等离子体控制系统可靠性研究

韦光辉 张柯 杨金华

摘 要：文章通过分析影响等离子体控制系统可靠性的因素，分析了电源传导干扰、大功率整流设备干扰和外界干扰，确定了干扰信号进入控制系统的途径。接着从选型、设计、施工、编程、调试等环节，明确了提高控制系统可靠性的技术措施，保证了等离子体控制系统的可靠性。

关键词：控制系统；可靠性；干扰；接地；隔离；滤波

序言

等离子体点火设备在火力发电厂燃煤机组上的装机容量日益增多，为锅炉起停和稳燃阶段节省了大量的燃料油，尤其在新建机组168前的试运阶段，等离子体点火设备的节油效果更为突出，国内陆续新建了多个无燃油电厂。等离子体点火设备为燃煤机组的可靠运行提供了重要保障，这就要求等离子体设备及控制系统具有很高的可靠性。

1 影响等离子体控制系统可靠性的因素

1.1 锅炉机组有许多大功率设备，送风机、引风机、给水泵等，多为大功率高压设备，同时还有变频器、开关电源等高频开关设备，使用环境决定了等离子体设备容易受到多种因素的干扰。

1.2 等离子体电源系统，是大功率整流装置，采用可控硅或IGBT整流，控制系统与整流装置安装在同一电源柜内，相互存在多个线路连接和通讯连接，所以，控制系统容易受到整流装置干扰。

1.3 等离子体控制系统，和其他系统一样，易受外界干扰源的影响：电源线导入的干扰；接地问题产生的干扰；信号间未完全隔离产生的干扰；高低压线路敷设不规范导致的干扰；温湿度对元器件产生异常影响造成的干扰等等。

2 提高控制系统可靠性，保证等离子体设备稳定运行的技术措施

2.1 正确选型、规范设计

控制系统设计工程师如何准确、合理地设计等离子体点火项目非常关键，它涉及整个项目质量和系统的稳定行、可靠性、精准性和可扩展性。所以等离子体项目负责人和系统设计工程师要求具有丰富的设计经验和很强的专业技术能力，使整个系统有效地集成机械设备、电气设备、仪表测量、图像火检和计算机设备，保证系统得以最优化运行。

控制系统220V交流电源设计使用UPS不间断电源或热工电源，避免使用质量差的普通动力电源，防止电源端通过电源线传导进干扰信号；控制电源不能直接取用等离子体动力电源中的任何一相和N线，等离子体三相电源为中性点不接地系统，三相隔离变压器中性点易产生漂移，导致取自动力电源的220V电源质量很差，甚至烧毁设备。对于个别控制电源必须取自等离子体动力电源的项目，需要增加380V/220V隔离变压器和滤波器，有些使用UPS电源或热工电源的项目，可能仍然存在通过电源传入的干扰，也需要在电源输入端增加隔离变压器和滤波器，将电源线导入的干扰信号彻底消除。

柜内、柜外设备布局要科学、合理，既要保证设备正常散热，又要确保高低压设备间有足够距离，防止设备间存在辐射干扰或耦合干扰。

合理选型，为防止干扰、保证系统运行稳定可靠，控制系统元器件选型非常关键。整流器或功率组件相关的模拟量输入、输出信号，通常容易被干扰，容易造成PLC采集数据存在误差，有时还会对其他信号造成影响。PLC最好选用通道隔离型模块，且模块具有消除差模和共模干扰的内置电路，或模块采样电路具有硬件滤波功能；如果项目对元器件品牌有限定，该品牌产品不具备通道隔离功能时，需要另外选用外部隔离变送器，对信号进行隔离，防止对控制系统造成干扰。

除元器件需要合理选型外，柜内外电缆的选型也非常关键。电缆选型，除要考虑载流量、温度环境、敷设条件、耐压等级、防护等级这些常规参数外，还需要根据电缆的使用位置、信号类型确定特殊的要求，比如是否阻燃、是否需要铠装、是否需要屏蔽等等。通讯电缆的选型非常关键，对于现场总线型通讯，我公司统一规定使用西门子6XV1 830电缆。通讯距离较远或干扰过大的场合，需要合理选型光纤代替通讯电缆。

控制系统安全、可靠的另一个重要因素是系统的保护功能，系统具有完善的保护装置和保护逻辑，急停按钮和MFT联动逻辑等保护措施，保证了等离子体控制系统在故障瞬间停止等离子体系统的运行，切断等离子体动力电源，防止故障扩大造成设备和人身伤害。

2.2 规范安装

柜内元器件安装和接线，完全按公司《控制柜接线标准》执行，质检部负责对产品的质量和接线规范进行监督，设备出厂前由质检部统一检测，对不合格产品或接线不规范、存在干扰或信号异常的控制柜进行彻底整改，完全整改后再次进行出厂检验。

现场安装是否规范、合理，对系统调试和后期运行有很大影响。施工必须按合同中的技术条款进行，杜绝接线混乱现象。为减少系统受到的干扰，禁止动力系统和控制系统使用同一点接地，必须将控制接地和动力接地、保护接地严格分开。

现场电缆，必须将动力电缆和控制电缆分开敷设，动力电缆桥架和控制电缆桥架分层放置，避免交叉，对于动力控制电缆无法单独放置的情况，共同使用的桥架内必须安装隔板，防止动力电缆对控制电缆产生干扰。

通讯电缆或计算机电缆，最好单独敷设。光缆敷设需要严格按照光缆敷设规范和标准执行，标准对光缆敷设环境、敷设深度、转弯半径和接头熔接都有严格的要求。

2.3 编程和调试

控制系统中PLC程序和DCS程序，要求功能完善、语句精简、逻辑严密、保护周全。PLC对远控和就地指令实时扫描外，还时刻监控设备运行状态和报警状态，对于接收到的不同指令和状态，根据预先设定的逻辑规则，分别执行不同的逻辑操作。完善的保护逻辑，保证系统在发生故障时可自行退出运行状态，并将故障信息送给DCS系统。

PLC程序中必须有指令信号防抖消除功能、模拟量信号滤波功能，防止误动作，保证系统的可靠性。

等离子体控制系统PLC程序功能完善，除完美实现等离子体系统起停逻辑外，主要保证PLC和整流装置间的通讯功能、电源柜和PLC控制柜或DCS间的PROFIBUS或MODBUS通讯功能。通讯是DCS远方控制等离子体设备的主要方式，另外，对于DCS有富裕I/O点的项目，或对控制指令可靠性有特殊要求时，也可以使用硬接线和通讯同时传送控制指令的方式，可靠性得到进一步提高。

DCS系统同样具备一套完善的逻辑指令，为等离子体控制系统安全、稳定运行提供了保障。在锅炉MFT故障后，DCS会通过通讯方式或硬接线方式将该故障送到等离子体控制系统，控制系统立即退出设备运行状态；同样，DCS系统根据等离子体设备运行状态，自动开关磨煤机管道出口门或自动跳磨，保证锅炉安全运行。

3 结束语

等离子体控制系统，通过对设计、选型、安装、编程调试等各个环节严格控制，规范设计、严格施工，优化程序，很大程度上提高了控制系统抗干扰能力，保证了系统运行的稳定性、可靠性和安全性。

参考文献

[1]陈明，张京妹.控制系统可靠性设计-控制科学与工程[M].西北工业大学出版社，2006.

[2]王广雄，何朕.控制系统设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]周鹤良.电气工程师手册[M].北京：中国电力出版社，2008（9）：131-163.

作者简介：韦光辉（1975，7-），男，汉族，籍贯：山东省夏津县，学历：大学，学位：学士，职称：中级，工程师。