SIMATIC PCS7在CFB電站循環(huán)硫化床鍋爐上的應(yīng)用

內(nèi)容簡介：現(xiàn)在電站自控系統(tǒng)普遍采用分散控制系統(tǒng)（DCS），SIEMENS公司的SIMATIC PCS7作為一種優(yōu)秀的過程控制系統(tǒng)，廣泛地用在鋼鐵、化工、電站行業(yè)，本文介紹了該系統(tǒng)在河南省某水泥廠自備電廠中的應(yīng)用情況和心得。 主題詞：PCS7 CFB電站 應(yīng)用 一、工程概述： 河南省某水泥廠自備電廠機(jī)組是由2520t/h水泥爐窯尾氣余熱爐、1545t/h補(bǔ)燃煤CFB鍋爐和1512MW的汽輪發(fā)電機(jī)組組成，主要是供廠內(nèi)水泥生產(chǎn)線用電及部分生活用熱。其中，補(bǔ)燃鍋爐是哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)美國CPC技術(shù)生產(chǎn)的細(xì)粉高速循環(huán)流化床鍋爐，與一般循環(huán)流化床鍋爐的區(qū)別在于：在爐前右側(cè)布置了一臺(tái)負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置（床料倉），其工作原理為通過負(fù)壓系統(tǒng)從爐床抽取床料儲(chǔ)在倉內(nèi)，并根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要將其中的床料回放入到爐床上來控制床料高度和溫度，以達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的。而一般的CFB主要是通過各種型式的分離器分離煙氣中未燃盡顆粒，再以機(jī)械或非機(jī)械方式送回爐膛，通過調(diào)整回料量、給煤量和風(fēng)量等手段來調(diào)節(jié)床溫和負(fù)荷。另一區(qū)別是該類爐的燃料粒度較一般CFB爐細(xì)，燃料溫度和石灰石投入方式不相同。項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位是天津水泥設(shè)計(jì)院，四川東方電腦工程公司負(fù)責(zé)提供DCS硬件，并完成DCS的設(shè)計(jì)組態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。 本項(xiàng)目采用SIEMENS公司SIMATIC PCS7集散控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自備電站的控制 和安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 二、PCS7系統(tǒng)的主要特點(diǎn) PCS7是一種模塊化的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新一代過程控制系統(tǒng)，結(jié)合了傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能有機(jī)的結(jié)合在一起。系統(tǒng)的所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺(tái)；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統(tǒng)一的軟件平臺(tái)。系統(tǒng)大量采用了新技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)配置上，使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。由于PCS7消除了DCS和PLC系統(tǒng)間的界限，真正實(shí)現(xiàn)了儀控和電控的一體化，充分體現(xiàn)了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)應(yīng)用范圍變廣，是一種適用于現(xiàn)在、面向未來的開放型過程控制系統(tǒng)。 三、本項(xiàng)目系統(tǒng)構(gòu)成： 1． 硬件： 采用三個(gè)過程控制機(jī)柜：1APL、2APL、3APL。在1APL、3APL內(nèi)各安裝1套過程控制器AS4142DP。1APL中的過程控制器，處理循環(huán)流化床鍋爐部分的測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)回路，3APL中的過程控制器，處理汽輪發(fā)電機(jī)組和兩臺(tái)余熱鍋爐部分的測(cè)點(diǎn)和調(diào)節(jié)回路。共使用了13個(gè)ET200M遠(yuǎn)程控制機(jī)架安裝各種I/O模塊。所處理信號(hào)如下： 過程狀態(tài)監(jiān)控管理設(shè)備為2臺(tái)OS站，1臺(tái)ES站，出于項(xiàng)目成本考慮，均采用SIEMENS公司推薦的Dell公司高性能商用計(jì)算機(jī)。配置為：PⅡ400，4.3Ｇ硬盤，１２８Ｍ內(nèi)存，帶８Ｍ顯存的集成顯卡，１９"高分辨率SVGA彩色顯示器。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，Dell公司的商用計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。 系統(tǒng)打印機(jī)為3臺(tái)：EPSON MJ-1500K+ 彩色噴墨打印機(jī)。選用該種打印機(jī)是基于以下因素： a) 噪音低 b) 使用彩色進(jìn)行不同級(jí)別和種類的報(bào)警和信息記錄 c) 能使用寬行連續(xù)打印紙，這是普通噴墨打印機(jī)不具備的功能。 　2. 網(wǎng)絡(luò) 本控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1： 分為下層控制網(wǎng)、上層管理網(wǎng)。 