DCS控制與電機(jī)電器控制之間的配合研究

陳峰

摘要：近年來，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使集散控制系統(tǒng)（DCS）得以被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，與此同時(shí)，DCS控制與電機(jī)電器控制的配合默契也得以不斷提高，這在很大程度上提高了工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化程度及控制水平，保障了工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行安全。鑒于此，本文便以某設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)改動(dòng)方案為例，利用網(wǎng)絡(luò)連接操作站與工程師站，建立雙網(wǎng)卡機(jī)制，并通過DCS系統(tǒng)控制設(shè)備卡件，應(yīng)用ABB變頻器來進(jìn)行調(diào)速控制，同時(shí)設(shè)置延時(shí)按鈕控件，以此深入闡述DCS控制與電機(jī)電器控制之間的配合，以期能夠進(jìn)一步促進(jìn)DCS控制和電機(jī)電器控制的技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：DCS控制;電機(jī)電器;微處理器;主交流接觸器

0 ?引言

現(xiàn)階段，在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中，對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制方式發(fā)生了很大變化，尤其是集散控制系統(tǒng)與電機(jī)電器控制的應(yīng)用，通過兩者間的有效配合，在極大程度上提高了機(jī)械設(shè)備的控制能力，有效保障了工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行安全。不過，集散控制系統(tǒng)（DCS）和電機(jī)電器控制之間是如何進(jìn)行配合的，采取哪些措施能夠提高兩者的配合程度，也引起了越來越多自動(dòng)化專業(yè)人士的深入思考。為此，以下便深入研究DCS控制與電機(jī)電器控制的配合過程。

1 ?基本知識(shí)

DCS是科技發(fā)展中的一種新興控制技術(shù)，DCS控制系統(tǒng)一經(jīng)面世，便廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，并給機(jī)械控制帶來了極深的影響，徹底改變了傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式。比如在對(duì)內(nèi)燃機(jī)的電機(jī)速度進(jìn)行控制時(shí)，需要通過PLC控制器、H橋、PWM驅(qū)動(dòng)器以及速度傳感器來實(shí)現(xiàn)速度精確控制，在工作過程中，速度傳感器能夠?qū)?nèi)燃機(jī)設(shè)備的理論速度與實(shí)際速度進(jìn)行采集，以此對(duì)兩者的速度差值進(jìn)行估算，然后速度差值參數(shù)會(huì)通過PLC來進(jìn)行模糊化處理，并通過PWM占空比信號(hào)進(jìn)行輸出，以便于對(duì)能夠驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)電機(jī)中的H電橋的電壓進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行速度的目的。

對(duì)于電機(jī)電器控制來說，其控制電路主要包括主電路與邏輯控制兩個(gè)組成部分。在工作原理上，操作人員需要啟動(dòng)ST1后，使電流得以經(jīng)過交流接觸器并發(fā)生吸合，在此過程中，不僅主電路中的三組主觸點(diǎn)會(huì)進(jìn)行吸合，以確保電機(jī)得以運(yùn)行以外，還有一個(gè)輔助觸點(diǎn)也會(huì)發(fā)生吸合，而該輔助觸點(diǎn)則是確保STI兩端短路，以便于ST1在發(fā)生斷開時(shí)，主交流接觸器仍舊處于吸合狀態(tài)，該輔助觸點(diǎn)便是所謂的自鎖觸點(diǎn)。在ST2啟動(dòng)時(shí)，則會(huì)切斷電源，并使得主交流接觸器從原有的吸合狀態(tài)下進(jìn)行斷開，相應(yīng)的自鎖觸點(diǎn)也會(huì)隨之?dāng)嚅_，這樣當(dāng)ST2再次吸合時(shí)，能夠避免主交流接觸器重新進(jìn)入吸合狀態(tài)。對(duì)于集散控制系統(tǒng)而言，其英文簡(jiǎn)稱為DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將微處理器作為核心而形成的一種適用于工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備控制的系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)具有極高的自動(dòng)化程度，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備的集中管理與分散控制。

眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)中所涉及到的工業(yè)參數(shù)眾多，而且其工藝流程也較為復(fù)雜，因此需要通過DCS系統(tǒng)來對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行有效控制。在工業(yè)控制中，需要利用網(wǎng)絡(luò)將操作站與工程師站進(jìn)行連接，以此建立雙網(wǎng)卡機(jī)制，從而確保各站點(diǎn)能夠得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的控制，使通訊保持暢通。這些站點(diǎn)會(huì)與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，由DCS控制系統(tǒng)來對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備卡件進(jìn)行控制，以便于進(jìn)行信息交換。在眾多卡件中，能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行控制的卡件包括SP362卡件（7/8路開關(guān)輸出）與SP363卡件（8路觸點(diǎn)開關(guān)量輸入）。在DCS系統(tǒng)中，除了要具有硬件部分以外，還需要對(duì)軟件進(jìn)行編制，在SUPCONJX-300X型的DCS系統(tǒng)中，其軟件編程方式主要有三種，分別是純語言的語言編程、T形圖編程以及順序控制圖編程，在軟件編程中，可通過編程符號(hào)能夠?qū)Π粹o動(dòng)作進(jìn)行模擬，這樣便使DCS控制與電機(jī)電器線路控制功能的實(shí)現(xiàn)具備了基礎(chǔ)。

