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  在现代化的工业生产中，大量采用了可编程序控制系统，可编程序控制器能在恶劣的工作环 境下正常工作，但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等因素有时会出现故障。有些问 题是在系统设计时考虑不周造成的。根据实践中的经验和教训，本文阐述可编程序控制系统 设计时应注意的问题。
1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到75%以上
   “成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程控制器产品或类似设计，或者确定能在未来的生产实践中，经得起考验；二是设计工作人员对于需要使用的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统，一旦做出来，要长久使用下去，难以找到机会反复修改。设计的硬件系 统和编程软件，其中某些缺欠，可能一直隐藏在已完成的系统中。若遇到发生破坏作用的条件，后果难以预料。
2、系统的硬件结构和网络要简明而清晰
    硬件结构不要追求繁琐，网络组态不要追求交叉因素太多，要力求使用可编程序控制器自 身配置的组网能力。在组成I/O机箱配套的模板时，建议型号简单，力求一致，模板密度不宜过大。使用的结线点不宜过多，从目前机箱的制造和配线工艺来看，输入与输出配线密度不能太高。
3、控制系统的功能和管理系统的功能应严格划分界限
    由于可编程序控制器组成的过程控制系统中的实时性要求很高，而网络通信是允许暂时失 去通信联系，过后自己能重新恢复，但是在重新恢复之前这一间隔时间可编程序控制器会处于失控。另外，在用多个可编程序控制器系统组成一个大系统时，对于主控制的关键命令，除了使用可编程序控制器自身的网络通信传送它的信息外，有使用它的I/O点做成的硬件联 锁，特别是两者之间“急停”的处理；虽然两个系统都在自身的通信扫描中互相变换着“停 止”或“急停”命令，但因一方在急停故障时已经停止运行，另一方并未收到已停止的信息 而照常运行，其后果难测。可编程序控制器控制系统关键的“急停”应先切除执行机构的电源，然后将其信号送入可编程序控制器，这样可设备保护的时间。
4、可编程序控制器的程序要简明且可读
    用户软件的编写是“平铺直叙”，用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列，每个“ 黑盒子”按照结构化语言划分，可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调 ，但一定要明确。在设计与编写这些语句时，若使用不易推理的逻辑关系太多，或者语 句因素太多，特殊条件太多，就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此，一个可编程控制器 的用户软件的可读性，即编写的软件能为大多数人读懂，能理解可编程控制器在执行这个语 句时，“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅，这是软件在使用和维护时的重要条件。
5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置，有运行检测的关键监视条件
    可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视，但从价格及反映现场状态的时间来看，屏幕监视尚不方便。关键的故障，或者在关键的机械设备附近，可配置一些指示灯，它们可以用数字量输出做成，用来监视程序的正常运行，或用来调试程序，在指示灯旁配以功能标牌，可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。
6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源
    对于设计的新系统，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在软件编制时，同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器，计数器/定时器的使用，要留有余地 。因为在调试和运行后，软件总会被、，甚至重新编制。已编制的软件让人无法和完善，在工程上是不实际的。
7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余
   可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余，处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外，双系统冗余，即处理器和全部的输入、输出、组网通信冗余，其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受，但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中，要使配置冗余方式较为经济而又实用，力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障，引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。
   以上阐述的几个方面，是在可编程序控制系统总体方案设计时，要格外重视的问题，只有在设计系统时，考虑周到，系统投入运行之后，设计人员才能少些遗憾。

