顺控(SCS)很详细的讲义

第一章概述
第一节顺序控制系统概述
在生产过程控制中，有两种类型的控制，一种称为模拟量控制，另一种称为开关量控制。

在模拟量控制系统中，被控制量、设定值、控制器的输入及输出均为模拟量。

这种系统将被控制量反馈值与设定值进行比较，然后根据比较的结果，改变控制量，最终使被控制变量维持在设定值，例如水位调节系统、汽温调节系统。

在模拟量控制系统中，由于控制器、被控制对象以及反馈通道构成了一个闭合回路，所以这种系统又称为闭环控制系统(Closed Control System简称CCS)。

在开关量控制系统中，检查、运算和控制信息全部是“存在”或“不存在”两种信息。

系统输入的往往是设备状态信号，如设备的运行或停止、阀门的开或关，系统输出的是启停命令，或开关命令。

例如引风机的启动、停止控制系统。

在这类控制系统中，为了使设备A启动，往往要检测多个其他设备如B、C、D等的状态，判断它们的状态是否满足A 设备启动的要求，若不满足，要由相应的命令控制B、C、D等设备的开关或启停，直到所有条件满足后，再发出命令使A启动。

所以这种控制系统的特点是一个按照预先规定的顺序进行检查、判断(逻辑运算)、控制、再检查、判断、控制的过程。

所以开关控制又称为顺序控制系统(Sequence Control System简称SCS)。

火电厂SCS系统的任务是实现对单元机组的辅机、如各种电动机、阀门挡板的启动或停止、开或关控制。

随着机组容量的增大和参数的提高，辅机数量和辅机系统的复杂程度大大增加，一台300MW的机组约有辅机、电动门、气动门近400台套。

对如此众多且相互间具有复杂联系的辅机设备，靠运行人员进行手工操作是难以胜任的，必须采用安全可靠的自动控制装置，实现对辅机的顺序控制。

随着自动控制技术及计算机技术的发展，特别是可编程控制器(PLC)和微机分散控制系统(DCS)的发展，为实现完善的辅机顺序控制创造了条件。

火电机组辅机实现顺序控制，标志着机组的自动控制达到了一个新的水平。

SCS采用的顺序控制策略是机组及相关设备运行的客观规律的要求，也是长期运行经验的结晶，它相当于将辅机运行规程用一逻辑控制系统来实现。

采用顺序控制后，对于大型辅机，操作人员只需按一个按钮，则与这个辅机有关的附属设备就会按照安全启停规定的顺序和时间间隔自动动作，运行人员只需要监视各程序步骤执行的情况，减少了大量繁琐的操作。

同时又由于顺序控制系统设计中，各个设备的动作都设置了严密的安全联锁条件，无论是自动顺序操作还是单台设备手动操作，只要设备动作条件不满足，设备将被闭锁，从而避免运行人员误操作，保证设备的安全运行。

火电厂SCS的控制范围包括与炉、机、电主设备运行关系密切的所有辅机及阀门和挡板等。

例如，送风机、引风机、空气预热器、电动给水泵、凝结水泵、真空泵、EH油泵、
润滑油泵、送风机出口挡板、引风机进、出口挡板、加热器入口门、出口门、旁路门、抽汽截止门、逆止门等。

对于一台300MW机组，SCS系统控制的设备多达400多项。

顺序控制系统将整个辅机系统划分为若干个功能组（Function Group），所谓功能组（或称为子组）就是将属于同一系统的相关联的设备组合在一起，一般是以某一台重要辅机为中心，如引风机功能组就包括了引风机、引风机轴承冷却风机、润滑油泵、引风机进口挡板、出口挡板等。

