順序控制分類
根據工藝特點及設備特性，計算機控制系統把實現順序控制的功能大致分成了三種方式：基本方式，步序方式和步進方式。
1、基本方式
只要輸入信息符合預定的邏輯關系，基本邏輯式控制方式就有相應的輸出，因為一次判據中不要求包括上一步的二次判據，所以沒有明顯反映出順序的關系，這種方式比較簡單，僅僅是根據若干條件的滿足，然后產生某種結果，一般應用在工藝要求相對獨立的環節。
2、步序方式
步序方式是在每步的一次判據中包含有上一步的二次判據，故有明顯的先后關系工程序步轉移的同時，根據需要可以將以前任意步的輸出閉鎖或不閉鎖。利用閉鎖手段可構成多種步輸出形式，以適應不同被控對象的要求，不過這時接線將復雜，處理方式也不便統一。步與步之間通過特定判據的轉換，只有活動的步才有操作的輸出，并且整個過程是循環運行的，通過幾個步的操作來實現某種工藝的要求，而且這樣的操作在工藝中是循環往復進行的。比如我們要啟動循環水系統，首先需要保證循環泵出口門全部關閉，這是條件，然后再看循環水壓力是否滿足開啟條件，當滿足時，循環泵入口自動打開，經過幾秒鐘后，循環泵自動運行，再經過壓力要求或時間要求后，自動打開循環泵出口門，這樣就完成了循環泵系統的自動啟動過程。
如圖2-11所示，這里多說幾句，我們發現在每個判定過程都會有一個“故障處理”過程，對應控制策略，對于每一種可能的結果，我們都應該有相關的處理，這樣才被稱之為智能系統，因此對于每個判據的另一種結果我們都應該有相關的處理，也就是圖中的故障處理過程，這使得控制方案在任意情況下都會返回到起點，或者拋開故障，進行下一步，而不至于步序無法返回或進行，至于故障處理的內容應該根據系統要求來決定。
比如出口門沒有關閉信號返回，那么我們就需要查找原因，是出口門反饋信號錯誤？還是出口門根本就沒有動作了還是遠程站故障?當然了，如果把這些信號或者反饋結果都加入到控制方案中，把每一步結果都反映在計算機控制系統中，那么這樣的系統將變得更加智能，甚至可以增加故障分析功能，也可以根據分析結果實現自動故障處理程序。
再大膽想象一下，如果加入相關的故障處理設備或者系統，我們真的可以實現遠程處理故障的夢想。
3、步進方式
這種順序控制方式是對步序方式的改進或者說是補充，或者說是另一種說法，其實在應用中沒必要分得那么清楚，實際也無法分辨清楚。如果非要分清楚就是“死”讀書或者是讀“死”書了。我們在總結規律或者理論研究時，只要把主要矛盾區別出來就可以了，沒必要把各種特性一一對比，找出不同，這樣做就是鉆牛角尖。
順序控制系統的結構形式
順序控制系統的基本結構形式大致可分成三級控制：機組級控制、功能組級控制和設備級控制。控制系統分級控制示意圖如圖2-12所示。
圖2 分級控制示意圖
機組級控制為最高級，它在最少人工干預下，完成整套機組的啟動和停止。當順控(即順序控制)系統接到啟動指令后，將機組從起始狀態逐步啟動到某一負荷狀態。它只需在某些重要的環節設置少量斷點，由運行人員決定什么時間、什么狀況下確認，并按下按鈕后工程序繼續執行。當功能執行完畢后，發出“完成”信號反饋給主控系統，表示這一控制功能已結束。
機組級控制并不等于機組啟停全部實現自動控制，它需要必要的人工干預。機組級控制也叫功能組自動控制方式，而功能組手動方式也叫功能組級控制，一般指機爐協調控制系統、汽輪機自啟動系統等。從管理的組織結構角度來看，它是設備控制的“最高領導”，只關心每個子組運行的結果，比如鍋爐啟動過程，如圖2-13所示，首先啟動給水系統，然后啟動風煙系統，點火系統，燃料系統等，只要每個過程結束后，把運行結果發送給“最高領導”，“領導”據此來判斷下一步要做的事情，因此“領導”都是從宏觀角度出發來解決問題的，具體問題的處理它是不會關心的，當然了，每一步的處理它都會給出提示(報警)，由運行人員來決定“領導”的決策方向，這樣看來，最終的決定權還是由運行人員來實現的，這樣做的目的是實現最大限度的安全運行及故障處理。
圖2 鍋爐自啟動系統示意圖
功能組級控制是“部門領導”，它是將相關聯的一些設備相對集中地整合在一起，進行啟動或停止控制，為了突出重點(設備的重要級別)，一般以某一臺重要的輔機為中心進行順控設計。如某臺引風機的功能組級順控系統就包括了引風機及其相對應的冷卻風機、風機油站和電動機油站、煙風道擋板等設備，并按預先設計好的程序，在啟動或停止時，自動地完成整個啟動或停止過程。又如電動泵的功能組級順控，就包括電動泵、輔助潤滑油泵、電動泵出口門、電動泵進口門和電動泵再循環截止門等的控制。