《35kV户内高压真空断路器通用技术条件》(ZBK97004-89)将合闸弹跳定义为断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只有在动静触头不接触时才会产生诙泊ネ方哟ナ辈换岵４罅渴导袄砺鄯治鼍砻鳎嬲哉婵盏牡缡倜杏跋斓囊蛩厥牵汉险⒐讨校ネ犯战哟ブ敝链ネ肺榷ń哟ニ布湮梗馄诩涞拇ネ范峡奔洹?nbsp;
真空断路器合闸过程中，触头接触后弹跳时间不应大于2ms，这也与实际工作有差异。真空断路器分合电路的工作，是由真空灭弧室来完成的，开关的参数满足灭弧室的性能要求，如灭弧室要求合闸速度为0.4～1.0m/s，开关的速度能够在0.3～0.7m/s之间，那么配该型号灭弧室的真空断路器其合闸速度调整在0.4～0.7m/s之间，同样，如果真空灭弧室合闸弹跳要求小于等于5ms，那么配该型号灭弧室的断路器其合闸弹跳的允许范围也是小于等于5ms。是不是应将合闸弹跳一律定为不大于2ms是值得探讨的。目前许多真空灭弧室规定的合闸弹跳时间都大于2ms，仅要求小于3ms，甚至5ms。
2　合闸弹跳的危害
合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数，在合闸弹跳过程中，触头断开距离小，电弧不会熄灭，导致触头电磨损加重，从而影响灭弧室的电寿命，但由于其存在时间较短，远小于合闸过程中电弧燃烧时间。在一定范围内的弹跳主要的危害在于加速了灭弧室触头的摩损，从而导致灭弧室电寿命的缩短。
3　解决合闸弹跳的对策
弹跳对真空灭弧室电寿命的危害到底有多大?在合闸过程中，由于动静触头的非弹性碰撞引起弹跳，弹跳值大小与诸多因素有关，如触头弹簧的弹力、合闸速度、开距以及真空断路器的触头材料等等，安装、调试质量、零部件如铝支座、灭弧室、轴销、换向器的加工精度都影响真空断路器合闸弹跳时间的长短。为了把合闸弹跳减小到规定范围内，通常采取以下措施：
(1)提高配件的加工精度，使铝支座与轴、换向器与钢销、轴等紧密配合，减小间隙。
(2)加强装配工艺质量控制，提高装配工艺质量，在真空断路器装配过程中，注意安装合理，不使真空灭弧室受到额外应力，调整导向管的位置，使灭弧室动触头运动轨迹，在灭弧室的轴心上，真空灭弧室动触头活动自如，无任何卡涩现象。
(3)适当加大触头程弹簧预压力。
通过采取以上措施，可以有效地控制弹跳时间。
ZN23-35真空断路器由于触头面积大、行程长，合闸速度快、冲量大，尤其是在配CT10型弹簧操作机构时，弹跳大而且不易稳定，为了减小弹跳值，在真空断路器灭弧室静端如加设蝶形簧等措施，形成合闸缓冲，这样合闸弹跳是小了，却带来断路器工作不的问题，在江苏盐城供电部门，调试人员反映某大型开关厂生产的ZN23-35真空断路器在安装前测试弹跳值非常小，三相均只有1ms，但一旦连上母排，弹跳就变得非常大，就是因为采用了静支座合闸缓冲。在安装前，缓冲效果明显，所以弹跳较小，但连接上母排以后，静端被固定，失去了缓冲效果，导致弹跳加剧。一般情况下，进行机械特性试验都拆除了母线，所以这种情况较隐蔽，不易被察觉。在加了合闸缓冲装置以后，合闸过程中静触头不再是刚性的，静触头随动触头运动距离加大，灭弧室抖动幅度随之增大，这样有可能造成灭弧室外壳破裂，而且在开断故障电流时，故障电流所产生的电动力，会造成灭弧室横向摆动，导致灭弧室损坏，从而引发断路器爆炸事故。靠降低断路器的性来保证合闸弹跳参数，延长本已足够长的真空断路器的电寿命，是得不偿失的。
4　结束语
我国已有20多年的真空断路器运行经验，从国内真空断路器运行情况来看，由于真空断路器寿命终结而发生故障的并不多见，从运行的情况来看，国产真空断路器大的问题是性差，尤其是机械故障，大量资料表明，国产真空断路器各项参数如电寿命等均已达到甚至过国外同类产品，性和外观与国外产品仍有相当的差距。断路器的高性是国产断路器奋起直追的要目标，在断路器的性问题解决之前，过长的电寿命是一种不必要的浪费，因而弹跳问题要解决，但设法提高国产真空断路器的性。