对于相对独立的子系统，如输煤、除灰、化水、吹灰等，一般都另作设计，所以一般也不包括在电厂SCS 系统中进行介绍。

第二节顺序控制系统的构成
顺序控制系统由三部分构成：状态检测设备、控制设备、驱动设备。

1，状态检测设备。

检测被控设备的状态，如设备是否运行，是否全开或全关。

这些检测设备包括继电器触点、位置开关、压力开关、温度开关等。

2，控制设备。

用来实现状态检查、逻辑判断(即进行逻辑运算)、产生控制命令。

控制设备有下列几种：
1) 机电型：机械突轮式时序控制器。

2) 继电器型：由继电器构成。

3) 固态逻辑型：由半导体分立元件和集成电路构成。

4) 矩阵电路型：由二极管矩阵电路组成。

5) PLC型：由可编程控制器组成。

6) DCS型：由微机分散控制系统构成。

在这六种类型中，目前在电厂顺序控制中用得最多的是继电器型、PLC型和DCS型。

在继电器型中，由于是由一个个继电器组成的装置，所以接线较复杂，适用于简单的、独立的、小规模的顺序控制。

由于继电器型的触点较多，可靠性低，逻辑修改困难，维护工作量大，目前大型的、复杂的顺序控制系统中已很少再采用。

可编程控制器具有可靠性高，逻辑修改方便，维护工作量小等优点，大小规模的顺序控制系统均可使用。

例如，北仑港电厂600MW机组、吴泾电厂300MW机组的SCS系统均采用美国哥德公司的984可编程控制器实现，再通过门路与MOD 300微机分散控制系统进行通讯。

马鞍山第二发电厂300MW机组的SCS也采用PLC实现。

目前电站中输煤、除灰、化水等顺序控制系统一般均采用PLC实现。

当电厂采用微机分散控制系统时，SCS系统可以直接采用微机分散控制系统实现，作为整个分散控制系统的一部分。

微机分散控制系统不仅具备可编程序控制器的所有优点，而且可以与数据采集系统、模拟量控制系统有机结合起来，实现数据共享，从而节省大量的检测元件和信号转换装置。

目前在国内大部分采用微机分散控制系统的机组上，SCS都直接采用分散控制系统实现。

3，驱动设备。

如马达的驱动及控制电路，电动头驱动的阀门/挡板的驱动及控制电路，
电磁阀。

第三节顺序控制系统的自动化水平
目前单元机组的顺序控制一般分为三级，即系统级、功能组级和设备级。

系统级是较高级的顺序控制，也称为功能组自动方式。

它能在少量人工干预下自动实现一个较大的系统的启停甚至整台机组的启停。

SCS系统级程序在接受系统启动指令后，可以按照一定的顺序，将一个系统(例如风烟通道系统)中的若干台设备安全地启动；在系统级顺序控制的基础上，还可实现整台机组的顺序控制，即在发出机组顺序启动指令后，可以将机组从起始状态带到某个负荷，甚至100％负荷，中间只有少量断点，需要由运行人员按一下按钮，程序将继续进行下去。

实行系统级控制时，各功能组均处在自动方式，每个功能组程序执行完毕时，则向系统级程序发出完成信号，系统级程序再发出指令启动下一个功能组。

功能组级，亦称为功能组手动方式。

操作人员发出功能组启动指令后，同一功能组的有关设备将按预定的操作顺序和时间间隔自动启动。

功能组级控制是将相关连的一些设备相对集中地进行启动或停止的顺序控制。

它以某一台重要的辅机为中心进行顺控。

如某台引风机的功能组级顺控，该功能组就包括了引风机及其相对应的冷却风机、烟风道挡板等设备，并按预先设计好的程序，在启动或停止时，自动地完成整个启动或停止过程。

又如电动泵的功能级顺控，就包括电动泵、辅助润滑油泵、电动泵出口门、电动泵进口门等的控制。

一个完整的功能组，可包含三种操作：第一种操作是功能组启、停和自动/手动切换，在用功能组级控制时，应将开关先切换到“手动”位置，然后再进行启停操作。

第二种操作是“暂停HALT”和“释放RELEASE”操作。

当将控制顺序置于“释放”状态时，可对功能组随意进行启、停操作。

当功能组在执行启、停指令时，若将控制方式置于“暂停”状态时，则控制程序停止执行。

第三种操作是有二台以上的冗余设备时，选择某一台设备作为启动操作的“首台设备”，并有自动/手动切换开关。

一般说来，当选择好“首台设备”之后，应将开关切换到“自动”位置。

这样，当第一台设备启动完成之后，便会自动选择第二台设备作为“首台设备”为备用设备启动作好准备。

设备级是SCS的基础级。

操作人员通过CRT键盘或BTG盘上的按钮对各台设备分别进行操作，实现单台设备的启停。

我国近几年成套引进的采用微机分散控制系统的机组，大多设计有机组级顺控，但实际投入运行的不多，使用较少。

因此针对机组可控性水平实际情况，顺序控制系统一般只设计功能组级顺控和设备级控制两种模式。

淮北二电厂引进型300MW机组SCS系统设计了这两种控制方式。

当系统置于功能组级顺控时，运行人员启动功能组程序后，系统即按设计好的顺序自动地控制各项设备的运行。

在运行过程中各步序的回报信号和各步序的运行时间信号都能在CRT画面上受到监视，当收到正确的回报信号以后，程序就进入下一步，如果在预定的时间内没有收到正确的回报信号，则认为该步有故障，并发出报警信号，要求操作员进行干预，直到故障排除以后
程序仍按原步序进行。

