第五章  保护用控制设备与测量元件
第一节 概述
随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，运行参数越来越高，发电机组的安全可靠性对本机组、对电网乃至对国民经济来说更显得极为重要，热工保护系统的规模也大幅度上升，对热工保护系统的控制方式、运行水平的要求也越来越高，保护控制系统的安全可靠性，对保障机组的安全稳定运行显得十分关键。     热工保护系统肩负着保护主、辅设备，保证机组安全运行和防止事故扩大的重任，它是机组自动化控制的重要组成部分，热工保护是通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常情况时，及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。机组在启停和运行过程中，当发生重大故障而危及机组设备和人身安全的故障时，及时采取相应的措施或加以保护，软化故障，避免发生重大的设备损坏和人员伤亡事故在我国火力发电厂应用DCS和PLC的初期，人们对采用可编程序软逻辑实现保护功能，在动作速度和可靠性上存在疑虑，因此与机组安全有关的功能（如汽轮机危急跳闸系统ETS，主燃料跳闸MFT、汽机防进水保护、主要辅机的联锁保护等）大多数情况下采用电磁继电器或固态集成电路组成的硬接线逻辑。采用电磁继电器或固态集成电路组成的硬接线逻辑电磁继电器或固态集成电路上个世纪80年代未国内,火力发电厂DCS应用范围开始扩大到炉膛安全监控系统FSSS和SCS(包括了辅机联锁保护和汽机防进水保护), 于是形成了DCS完成四大功能(DAS MCS、SCS、FSSS) 的模式.机组运行的安全可靠，不仅依赖于各设备的安全可靠性能，而且同各类保护控制装置的准确性和可靠性密切相关。电厂热工保护装置由继电器组成控制回路，回路硬接线多，加上继电器长期带电工作，继电器触点易老化，导致接触不良，易产生拒动或误动的情况。而且随着运行时间的越来越长，故障点相应增多，维护工作量越来越大，严重影响着机组的安全运行。保护装置在机组正常运行时是长期不动作的，而一旦出现异常情况却要求必须可靠的立即动作，因此对于热工保护装置应有必要的监视和试验手段，以确保热工保护装置本身动作的正确和可靠。DCS在电厂应用经验的积累性能可靠性的提高，DCS对机组监控覆盖面日趋完善，其渗透深度也随之增强。近年来，无论是新建的大型机组还是老机组进行热工自动化改造，其所设计的DCS系统控制功能已不仅仅局限于热机系统的监视、控制及大联锁等，的控制也纳入DCS中，甚至像MFT主燃料跳闸汽轮机危急跳闸系统可靠性要求很高的专用设备，也有人尝试用DCS(设计专用智能板件)来实现其功能。2000年修订的《火力发电厂设计技术规程》已明确规定"对于300MW及以上机组，当响应速度允许并有成功的应用经验时，也可将汽轮机保护纳入DCS"，但对采用何种类型的控制器并未做出规定。而且目前机组控制室人机界面的设计也已经发生了深刻变化，常规仪表加硬手操的监控模式已基本被取消，取而代之的是大屏幕、CRT操作员站加软手操。因此，机组安全、经济运行对DCS的依赖性也越来越大。可编程控制器PLC系统概述
可编程控制器(Programmable?Logical?Controller)简称为PLC，是60年代末发明的工业控制器件。对可编程控制器定义：可编程逻辑运算，顺序控制，时序、计数算术运算等，输入输出?
PLC是由早期继电器逻辑控制系统与微机计算机技术相结合而发展起来的，它是以微处理器为主的一种工业控制仪表，它融计算机技术、控制技术和通信技术于一体，集顺序控制、过程控制和数据处理于一身，可编程控制器由于抗干扰能力强可靠性高编程简单、控制灵活、操作维护简单性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。从原理上说，可编程控制器和计算机是一致的，为了和工业控制相适应，PLC采用扫描原理来工作，也就是对整个程序进行一遍又一遍的扫描，直到停机为止。之所以采用这样的工作方式，是因为PLC是由继电器控制发展而来的，而CPU的扫描用户程序的时间远远短于继电器的动作时间，只要采用循环扫描的办法就可以解决其中的矛盾。循环扫描的工作方式是PLC区别于普通的计算机控制系统的一个重要方面。目前，由于PLC把专用的数据高速公路改成通用的网络，并逐步将PLC之间的通信规约靠拢使得PLC 有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统，这使得PLC 系统具备了DCS的形态，这样，基于PLC的DCS系统目前在国内外都得到了广泛的应用。虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU、存储器、输入输出设备(I/O)和其他可选部件组成。其他的可选部件包括编程器，外存储器，模拟I/O盘，通信接口，扩展接口等。CPU是PLC的核心，存储器它用于输入各种指令，完成预定的任务，起到了大脑的作用，自整定、预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用；存储器 
存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器存储器包括随机存储器RAM和只读存储器ROM。 
PLC常用的存储器类型 1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间由锂电池支持。2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变 (在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中输入输出系统（I/O）使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有脉冲量输入
4  可编程控制器基本原理
PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。1 扫描技术
PLCCPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。扫描周期在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
图5-1   扫描周期过程1）输入采
热工联锁保护系统配置优化方案（五章）.doc