概述

       分散控制系统英文编写为DCS，它是计算机技术和自动化技术发展的结果。机组容量不断增大，参数不断提高，为DCS应用创造了广阔天地；随着DCS系统的广泛使用，为机组经济运行提供了有力。机组的控制方式综合地反映自动化水平的高低，那么早期热工自动化水平低，人员素质低，主要采取分散就地操作方式，监视与操作分散在现场，这种控制方式只适应低参数，小容量的机组，劳动强度大，性差。20世纪50年代中期以后，进入了局部控制的发展阶段，由于机组普遍母管制的运行方式，故相应地采用了锅炉、汽机、给水除氧等局部集中控制方式；60年代将电子计算机技术用于火电厂的监视和控制，出现了机、炉、电集中控制；70年代初开发了可编程控制装量(PLC)；80年代随着控制技术，计算机技术，通讯技术和CRT技术等的发展，国外发展了微机分散控制系统(DCS)并陆续应用到火电厂；90年代由于微处理器及其大规模集成电路(VLSI)技术的发展，DCS随着计算机技术，容错技术和人机接口技术，窗口技术，交互图形的出现，以及标准化的数据通讯网络和人工智能的发展，为DCS向综合化、开放化发展。DCS在国内的电力、石化、食品等行业的普遍应用。主要是它具有通用性强，系统组态灵活，控制功能完善数据处理方便，显示操作集中，人机界面友好，安装简单规范化，调试方便，运行的特点，随着我国电力行业的发展DCS已成为普遍的设备，无论是大机组还是供热的小机组，应用越来越广泛。相应的对其设备的日常维护工作也需要热控制人员改变原来的思维方式，适应现代化发展的需要。现就几年来的生产维护经验进行阐述:

       1日常维护工作

       1．1过程通道故障  过程通道故障出现的多的是I/O卡故障：I/O卡故障一般的判断与处理，通过系统诊断，换通道或通过换备用件处理，至于其内部元件老化或是其他原因造成的损坏，一般热控制人员不好判断。I/O卡的检修一般是由厂家处理，目前的热控检修人员的手段还不能达到像检修常规仪表那样检修。而且生产厂家的I/O卡件已制造成一体化的趋势，这样只能购买备件。好在这类故障只是在调试阶段出现较多，正常运行中出现几率很低。一次元件或控制设备出现故障有时不能直接被操作员发现，只有异常或报警后才通知热控人员处理。这样对检修人员和运行人员的素质要求就要提高，运行人员要详细介绍故障前后的状态便于热控检修人员能够快速、准确地处理缺陷，减少故障的扩大化，另外许多DCS厂家在产品宣传上都支持卡件热拨，做为控制人员，在运行中换卡件时一定要做好防护措施否则会引起系统变化或负荷变化，尤其数字量卡件。

       1．2对于操作员站死机无论国产与进口设备都有相关的报道，那么究其原因比较多，硬盘或卡件故障，冷却风扇负荷过重等等，有时会发生人为操作现象，一般在修改控制逻辑下装软件重启设备或强制设备保护信号时，易发生操作事件，轻则设备异常，重则易造成设备停运后果非常严重；对死机后重启，不同厂家的启动时间不同，少则几十秒，多则几分钟，人为该操作发生的故障在热工中的不事件中占有很大比例，在操作中尤为引起高度重视，减少人为故障。

       1.3球标操作不正常，一般是由于机械装置长期工作、老化、污染、点通断不、电缆插件不牢等这样的就需要换检查即可。

       1.4控制操作失灵:是由于球标的操作信号没有正常改变过程通道的状态，造成操作失效，这是2个方面造成的，一个方面是软件缺陷，另一方面是硬件本身故障的状态针对这样的缺陷通常做法检查过程通道功能正常后，再检查操作远必要时进行重起初始操作

       1.5对于薄膜键盘主要是键盘接触不良信号电缆松动或主机误动键盘或启动不完整都可以导致其功能不正常应用针对不同情况处理。

       1.6打印机不工作一般是由于配置的原因，这样的故障应打印机的设置及其硬件是否正常进行处理。报表软件功能不强主要表现在由于打印机打印报表和SOE等造成死机，或者打印机的SOE记录时间与实际情况不符；SOE打印浏览后不能返回历史曲线；SOE时间顺序不一致有时偏差很大，这会延误事故分析的进展时,有时还会误导分析方向，SOE问题既与系统设计不合理，SOE点没集中在一个DPU上的有关，也与系统硬件及软件设计考虑不周有关。这种故障的出现，通过分析认为这主要是对电厂的总体方面考虑的不太，在小的方面还不够仔细会出现这样那样的故障，针对这种情况要认真对待，不放过蛛丝马迹，与厂家认真研究提出问题进一步完善，让该系统好地为生产服务。