当系统于设备级控制时，操作员可通过操作员站的CRT画面，完成每一个驱动级设备的单独操作。

例如美国BAILEY公司为每个顺序控制系统设计了两幅画面，第一种画面为系统流程模拟图画面，第二种画面为文字形式的画面。

第一种画面表示了工艺参数和各被控设备的符号、编号、操作人员可以通过CRT画面激活需要操作的被控对象，然后通过键盘上的操作键对设备进行启、停或开、关的操作，画面中各设备符号的颜色随着设备状态的不同而不同，当电动机处于启动状态或电动门、电磁阀处于打开状态时，设备符号呈红色、当电动机处于停止状态或电动门、电磁阀处于关闭状态时，设备符号呈绿色，当电动机、电动门、电磁阀在动作过程中故障时，设备符号呈桔色并闪光。

当电动机状态和操作指令不对应时，设备符号呈红色闪光或绿色闪光。

当电动阀门在关闭过程中，设备符号呈蓝色。

画面的右上角有该机组的实发功率显示，以及顺序启/停状态顺序的步序号和步序时间的显示。

步序时间的显示表示了本步序的运行时间还剩多少，如果在规定时间内顺序不能完成，就会发出故障信号。

画面的下方有相关画面编号的提示。

当被控对象或顺序控制被激活以后，画面的右下角将出现被控对象或顺序控制回报信号显示画面。

第二种表示了某一功能组启动程序及停止程序的步序表、各步的执行条件以及各步序的执行情况，该画面主要提供操作员操时的指导，画面的右上角有顺序状态、步序号及步序时间的显示，画面的下方有相关画面编号的提示。

第二章顺序控制系统中的现场设备
在顺序控制系统中，顺序控制装置根据开关量变送器提供的信息和运行人员发出的操作指令，经过逻辑运算，然后根据运算结果驱动执行机构，完成特定的控制任务。

顺序控制系统的现场设备是提供开关量信息的检测变送器以接受并执行开关量命令的执行机构及其控制电路。

第一节开关量变送器
开关量变送器指的是直接把热工参量或机械量转化为开关量电信号输出的测量设备。

它为顺序控制装置提供操作条件和回报信号。

开关量变送器的基本工作原理是，将被测参数的限定值转换触点信号，并按顺序控制系统的要求给出规定电平(也可由顺序控制装置的输入部分转换为规定电平)，其电源通常由顺序控制装置供给。

开关量变送器检测的是压力、温度等物理量，输出是开关量电平信号，一般来说，变送器的触点闭合或断开是在瞬间完成的，具有继电特性，因此也可称它为继电器，如压力继电器、温度继电器等。

实质上开关量变送器就是一种受控于压力或温度等参数的开关，因而也称为压力开关、温度开关等。

当被测参数上升（或下降〕到达某一规定值时，开关量变送器输出触点原状态发生改变，这个规定值称为它的动作值。

输出触点的状态改变后。

在被测参数重又下降（或上升〕到达原动作功比原动作值稍小（或稍大）的另一个数值时触点恢复原来的状态，这个值可调整。

但是有些变送器的这两个参数在制作时固定了，不能调。

有的变送器不设动作值，如液流变送器只发出液流有无的开关量信息。

开关量变送器主要的品种有：位置开关、压力开关和压差开关、流量开关、液位开关、温度开关等。

它们被接到DCS的数字量输入卡，例如WDPF的QCI卡件，作为状态输入。

一、位置开关
位置开关用于测量机械运动部件行程的极限位置，并送出开关量信号，也称为行程开关、终端开关等，位置开关的结构示意图2-1(a)所示。

当被测机械运动部件的行程达极限位置时(如锅炉油枪推进到位)，掣子1使滚轮2和传动杆3压向左方，传动杆的转动轴带动凸轮4转动，从而克服复位弹簧8的压力使撞块推动杆6，推杆的下端压到微动开关7的操作钮10上（见图2－1，b），从而使微动开关内部的动触点13瞬时动作，转换与静触点的接通位置。

