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用DCS组成的电动执行机构控制回路
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摘 要： 针对传统的电动执行机构的伺服放大器存在可靠性差的缺点，提出了一种利用DCS实现的伺服放大器控制系统。该系统除了具有常规伺服放大器的功能以外还可以自动判断执行机构的状态，在发生固态继电器击穿或者阀位反馈信号品质坏时能够使电动执行机构保持在原位置以防止事故的扩大化。
关键字： 电动执行机构 分散控制系统（DCS） 伺服放大器 阀位保护
目前，在300MW以下火电机组大量应用着DKJ（ZKJ）、DKZ（ZKZ）、ZKD等系列国产执行机构。这些执行机构具有结构简单、价格低的优点（价格仅为进口智能执行机构的十分之一左右）。在自动控制系统中，这些执行机构需要外挂式的伺服放大器进行开关控制，国产伺服放大器故障多、调节稳定性差、容易产生震荡，输出效果不理想。为此研究出了利用DCS来实现的电动执行机构伺服放大器与阀位保护回路，在此进行介绍，供参考。
1 常规伺服放大器控制电动执行机构的缺点
电动执行机构的指令信号与阀位反馈信号在伺服放大器中进行比较放大后，经过可控硅送出220V.DC的开信号或者关信号。
伺服放大器是由电器元件组成的电子线路板构成，分前置级磁放大器线路板、触发器线路板、可控硅交流开关线路板三部分。电动执行机构的指令信号与阀位反馈信号的比较放大靠这些电子线路板的运行来实现。因此，电子元件的质量和电路板的可靠性决定了伺服放大器的可靠性。常规伺服放大器抗干扰的能力普遍不高，电网电压的波动、高温、高粉尘、振动等外部环境的影响都容易使伺服放大器产生故障。
伺服放大器的调节原理类似于一个纯积分作用的调节器，只要指令信号与阀位反馈信号的偏差超过调节不灵敏区的范围，伺服放大器就会一直发出开指令或者关指令。电动执行机构的阀位反馈装置可靠性不高，电厂经常出现因为阀位反馈故障使信号达到上限值或下限值，因为伺服放大器的偏差消除作用导致执行机构连续关或者开直到行程的极限，导致事故扩大化。另外，可控硅在击穿后，也会使电动执行机构一直带电，使执行机构全开或全关。
2 利用DCS实现伺服放大器和电动执行机构的阀位保护
目前分散控制系统（DCS）已经普遍地应用于火力发电厂的热工自动控制之中。利用DCS组态灵活、易于实现复杂的控制逻辑和可靠性高的特点可以实现伺服放大器功能和电动执行机构的阀位保护，下面进行详细的介绍：
2.1 利用DCS实现伺服放大器功能
利用DCS实现伺服放大器功能的原理图如图1所示，虚线框内为DCS的软件功能模块。其工作原理如下：
执行机构的指令和阀位反馈进行偏差比较，差值经过死区的灵敏度处理后如果超过了高/低值报警的设置值，就会发出“开门”或者“关门”指令：设置可调脉冲模块的目的是为了能够针对不同的执行机构来调节脉冲宽度、占空比等参数，伺服放大器的死区和灵敏度都可以通过改变DCS软件的参数进行调整。开、关继电器采用固态继电器。执行机构指令执行机构阀位反馈开门继电器指令关门继电器指令。
图1 利用DCS实现伺服放大器功能的原理图
2.2 电动执行机构阀位保护功能的实现
采用上述方法实现的伺服放大器回路仍然不能解决在下列两种情况下的执行机构误动：一是当阀位反馈信号失灵时，二是当固态继电器击穿时。为了弥补常规伺服放大器工作原理上的缺陷，设计了阀位保护回路，在开门继电器和关门继电器的输出接点后又分别串上了“禁开继电器”和“禁关继电器”的常闭接点，只有当没有“禁开”或者“禁关”逻辑时，开门继电器指令或关门继电器指令才能送至电动执行机构。电动执行机构阀位保护回路的原理接线图如图2所示。
图2 电动执行机构阀位保护回路的原理接线图
“禁开”和“禁关”的控制逻辑由DCS软件实现。触发“禁开”或“禁关”控制逻辑条件有以下3条：（1）阀位反馈品质坏值；（2）阀位指令与反馈偏差大（正偏差超限时触发“禁开”逻辑、负偏差超限时触发“禁关”逻辑）；（3）阀位反馈的变化速率超限。当上述三个条件中只要有一个满足时即触发电动执行机构的保护回路，使执行机构保持在原位置并将控制系统的自动切除，发出报警信号。
“禁开”和“禁关”的控制逻辑复位方法可以采用专门的复位按钮，也可以通过点击操作器画面上的“开”或者“关”按钮进行自动复位。
3 投运效果
利用DCS组成的伺服放大器和阀位保护回路在河北兴泰发电有限责任公司的6台200MW机组DCS改造中已经普遍应用，机组7年多的运行情况表明，利用本文介绍的方法实现的电动执行机构的控制回路与常规的伺服放大器相比有很强的优势，不仅减少了设备的维护量，而且在可靠性方面有了很大程度的提高。在多次发生固态继电器击穿或者阀位反馈信号断线的情况下，阀位保护逻辑都能够正确地动作，防止了事故进一步的扩大化。
因为DCS具有灵活的组态方法、丰富的软件功能和很高的可靠性，所以已经普遍地应用到了火力发电厂的控制过程中。本文所介绍的伺服放大器和阀位保护的方法易于DCS实现，可以为电厂热工人员所借鉴。