2 ?主要配合方式

現(xiàn)場(chǎng)操作柱的按鈕動(dòng)作是可以通過跳變信號(hào)輸出進(jìn)行模擬的，因此通常需要遵循以下原則，即在控制線路中將模擬停止按鈕觸點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，當(dāng)模擬運(yùn)行按鈕觸點(diǎn)時(shí)，則需在控制線路中進(jìn)行并聯(lián)。控制觸點(diǎn)在引入到DCS系統(tǒng)時(shí)，通常是采用24V的繼電器觸點(diǎn)，在一些工廠中，由于空間的限制，往往會(huì)在DCS電器線柜內(nèi)安裝控制繼電器，但實(shí)際上這種做法并不合理。

在DCS控制與電機(jī)電器控制中，其程序主要包括兩大部分。

其一是RS觸發(fā)器部分，其原理在于DCS開關(guān)在發(fā)射出開信號(hào)時(shí)，因RS觸發(fā)器的功能需要保持不變，會(huì)使DCS開關(guān)的開狀態(tài)得到維持。否則，如果工藝主操關(guān)閉DCS開關(guān)，則RS觸發(fā)器同樣會(huì)確保DCS開關(guān)處于原有的關(guān)狀態(tài)。事實(shí)上，在SUPCONJX-300X型的DCS系統(tǒng)中，其編程組態(tài)的控制便設(shè)置了開關(guān)量變量，其和上述程序功能是一致的。當(dāng)然，人們也會(huì)產(chǎn)生為何不用開關(guān)量進(jìn)行直接代替，這是因?yàn)樵诳刂凭幊探M態(tài)過程中還要由泵的運(yùn)行信號(hào)來進(jìn)行控制。

其二是對(duì)跳變觸點(diǎn)特征進(jìn)行利用來模擬開停按鈕，在此過程中還要應(yīng)用到一些聯(lián)鎖控

制點(diǎn)。

3 ?實(shí)例分析

3.1 提出問題

在工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)場(chǎng)控制在從自動(dòng)轉(zhuǎn)為DCS控制，但這種方式如果啟動(dòng)后要想進(jìn)行手動(dòng)控制切換，就必須要中斷泵的運(yùn)行，反之也是一樣。為了確?，F(xiàn)場(chǎng)控制安全，往往要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)后方可啟動(dòng)，但這也使手動(dòng)方式被切換后，無法對(duì)自控方式進(jìn)行切換，這樣自控的意義也便不復(fù)存在。

為此，在本文中進(jìn)行了三點(diǎn)總結(jié)，其一是如果設(shè)備為自動(dòng)方式，則只需通過DCS進(jìn)行啟動(dòng);如果設(shè)備為手動(dòng)方式，則只需采用現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)，這樣可隨時(shí)停止設(shè)備;其二是切換手動(dòng)和自動(dòng)方式時(shí)不會(huì)給電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)造成影響;其三是當(dāng)某個(gè)泵停電時(shí)，如果來電則該泵會(huì)在一段時(shí)間后自行啟動(dòng)，并且還對(duì)個(gè)別臺(tái)泵設(shè)置了部分條件，并進(jìn)行了一些改動(dòng)。

3.2 改動(dòng)后的控制效果分析

在具體改動(dòng)中，可將ABB變頻器應(yīng)用于泵上來進(jìn)行調(diào)速控制，由于已包括了熱保護(hù)功能與啟停功能，所以這種控制方案的線路布置是比較簡(jiǎn)單的。事實(shí)上，在控制線路中無論是否設(shè)置有手自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，其控制原理都是相同的，在許多工廠的臺(tái)泵中基本都安裝了手自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，在對(duì)手自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行安裝后，能夠發(fā)出停車信號(hào)。但對(duì)于手自動(dòng)切換來確保泵的運(yùn)行狀態(tài)得到維護(hù)上，只需采用變頻器控制即可。