动、静触点的引脚由导线引到位置开关外部，因此动作信号可以转换成电平信号，作为机械运动部件行程的开关量信号发送到顺序控制装置。

当机械运动部件后退，掣子脱离滚轮时，复位弹簧起作用，推杆释放，微动开关内部的动触点复位。

图2－2示出了用于检测机械运动部件起始位置或极限位置时的位置开关触点的断合状态，位置开关S1用于检测起始位置，位置开关S2用于检测极限位置。

当机械运动部件处于起始位置时，S1触点动作（动合触点事、动断触点断开〕，S2触点不动作。

当机械运动部件前进，脱离起始位置，即处于中间位置时，按压不到S1，S1触点复位，S2触点不动作。

当机械运动部件前进，到达极限位置时，S2触点动作，S1触点仍为复位状态。

二、压力开关
压力开关用来将被测压力转换为开关量电信号，它的工作原理示意如图2－3所示。

被测压力p送入测量元件转换为力F1，F1加在杠杆的右侧，复位弹簧6产生的拉力F2加在杠杆的左侧，差值弹簧5产生的推力F2也加在杠杆的左侧。

但是差值弹簧的推力由于受到限位器4的限制，它只能在F1 大于F2时（分析时略去力臂的作用），杠杆作反时针方向偏转后才能加到杠杆上，因此，在没有被测压力时，差值弹簧的上端被限位并与杠杆脱离。

当被测压力上升，产生的力F1大于主复位弹簧力与差值弹簧力之和F2＋F3时，杠杆可以继续反时针偏转并使微动开关动作，送出开关量信号。

当被测压力下降，产生的力F1小于F2＋F3时，杠杆顺时针偏转，偏转一定角度后差值弹簧产生的力不起作用。

如果F1继续减小，当F1小于F2时，杠杆继续顺时针偏转，直至使微动开关复位。

由此可见，压力开关的动作值大于等于复原值加上差值（F1大于或等于F2＋F3），而复原值则为复位弹簧的力F2（F1小于或等于F2）。

调整两个弹簧上面的调整螺钉，可以改变压力开关的动作压力值和复原压力值。

压力开关有高、中、低和微压开关等多种，测力机构多采用力平衡原理，测量元件有
单膜片、双膜盒、波纹管、弹簧管和大圆形橡胶膜等，可根据被测压力的高低选用合适的测量元件。

压差开关实际上是压力开关的一个品种，它和压力开关的区别仅是测量元件为双室的。

三、流量开关
在火电厂中，大部分蒸汽和水的流量都是采用节流方法测量的，利用孔板和喷嘴等已经标准化了的节流装置将流量值转换为压差值。

输出开关量信号的流量开关采用了一个压差开关，用它测量节流装置转换出的压差值，并根据节流装置的流量压差特性整定压差开关的流量动作值，即可得到流量的开关量信号。

用节流装置和压差开关组成的流量开关主要用于精确度要求较高的场合。

此外，还有许多液体流动的工况并不需要用准确的流量值来反映，例如管道中所设滤网的堵塞信号、磨煤机的断煤信号、冷却水管道的断流信号、润滑油泵启动后回油的信号等。

这些流量的开关量信号可以采用更简单和更直接的方法取得。

管道中滤网的堵塞反映在滤网前后的压差增大，因此可以直接使用压差开关测量滤网前后的压差。

当压差增大时，由压差开关送出滤网堵塞的信号。

磨煤机的断煤信号是由装在给煤机上的断煤开关提供的。

断煤开关由一个可以绕轴摆动的档板、连在轴端部的一块压板以及可由压板按压的微动开关组成。

当存在煤流时，档板被煤推起，带动轴和压板转动，这时微动开关不被压而断开；当煤断流时，档板靠重力返回，带动压板按压微动开关，送出断煤信号。

在要区别管道中水或油的流量有无的场合，可以采用档板式或浮子式流量开关，也称为液流信号器。

流体通过流量开关时，推动档板或浮子。

它们的位移通过杠杆带动外部的微动开关动作，或者通过磁钢使外部舌簧管的触点动作，从而发出开关量信号，用以判断管道中的液流是否存在。

四、液位开关
常见的液位开关有两类，一类是浮子式的，另一类是电极式的。

浮子式的液位开关是利用液体对浮子的浮力来测量液位的。

当液位变动达到一定数值时，浮子带动的磁钢使外部的舌簧管触点动作，触点闭合后可送出开关量信号。

电极式液位开关是利用液体的导电性来测量液位的。

开关是一对上下安置的电极，当容器内的液体没有触及上部电极时，电极之间的电阻极大，中间继电器线圈的电路不通，继电器处于释放状态，当液体的液位上升并触及上部电极时，液体的导电性使两个电极之间的电阻急剧降低，中间继电器线圈的电路导通，继电器吸合，它的触点送出液位的开关量信号。