       1.7电源故障：电源故障问题较多，保险配置不合理，备用电源不能自投，电源波动引起保护误动及接插头接触不良易造成无电源。针对电源故障处理相对比较容易。，认真核对保险的配置及容量，真正起到保险的作用；其次，UPS的配备很重要，它可以在电源波动时也能保证系统正常供电，而且要考虑冗余和备用问题。

       1.8干扰造成的故障:对于干扰主要是接地问题，备用电源的切换和大功率的无线通信设备如手机、对讲机等。另外还有DCS系统的干扰信号可能由本身造成的。那么对于DCS系统的接地问题越来越引起人们的重视，尤其在电力行业，大功率电器设备的启动和停止都会干扰DCS的控制信号，造成不必要的故障。为了防止干扰信号串入系统，严格执行屏蔽和接地要求和方式，信号线远离干扰源，同时采取防电源波动措施。主/从过程处理机之间在机组运行时，除非万不得以，尽量不要人为切换，已防产生干扰，如切换，应采取措施，先将控制切手动，以免对机组运行工况产生影响。对电子设备间、工程师站等部位，应禁止使用大功率无线电通信设备。

       2．运行管理

       DCS系统的运行管理是指系统的巡检，热工保护的投退，DCS软硬件的监督管理。

       2.1软件的备份管理，应用软件(数据库)应及时备份，对小的改动可做记录；对数据库的修改同时要保存到工程师站，还应保存到软盘或其他硬盘上。但注意备份磁盘不应期使用，以防数据丢失。 

       2.2软件检查与功能试验，应按照计算机设备的通用方法检查，主要是检查各级权限的设置：严禁使用非DCS软件:严禁未授权人员进行组态。

       2.3热工保护的投退应严格执行工作票制度，检修某一运行设备时，要采取正确隔离措施，以防发生相关设备的联反应。

       针对以上常见故障，为了避免故障的发生和减少发生的次数，应严格的检修、维护和定期检查制度，认真填写DCS设备巡视检查卡，对各种小缺陷及时发现及时处理，让故障消失在萌芽状态，填写好运行日志加强管理手段。

 1 程控系统概述

    石家庄热电厂八期技改工程化学水处理程控系统按照化学水处理的工艺要求顺序控制各交换器的阀门开关及泵和风机的启停,其根据工艺要求、运行要求和控制逻辑,编制控制程序,送入控制PLC可编程控制器,以完成各种信号的输入、输出、逻辑运算,设备的启停、运行顺序的形成和自动投运等功能。

    受到程控的设备包括:5台过滤器、5台阳离子交换器、5台阴离子交换器、4台混合离子交换器、6台酸碱计量箱、4台中间水泵、4台除碳风机、3台除盐水泵及相应的气动阀门。

    程控系统采用上位工作站+PLC编程控制器的控制显示方式。所有系统流程图和仪表信号均在上位工作站的CRT上显示,控制操作也在上位工作站的键盘或鼠标上进行,模拟信号全部输入PLC可编程控制器。

     2　控制系统的构成 
  
     控制系统主要由上位机监控管理系统、下位机水处理控制系统和仪表、阀门、风机、泵程控柜等组成。

     2.1　下位机水处理控制系统

    下位机可编程控制器选用美国通用电气公司(GE)的90系列PLC产品,该产品是具有高速强功能的CPU、开放式的总线结构、灵活开放的通讯方式配之以GENIUS智能分布式I/O系统、现场控制(FIELDCONTROL)远程I/O系统,并基于多种硬件和软件平台的工业监控系统。其主要特点为: 

    a.采用PLC双机热备,通过2台CPU360和HBR30热备冗余系统实现。HBR30系统的冗余部分由2套PLC90-30CPU控制器组成,主控制器通过Genius网络总线与其备用控制器和I/O系统的通讯实现其热备冗余功能,一旦主PLC控制器或通讯出现故障,所有控制功能将平稳地切换至备用控制器以确保工艺装置的正常运行。系统同时具有参数同步化,I/O总线冗余和系统诊断等功能。