此外變頻器來給出和反饋調(diào)整信號(hào)時(shí)均能和DCS建立聯(lián)系。同樣，DCS也能對(duì)泵的開與停進(jìn)行控制，只需確保DCS系統(tǒng)中的控制按鈕能夠和現(xiàn)場(chǎng)泵開停相一致即可，這也是泵的運(yùn)行信號(hào)能夠在控制中得以有效參與的重要原因。并且，在SUPCON JX-300X型DCS系統(tǒng)中的組態(tài)軟件還有一個(gè)延時(shí)控鈕控件，這使得電器控制變得更為簡(jiǎn)單。

除了上述改動(dòng)之外，還可進(jìn)行另外另一種改動(dòng)，不過這樣在控制上要顯得較為復(fù)雜一些，這種改動(dòng)是利用繼電器來進(jìn)行延時(shí)控制，這樣可有效避免電機(jī)不會(huì)因延時(shí)吸合功能的喪失而出現(xiàn)瞬間點(diǎn)動(dòng)現(xiàn)象，也就是說，當(dāng)手動(dòng)控制切換至自動(dòng)控制的一瞬間，程序內(nèi)的RS觸發(fā)器會(huì)在收到復(fù)位信號(hào)時(shí)，會(huì)開啟電器控制中的一個(gè)觸點(diǎn)，此時(shí)還會(huì)存在延時(shí)作用。由此可見，對(duì)相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行合理設(shè)置是非常必要的，如果沒有設(shè)置延時(shí)時(shí)間，便會(huì)出現(xiàn)瞬間點(diǎn)動(dòng)現(xiàn)象。在電器控制原理中，通過時(shí)間繼電器能夠避免手動(dòng)切換至自動(dòng)時(shí)發(fā)生瞬間點(diǎn)動(dòng)現(xiàn)象。

4 ?其他用途

對(duì)于DCS系統(tǒng)而言，其和電機(jī)電器控制的配合有很多種用途，以下便列舉幾個(gè)實(shí)例來加以說明。

4.1 泵體開停控制

在一些工廠中，一些物料需要通過切粒機(jī)來為其提供熱切粒，而熱切粒會(huì)通過水冷方式來進(jìn)行快速冷卻和定型，因此需要利用水泵進(jìn)行循環(huán)。在此過程中，通過DCS控制與電機(jī)電器控制的彼此配合，能夠利用繼電器觸電進(jìn)行信息傳遞，電機(jī)控制信息會(huì)反饋給DCS系統(tǒng)，而DCS系統(tǒng)則會(huì)輸出控制信號(hào)，并由切粒機(jī)PLC控制器進(jìn)行接收，而切粒機(jī)控制面板則會(huì)根據(jù)控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)操作水泵的開停。在此過程中，DCS系統(tǒng)會(huì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況來對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行合理的發(fā)出，而控制信號(hào)則會(huì)到達(dá)電器低配控制箱，以此實(shí)現(xiàn)水泵控制。

4.2 斷電恢復(fù)

在工業(yè)生產(chǎn)中，某些泵是不能中斷運(yùn)行的，但考慮到突發(fā)事件的影響，會(huì)造成泵的運(yùn)行被中斷，如果某個(gè)泵在停電后沒有被及時(shí)重新開機(jī)，便可能會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大損失。為此，需要采用由PLC控制的自動(dòng)斷電恢復(fù)輔助控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠連續(xù)取樣低配母線排電壓，并記錄各個(gè)泵的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)恢復(fù)供電時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按照斷電前狀態(tài)來開啟這些泵。該系統(tǒng)在各個(gè)泵的控制箱自鎖觸點(diǎn)中并聯(lián)了相應(yīng)的開啟觸點(diǎn)，還有一些泵是利用DCS編程進(jìn)行斷電恢復(fù)的，而斷電報(bào)警觸點(diǎn)則用來取樣低配母線電壓，并且DCS除了能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行開停外，還能記錄泵的運(yùn)行狀態(tài)，如果供電恢復(fù)，在經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)通過TEMPI來對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行輸出，以確保泵的恢復(fù)運(yùn)行。

4.3 速度控制

在DCS控制中，低配變頻器發(fā)送的運(yùn)行速度信號(hào)會(huì)通過電流信號(hào)輸入卡進(jìn)行取樣，然后對(duì)比PID控制回路的設(shè)定值SV后并進(jìn)行修正，然后通過模擬信號(hào)輸出卡件反饋給低配變頻器，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度的

控制。

5 ?結(jié)語

總而言之，DCS控制與電機(jī)電器控制之間的配合能夠在許多方面進(jìn)行應(yīng)用，可保障工業(yè)生產(chǎn)安全，提高企業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的管理水平。隨著人們對(duì)兩者配合研究的不斷深入，通過DCS控制與電機(jī)電器控制的高效配合，必將使工業(yè)領(lǐng)域取得更加理想的控制效果。

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