下層控制網(wǎng)采用同軸屏敝電纜，適合歐洲Profibus標(biāo)準(zhǔn)，通過每個(gè)ET200M上的IM153－1通訊卡與AS4142DP控制器互相連接，滿足現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、處理和控制器的通訊，為Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)。 上層管理網(wǎng)分為二類。一類為采用同軸電纜，適合歐洲Profibus標(biāo)準(zhǔn)。通過OS站、ES站和控制器上的CP443－5通訊卡相連接，滿足操作員站、工程師站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另一類為采用同軸細(xì)纜，符合TCP/IP協(xié)議的管理以太網(wǎng)，通過OS站、ES站上的D-LINK網(wǎng)卡連接，主要實(shí)現(xiàn)工程師和操作員站之間文件管理、拷貝。 ３．軟件 操作員站OS和工程師站ES均采用微軟英文版Windows ＮＴ Workstation Ｖ４.０作為操作系統(tǒng)，附加安裝版Package ３和Internet explorer ４.０，漢字處理采用中文之星For Windows NT V2.0，使得除工程師組態(tài)以外的所有信息、界面均實(shí)現(xiàn)漢化。 操作員站另加載了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL．等監(jiān)控軟件。 在操作員站所加載軟件的基礎(chǔ)上，工程師站還加裝了SIMATIC STEP7 BASIS V4.0、　 CFC V4.0、S7-SCL V4.0、SFC V4.X 等組態(tài)功能軟件。除用于系統(tǒng)軟、硬件組態(tài)外，ES站具有與OS站完全相同的功能，可以兼做OS站，起到了降低用戶成本的作用。 四、系統(tǒng)功能 系統(tǒng)是對(duì)補(bǔ)燃爐、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)進(jìn)行重要參數(shù)的顯示，對(duì)以下回路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。 補(bǔ)燃爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 補(bǔ)燃爐爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1#余熱爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2#余熱爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 除氧器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) 除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 冷凝器熱井水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 補(bǔ)燃爐二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 二級(jí)過熱器入口溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 主蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 以班報(bào)的形式對(duì)所有重要參數(shù)進(jìn)行一小時(shí)報(bào)表自動(dòng)打印。 以趨勢(shì)圖的形式對(duì)DCSI/O清單中所有要求的記錄參數(shù)進(jìn)行８小時(shí)趨勢(shì)顯示，并可按操作員 要求隨時(shí)打印。 工藝流程畫面主要有下面幾幅，并可隨意切換： 鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)圖 鍋爐汽水系統(tǒng)圖 汽機(jī)熱力系統(tǒng)圖 余熱爐熱力系統(tǒng)圖 除氧給水系統(tǒng)圖 發(fā)電機(jī)油系統(tǒng)圖 應(yīng)用色彩和閃爍變化表示各種報(bào)警信息。報(bào)警信息可按報(bào)警產(chǎn)生順序在Alarm log中查閱、打印。另外，根據(jù)鍋爐制造商對(duì)控制的要求，并參考美國NFPA8504常壓循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行規(guī)范，還設(shè)計(jì)了必要的保護(hù)功能。 五、PCS7系統(tǒng)的應(yīng)用心得 我們?cè)谶@次工程的程序設(shè)計(jì)中，由于沒有太多的順控功能，基本上只用到CFC程序組態(tài)，這樣也方便用戶有限的技術(shù)人員盡快掌握。CFC程序組態(tài)是一種圖形式的組態(tài)，方便、直觀，操作簡便。PCS7將許多邏輯、運(yùn)算功能形成了功能塊，在進(jìn)行程序組態(tài)時(shí)，如需用到某種邏輯、運(yùn)算功能，就可在PCS7的功能塊庫中找到與之相應(yīng)的功能塊，將其直接拖放至CFC組態(tài)畫面即可。用戶還可利用PCS7提供的一種類似PASICAL語言的SCL程序結(jié)構(gòu)化控制語言自定義特殊功能塊，并存在功能塊庫中，隨意調(diào)用。 DCS中使用的所有模塊（包括PID塊、數(shù)據(jù)塊、I/O模塊等）都只是在PCS7的組態(tài)畫面中出現(xiàn)，并不能在WINCC人機(jī)界面上出現(xiàn)。此時(shí)，若需要某個(gè)模塊在WINCC人機(jī)界面上出現(xiàn)，則只需要給該模塊添加WINCC屬性。 