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摘 要： 针对传统的电动执行机构的伺服放大器存在可靠性差的缺点，提出了一种利用DCS实现的伺服放大器控制系统。该系统除了具有常规伺服放大器的功能以外还可以自动判断执行机构的状态，在发生固态继电器击穿或者阀位反馈信号品质坏时能够使电动执行机构保持在原位置以防止事故的扩大化。
关键字： 电动执行机构 分散控制系统（DCS） 伺服放大器 阀位保护
目前，在300MW以下火电机组大量应用着DKJ（ZKJ）、DKZ（ZKZ）、ZKD等系列国产执行机构。这些执行机构具有结构简单、价格低的优点（价格仅为进口智能执行机构的十分之一左右）。在自动控制系统中，这些执行机构需要外挂式的伺服放大器进行开关控制，国产伺服放大器故障多、调节稳定性差、容易产生震荡，输出效果不理想。为此研究出了利用DCS来实现的电动执行机构伺服放大器与阀位保护回路，在此进行介绍，供参考。
1 常规伺服放大器控制电动执行机构的缺点
电动执行机构的指令信号与阀位反馈信号在伺服放大器中进行比较放大后，经过可控硅送出220V.DC的开信号或者关信号。
伺服放大器是由电器元件组成的电子线路板构成，分前置级磁放大器线路板、触发器线路板、可控硅交流开关线路板三部分。电动执行机构的指令信号与阀位反馈信号的比较放大靠这些电子线路板的运行来实现。因此，电子元件的质量和电路板的可靠性决定了伺服放大器的可靠性。常规伺服放大器抗干扰的能力普遍不高，电网电压的波动、高温、高粉尘、振动等外部环境的影响都容易使伺服放大器产生故障。
伺服放大器的调节原理类似于一个纯积分作用的调节器，只要指令信号与阀位反馈信号的偏差超过调节不灵敏区的范围，伺服放大器就会一直发出开指令或者关指令。电动执行机构的阀位反馈装置可靠性不高，电厂经常出现因为阀位反馈故障使信号达到上限值或下限值，因为伺服放大器的偏差消除作用导致执行机构连续关或者开直到行程的极限，导致事故扩大化。另外，可控硅在击穿后，也会使电动执行机构一直带电，使执行机构全开或全关。
2 利用DCS实现伺服放大器和电动执行机构的阀位保护
目前分散控制系统（DCS）已经普遍地应用于火力发电厂的热工自动控制之中。利用DCS组态灵活、易于实现复杂的控制逻辑和可靠性高的特点可以实现伺服放大器功能和电动执行机构的阀位保护，下面进行详细的介绍：
2.1 利用DCS实现伺服放大器功能
利用DCS实现伺服放大器功能的原理图如图1所示，虚线框内为DCS的软件功能模块。其工作原理如下：
执行机构的指令和阀位反馈进行偏差比较，差值经过死区的灵敏度处理后如果超过了高/低值报警的设置值，就会发出“开门”或者“关门”指令：设置可调脉冲模块的目的是为了能够针对不同的执行机构来调节脉冲宽度、占空比等参数，伺服放大器的死区和灵敏度都可以通过改变DCS软件的参数进行调整。开、关继电器采用固态继电器。执行机构指令执行机构阀位反馈开门继电器指令关门继电器指令。
图1 利用DCS实现伺服放大器功能的原理图
2.2 电动执行机构阀位保护功能的实现
采用上述方法实现的伺服放大器回路仍然不能解决在下列两种情况下的执行机构误动：一是当阀位反馈信号失灵时，二是当固态继电器击穿时。为了弥补常规伺服放大器工作原理上的缺陷，设计了阀位保护回路，在开门继电器和关门继电器的输出接点后又分别串上了“禁开继电器”和“禁关继电器”的常闭接点，只有当没有“禁开”或者“禁关”逻辑时，开门继电器指令或关门继电器指令才能送至电动执行机构。电动执行机构阀位保护回路的原理接线图如图2所示。
图2 电动执行机构阀位保护回路的原理接线图
“禁开”和“禁关”的控制逻辑由DCS软件实现。触发“禁开”或“禁关”控制逻辑条件有以下3条：（1）阀位反馈品质坏值；（2）阀位指令与反馈偏差大（正偏差超限时触发“禁开”逻辑、负偏差超限时触发“禁关”逻辑）；（3）阀位反馈的变化速率超限。当上述三个条件中只要有一个满足时即触发电动执行机构的保护回路，使执行机构保持在原位置并将控制系统的自动切除，发出报警信号。
“禁开”和“禁关”的控制逻辑复位方法可以采用专门的复位按钮，也可以通过点击操作器画面上的“开”或者“关”按钮进行自动复位。
3 投运效果
利用DCS组成的伺服放大器和阀位保护回路在河北兴泰发电有限责任公司的6台200MW机组DCS改造中已经普遍应用，机组7年多的运行情况表明，利用本文介绍的方法实现的电动执行机构的控制回路与常规的伺服放大器相比有很强的优势，不仅减少了设备的维护量，而且在可靠性方面有了很大程度的提高。在多次发生固态继电器击穿或者阀位反馈信号断线的情况下，阀位保护逻辑都能够正确地动作，防止了事故进一步的扩大化。
因为DCS具有灵活的组态方法、丰富的软件功能和很高的可靠性，所以已经普遍地应用到了火力发电厂的控制过程中。本文所介绍的伺服放大器和阀位保护的方法易于DCS实现，可以为电厂热工人员所借鉴。