一個完整的功能組，可包含三種操作：
①功能組的啟停操作和自動/手動運行轉換
在用功能組級控制時，應將開關先切換到“手動”位置，然后再進行啟停操作。自動功能是把控制權交給更上一級的“領導”來協調處理，配合控制系統實現智能控制。
②“中止”(Halt)和“開放”(Release)操作
把控制方式置于“開放”狀態時，可對功能組隨意進行啟、停操作，在這種情況下，“部門領導”可以在任意時刻直接指揮部門的任意成員。當功能組在執行啟、停指令時，如果把控制方式置于“中止”狀態，控制程序則停止執行，因此，中止有相當高的優先權，它可以讓“部門領導”在任意時刻、任意狀態下，命令該部門的任意成員停止工作，這樣做也是出于對設備安全的考慮。
③當有兩臺以上的冗余設備時，選擇某一臺設備作為啟動操作的“首臺設備”，并有自動/手動切換開關
一般說來，當選擇好“首臺設備”之后，應將開關切換到“自動”位置。這樣，當第一臺設備啟動完成之后，控制邏輯就會把第二臺設備選定為“首臺設備”，隨時準備啟動。一般情況下，生產工藝要求某些重要的參數保持穩定，為此配備了冗余設備，這臺設備應該是絕對良好的，在任意時刻都能投入運行，因此，這樣的設置就保障了在其他設備發生故障時，備用設備能夠及時投入運行，保障系統參數的穩定。
設備級控制是順控系統的基礎級，它不用功能組，而是對設備分別進行操作。它可以在計算機鍵盤上進行操作，通過CRT屏幕監視現場設備，也可以在BTG盤上進行遙控硬操作。這里也有一個相對高級的權利，比如某臺設備處于檢修狀態，在系統中就可以給它掛上“檢修”標志，這時，“部門領導”和“最高領導”就不能控制該設備的運行了。這很好理解，員工都生病了，再大的領導也不能把人家從醫院里拉過來工作吧，因為即使來了也不能很好地完成自己的工作，反倒增添麻煩。可以看出，這個系統的各種功能的設置是管理思想的體現。
順序控制系統的基本組成
順序控制系統主要由被控對象、順序控制裝置、開關量變送器和執行機構四部分組成，如圖2-14所示。一個順序控制系統所能達到的水平，主要取決于下列三個方面；
①主設備(被控對象)的可控性；
②外部設備所具備的功能；
③順序控制裝置所能達到的水平。
主設備的可控性取決于設備制造廠家的產品性能，外部設備的功能屬于基礎自動化方面的工作，然而順序控制裝置所能達到的能力應該在系統設計時進行周密的考慮，盡量地使系統達到較為完善的功能。順序控制裝置作為施控系統的核心，它向被控系統發出操作命令，并接受被控系統及過程參數的反饋信號。通常，順序控制裝置主要由四大部分組成：輸入部分、邏輯控制部分、輸出部分和操作顯示部分。
圖2 順序控制系統基本組成
對于應用在工業現場的控制裝置來說，輸入輸出部分是很重要的，它具有接受或輸出控制信號、隔離現場干擾、轉換電平進行信號功率放大等許多功能，是與現場接口的設備。邏輯控制部分由不同類型的邏輯控制電路構成。根據工作原理，邏輯控制電路主要分為兩類：基本邏輯式控制電路和步進式控制電路。順序控制裝置的操作顯示部分主要實現人機的交互，是運行人員與設備交流的載體。
順序控制裝置主要功能
一般，順序控制裝置具有如下幾項主要功能：
①主控制程序；
②在條件滿足時，執行和轉換程序；
③提供人機聯系，除按程序自動操作外，還可向運行人員提供點步、跳步及手動操作被控對象功能，同時裝置應能向運行人員提供必要的顯示、報警和故障信號；
④具有與外部設備配合完善的接口方式和信號聯系通道；
⑤具有一定的程序檢查功能，在有必要時可設置能夠驗證程序進展正確性的自檢回路；
⑥具有一定的保護功能，能夠在執行程序時，檢查執行機構的故障；發生各種事故時，可以中斷或復歸程序。
隨著科學技術進步，順序控制裝置的發展過程出現了下列幾種類型：
①機電型。機械凸輪式時序控制器。
②繼電器型。由繼電器組成。
③固態邏輯型。由半導體分離元件和集成電路組成。
④矩陣電路型。由二極管矩陣電路組成。
⑤PLC型。由可編程序控制器(PLC)組成。
⑥DCS型。由計算機集散控制系統(DCS)組成。