利用平衡容器输出的压差值配合压差开关，可用来测量高温高压容器内的液位，输出开关量信号。

五、温度开关
对于不同的温度测量范围，应选用结构不同的温度开关，在0℃～100℃的温度范围内，通常采用固体膨胀式的温度开关，在100℃～250℃的温度范围内，大多采用气体膨胀式温度开关，对于250℃以上的温度范围，则只能采用热电偶或热电阻温度计，经过测量变送器转换为模拟量电信号，再将电信号转换为开关量信号。

固体膨胀式温度开关的工作原理是，利用不同固体受热后长度变化的差别而产生位移，从而使触点动作，输出温度的开关量信号。

例如，有一种温度开关是用双金属片（黄铜片叠在铟钢片上）构成的，由于黄铜片的线膨胀系数较铟钢片大，在受热后，双金属片就会发生弯曲。

当达到规定温度时双金属片自由端（温度开关的动触点〕产生足够的位移，与固定的静触点断开，送出开关量信号。

气体膨胀式温度开关是按气体压力式温度计的原理工作的。

它有一个测温包，内充氮气，通过密封毛细管接到压力开关的测量元件中。

当被测温度达到规定值时，温包内的充气压力使压力开关动作。

第二节开闭式阀门的操作及其控制电路
火电厂中使用得最为广泛的执行部件是电动执行器。

在顺序控制系统中，控制装置输出的开关量操作命令有相当大一部分是通过电动执行器去控制各种开闭式阀门的。

能够接受开关量信号的控制，直接操作阀门自动开闭的执行器称为阀门电动装置，或称为电动头。

一、发电厂使用的开闭式阀门概况
在火电厂中，由电动装置进行操作的阀门种类主要有闸阀、截止阀、蝶阀和球阀等。

闸阀的启闭件是闸板形的，闸板沿着与流体流向相垂直的方向作直线运动，截断或开启流体流动的通道，它是火电厂中大口径管道上（Dt大于100mm）使用的主要阀门。

截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，阀瓣上下作直线运动，去截断或开启流体流动的通路。

它是火电厂中使用得较多的一种阀门，Dt在100mm以下的管道上几乎全部使用截止阀。

蝶阀的启闭件是一个圆盘形的蝶板，它通过围绕座内的轴旋转来开启与关闭阀门，蝶板从全开到全关的旋转角度通常小于90度，蝶阀不适用于高温高压介质。

球阀是一种较新型的阀门，它的启闭件是一个有孔的球体，球体以阀体中心线为轴作旋转运动，来截断或开启流体流动的通道。

阀门从全开到全关，阀杆的旋转角为90度。

球阀适用于高压介质，但工作温度有一定限制。

各类阀门开启和关闭位置的定位方式（即开启到位和关闭到位），对于阀门电动装置的选用以及控制电路的功能设计有很大影响。

通常，开启位置的定位全部采用行程整定。

对于关闭位置的定位，采用转矩整定的阀门有强制密封闸阀、截止阀和密封式蝶阀；采用行程整定的阀门有自动密封闸阀、球阀和非密封式蝶阀。

二、电动阀门的主要组成部分及功能
电动阀门是由阀门电动装置和阀门共同构成的统一体，它既是管道部件，又是自动化部件，为了使阀门电动装置和阀门之间配合完全协调，以组成一个完善的电动阀门，必须保证阀门电动的技术特性完全满足阀门的操作特性，为此对阀门电动装置有以下要求：其最大输出转矩与阀门所需的最大操作转矩相适应；应能保证开阀的操作转矩大于关阀的操作转矩；应能保证阀门操作时要求的行程；应具有合适的操作速度，即小口径阀门的全行程时间为30～40S，大口径阀门的全行程时间为140～200S；应能适应阀门动作的总转圈数；应具有手动操作的机构；应能适应生产过程的环境条件；应能脱离阀门安装等。

电动阀门的种类、系列很多，它的结构和主要组成部分随其本身各个部件的不同而有差别。

图2－4所示为电动阀门典型结构的框图，现将它的主要组成部分功能叙述如下：。