    b.对于分布式I/O和控制,增加了真正的模块化系统。现场控制网络上的每一个站都可作为立的控制器,允许逻辑功能实际分开,从而加快处理时间。现场控制就地提供逻辑处理,使整个系统的速度和性能明显提高,LOGICMASTER9030编程软件可给每一个现场控制站编程。一个现场控制站由一个总线接口单元(BIU)、一个可选的现场逻辑处理器以及多8个现场I/O模块构成。

c.AI模块IC670ALG240能接受16路恒流源4～20mA的电流信号,也就是说既可直接接受4～20mA信号,也能接受两线制带24VDC的4～20mA信号,而不需通过配电器转接。其它控制系统(如wdpf、MODICON)则需2块不同的AI板,并设置配电器。

    d.风机、泵、气动阀门状态信号不参与PLC逻辑控制,而只作为状态并通过通讯网络在CRT上显示。所有的模拟量包括液位、流量、压力、温度、化学仪表只在上位机上显示和报警,不参与化学水处理的程序控制和联锁。这种设计避免了阀门状态反馈信号、液位、化学仪表等的频繁故障中断程序运行,导致终程控系统无法运行。

    2.2　上位机监控系统

    采用2台CONTEC-88V工业控制机,CPU为Pentium,主频为233MHz,内存为64M,硬盘为2.1G,软件平台为bbbbbbs95,上位工作站软件是美国Wonderware公司开发的Intouch5.0。一台上位机设置为主上位工作站,能监视和控制;另一台设置为备用上位工作站,只能监视,不能操作。

     2.2.1　数据处理及显示 

    对水处理车间内的各种重要数据,如流量、压力、pH值、钠离子浓度、导电度、酸碱度、液位等进行统计处理,并以表格、曲线、棒形图、模拟图等形式分页显示,并且自动越限报警,报警随机打印。用鼠标或键盘可完成化学水处理站内的所有操作,包括每一个设备的启停,对重要参数如钠离子浓度上限、导电度上限等的在线修改。 

    2.2.2　上、下位机的数据通讯

    采用上位机RS232口与下位机的CPU插口相连,实现编程软件与PLC的数据通讯。通讯模块BEM331与上位机PCIM卡相连至Genius通讯网络,通过双向DDE动态数据交换,来实现数据共享,从而保了实时控制和数据处理。

     3　控制系统实现的功能

     3.1　控制系统的操作功能

    石家庄热电厂化学水处理程控系统实现的功能有:可在任意一台上位工作站上对系统进行自动、成组、手动操作等3种工作方式的选择;可对所要进行再生或运行的交换器进行选择操作;可在自动运行或再生过程中实现程序的启动、停止、步延、步进操作;可由任意画面方便地切换到另一幅画面;可在分画面中选择模拟量趋势图的显示操作;可在屏幕上对显示的控制设备进行一对一操作;报表和报警打印功能。

     3.2　控制系统的显示功能

    主要有:系统流程图总画面和分画面显示;工艺参数值模拟量显示;风机、泵、阀门等开关状态的数字量显示;数字量和模拟量的报警信息显示;步序及计时时间显示;模拟量趋势图显示。

    4　监控系统存在的问题和需完善的地方

    a.未考虑与厂管理信息系统(MIS)联网,即系统未留有与MIS网通讯的软硬件。

    b.风机、泵等动力设备跳闸时没有声光报警,只将其做到了CRT的报警画面里,不利于设备故障时及时提醒运行人员。 

    c.由于化学仪表、液位显示、气动阀门的状态反馈信号不或不准确,不能实现真正的自动程序控制,需要人为干预。 
    
    d.系统打印报表时有时要退到Word和Excel环境中进行,不利于上位机的。

    e.程控系统I/O点数:开关量输入为616点,开关量输出为416点,模拟量输入为128点,模拟量输出为4点(未用),合计I/O点为1160。上位机与下位机通讯速率为153.6kbitｓ/ｓ,通讯速率略慢。

    5　结束语

    本系统可在计算机画面上完整地监视整个化学水处理站的生产情况,每一个操作都跟随着工艺流程,运行人员很容易掌握,由于控制部分上位机采用双机备用工控机,下位机采用双机热备的可编程控制器和的Genius网络通讯总线,所以系统性很高,可扩展性很强,运行至今有死机现象发生,有很大的优越性。