在這六種類型中，目前在電廠順序控制中使用較多的是繼電器型、PLC型和DCS型。由于繼電器型是由一個個繼電器組成的裝置，所以接線較復雜，適用于簡單獨立的小規模的順序控制，其可靠性較低，控制邏輯修改困難，維護工作量大，目前在電廠順序控制中只作為輔助手段，某些設計也認為它是對計算機控制系統的可靠性補充，因為計算機系統也不是萬能的，如果出現故障，也需要有系統完成重要的工作，比如MFT系統在設計的時候就會參考這方面的需求，當計算機系統崩潰時，由繼電器邏輯回路完成主燃料跳閘的操作，避免事故的發生和災害的擴大，因此先進的事物并不代表可靠，往往越原始的設備可靠性越高，這種設計理念充分體現了安全性的重要。可編程控制器具有可靠性高、邏輯修改方便、維護工作量小等優點，還可以與計算機控制系統進行實時通信，大小規模的順序控制系統都可以使用。目前在電廠中的輸煤、除灰、化學水處理等順序控制子系統中一般均采用這種形式。
在電廠采用集散控制系統(DCS)時，SCS的功能可以直接包含在DCS中。DCS不僅具備PLC的所有優點，而且可以與數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)等有機結合起來，實現數據共享，從而節省大量檢測元件和信號轉換裝置。目前大型單元機組的PLC的功能就是在DCS中實現的。
順序控制系統的分類
如果按控制系統的構成來劃分，可以分為以下兩種類型：
①開環系統
開環系統是按照頂先編排好的程序，進行規定的操作，并控制執行部件的動作(一般是開關量工程序的進行并不需要以被控對象動作后的回報信號為反饋信息，自動進行下去，回報信號可以作為運行人員的監視量，送到控制盤上。
②閉環系統
被控設備按照邏輯回路的輸出指令進行動作，操作以后，利用信號反饋元件，將執行結果的回報信號反饋輸入到邏輯控制回路，只有當這些必要的回報信號都達到要求之后工程序才能往下進行，即構成一個閉環動作控制系統。
如果按順序步轉換條件來劃分，可以分為時序控制系統和條件控制系統。
①時序控制系統
在熱力過程的程控系統中，一般來說，按時序控制的系統是開環的，只要按時間要求使程序進行下去就可以，即程序的轉換完全依時間而定，在某一時間間隔內，可以使控制指令去操作一個被控設備，也可以同時操作數個被控設備。
②條件控制系統
按條件控制的系統必定要做成閉環系統。對某一控制過程來說，事先就應該準備充分的條件，只有這些條件都滿足了，才可以進行下面的操作，這些條件被稱為一次判據，當把程序動作結果作為下一步運行的條件時，稱為二次判據，對下一步程序來說，可認為是一次判據。也就是說，在程序步的轉換中，上一步二次判據又作為下一步的一次判據，成為轉步條件。當下一步事先準備好的其他條件已經滿足，并且有了這個轉步條件后工程序就能發生轉換而不斷地進行下去。如這些判據中有一個條件不滿足工程序就不能正常進行。由此可見，按條件進行控制的系統，一定要有程序動作結果的回報信號作為一下步程序的判據，以構成閉環工作狀態。當一個順序控制系統內既有時序控制方式又有條件控制方式時，所組成的控制系統為混合控制系統。
在電廠控制系統中，順序控制系統主要包括：風機順序控制系統，給水泵順序控制系統，空氣預熱器順序控制系統，循環泵順序控制系統，高低壓加熱器順序控制系統，除氧器順序控制系統，制粉系統順序控制系統，排污系統順序控制系統，吹灰程控系統，機爐大連鎖等。也就是說整個電廠控制系統，由以上各個子系統組成，這些系統按一定順序結合在一起實現了電廠發電的全過程。據說某些先進的電廠能達到“一鍵啟機”的效果，也就是說，按下一個啟動按鈕，各部分自動完成生產過程，直到并網發電。這在理論上是完全可能的，但是實際上就比較難了，這樣的系統和工程應該是我們的目標。還有一部分叫做聯鎖保護，這個過程與順序控制正好是相反的，也就是說SCS一般是指順序啟動各個設備，那聯鎖保護就是快速及時地停止各個設備，是保護設備及人身安全的，因為當設備在啟動或運行過程中發生危及設備和人身安全的故障時，為了最大限度地保障人的安全和減少損失，就要使某些設備自動停止運行，形成一種聯鎖反應。比如當一次風機在啟動120s后，出口擋板門還沒有打開，那么該風機就應該馬上停止運行，否則風機將會受損，再如一次風機的軸承振動大于某個限定值時，風機應立即停止運行。這些都是聯鎖保護邏輯：電廠的運行規程里面都會有詳細的記錄，可以說運行規程是電廠對于運行描寫得最全面的參考資料，每個員工都會熟記自己崗位的規程，并嚴格按規程執行。詳細說明云南昌暉儀表制造有限公司在以后的技術文章中會有介紹。
相關推薦
順序控制技術中的常用術語
宋極群談火電廠順序控制技術的發展歷程