在工程師站上完成所有程序組態(tài)，編譯無誤后，將程序下載至過程控制器，這樣，過程控制器中就有了經(jīng)過編譯后的用戶程序；再將有用戶程序的用戶項(xiàng)目傳送到操作站，用戶程序就傳給了WINCC人機(jī)界面，在程序組態(tài)時(shí)，已被定義具有了WINCC屬性的各模塊的標(biāo)簽值就能在WINCC中被找到，再通過WINCC畫面組態(tài)，就可完成人機(jī)對(duì)話、參數(shù)的畫面顯示等，從而完成PCS7和WINCC（內(nèi)核與顯示）的結(jié)合。WINCC功能十分強(qiáng)大，而使用起來又非常方便，在編制各種畫面、報(bào)警歸檔等功能時(shí)，都可應(yīng)用其標(biāo)準(zhǔn)的功能來完成。 硬件組態(tài)也是一種圖形化的組態(tài)方式，十分方便。對(duì)某一過程站而言，實(shí)際帶有若干ET200遠(yuǎn)程I/O，組態(tài)畫面中，就在該過程站后的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)線上拖放幾個(gè)IM153模塊形成幾個(gè)ET200遠(yuǎn)程I/O接點(diǎn)。硬件組態(tài)中的所有模塊，都可以從PCS7提供的元件庫中找到相應(yīng)型號(hào)、定貨號(hào)的模塊，將其拖放至與實(shí)際安裝相對(duì)應(yīng)的位置即可。硬件組態(tài)配置完成后，下載到相應(yīng)的過程控制站。這樣，就使得實(shí)際硬件安裝模件和硬件組態(tài)相一致，從而，I/O模塊上的每一點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)地址就得以確定。 由于我們是首次使用PCS7系統(tǒng)，在使用中也遇到一些問題。如，在硬件組態(tài)中對(duì)8AI模塊通道組態(tài)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)要求相鄰的兩個(gè)通道（如0,1，23），必須接相同類型的信號(hào)，而不得不重新布點(diǎn)；程序組態(tài)時(shí)，經(jīng)過換算得到的流量信號(hào)不能直接傳往WINCC人機(jī)界面，而必須將其加載到數(shù)據(jù)塊上，把數(shù)據(jù)塊傳至WINCC才能實(shí)現(xiàn)流量信號(hào)在WINCC畫面上的顯示。類似的限制，都使得系統(tǒng)顯得不夠靈活。 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接線有板前與板后兩種方式，該工程中使用的是板前接線方式，由于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線多，使得柜內(nèi)接線雜亂。對(duì)于點(diǎn)數(shù)多的系統(tǒng)，建議使用板后接線方式。 PCS7系統(tǒng)中模塊抗干擾能力較強(qiáng)，我們將通訊電纜沿機(jī)柜左側(cè)進(jìn)入和布置，而將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線從機(jī)柜右側(cè)進(jìn)入和布置。模擬信號(hào)按規(guī)定完成屏蔽接地，在該工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，我們很少遇到系統(tǒng)干擾問題。 我們發(fā)現(xiàn)在軟件和網(wǎng)卡的安裝上有個(gè)順序問題：應(yīng)先裝Windows ＮＴ Workstation Ｖ４.０操作系統(tǒng)，然后裝D-LINK網(wǎng)卡，再裝WINDOWS NT PACKEAGE 3，裝入IE 4.0，裝入中文之星V2.0，再裝WINCC，最后裝入CP5412卡，否則易發(fā)生沖突。 當(dāng)系統(tǒng)需要重裝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)先收回OS站和ES站中所有授權(quán)。由于本項(xiàng)目使用的是V4.0版軟件，采用軟盤收授授權(quán)，比較麻煩。據(jù)SIEMENS介紹，新版本軟件較好地接解決了這一問題。 六、結(jié)束語 本項(xiàng)目從合同生效至完成調(diào)試，總共不到3個(gè)月時(shí)間，其中給予組態(tài)設(shè)計(jì)的時(shí)間非常短，而PCS7對(duì)我們來說又是一個(gè)較新的系統(tǒng)，但由于有SIEMENS工程師的有力支持，工作進(jìn)展非常順利。 在此項(xiàng)目過程控制系統(tǒng)中，CFB的控制應(yīng)是難點(diǎn)。CPC的細(xì)粉高效流化床項(xiàng)目是國家高效工業(yè)鍋爐引進(jìn)項(xiàng)目的主要內(nèi)容之一，同我們以前熟悉的東方鍋爐股份公司研制和引進(jìn)美國FW公司的CFB爐不同。但遺憾的是，該項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)單位未設(shè)計(jì)燃燒、負(fù)荷調(diào)節(jié)和二氧化硫控制等關(guān)鍵的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而均采用了手動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，現(xiàn)場(chǎng)部分被控對(duì)象，如國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能太差等原因，一些調(diào)節(jié)系統(tǒng)尚不能投入自動(dòng)運(yùn)行。 我們計(jì)劃還要進(jìn)行的工作是：在機(jī)組穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行和被