擾，禁止動力系統和控制系統使用同一點接地，必須將控制接地和動力接地、保護接地嚴格分開。

現場電纜，必須將動力電纜和控制電纜分開敷設，動力電纜橋架和控制電纜橋架分層放置，避免交叉，對于動力控制電纜無法單獨放置的情況，共同使用的橋架內必須安裝隔板，防止動力電纜對控制電纜產生干擾。

通訊電纜或計算機電纜，最好單獨敷設。光纜敷設需要嚴格按照光纜敷設規范和標準執行，標準對光纜敷設環境、敷設深度、轉彎半徑和接頭熔接都有嚴格的要求。

2.3 編程和調試

控制系統中PLC程序和DCS程序，要求功能完善、語句精簡、邏輯嚴密、保護周全。PLC對遠控和就地指令實時掃描外，還時刻監控設備運行狀態和報警狀態，對于接收到的不同指令和狀態，根據預先設定的邏輯規則，分別執行不同的邏輯操作。完善的保護邏輯，保證系統在發生故障時可自行退出運行狀態，并將故障信息送給DCS系統。

PLC程序中必須有指令信號防抖消除功能、模擬量信號濾波功能，防止誤動作，保證系統的可靠性。

等離子體控制系統PLC程序功能完善，除完美實現等離子體系統起停邏輯外，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遠方控制等離子體設備的主要方式，另外，對于DCS有富裕I/O點的項目，或對控制指令可靠性有特殊要求時，也可以使用硬接線和通訊同時傳送控制指令的方式，可靠性得到進一步提高。

DCS系統同樣具備一套完善的邏輯指令，為等離子體控制系統安全、穩定運行提供了保障。在鍋爐MFT故障后，DCS會通過通訊方式或硬接線方式將該故障送到等離子體控制系統，控制系統立即退出設備運行狀態；同樣，DCS系統根據等離子體設備運行狀態，自動開關磨煤機管道出口門或自動跳磨，保證鍋爐安全運行。

3 結束語

等離子體控制系統，通過對設計、選型、安裝、編程調試等各個環節嚴格控制，規范設計、嚴格施工，優化程序，很大程度上提高了控制系統抗干擾能力，保證了系統運行的穩定性、可靠性和安全性。

參考文獻

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[2]王廣雄，何朕.控制系統設計[M].北京：清華大學出版社，2008.

[3]周鶴良.電氣工程師手冊[M].北京：中國電力出版社，2008（9）：131-163.

作者簡介：韋光輝（1975，7-），男，漢族，籍貫：山東省夏津縣，學歷：大學，學位：學士，職稱：中級，工程師。