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SIMATIC PCS7在CFB電站循環(huán)硫化床鍋爐上的應用

信息來源:      發(fā)布時間:2012-04-01 10:15:40      點擊次數(shù):0
 河南省某水泥廠自備電廠機組是由2?20t/h水泥爐窯尾氣余熱爐、1?45t/h補燃煤CFB鍋爐和1?12MW的汽輪發(fā)電機組組成,主要是供廠內(nèi)水泥生產(chǎn)線用電及部分生活用熱。其中,補燃鍋爐是哈爾濱鍋爐廠引進美國CPC技術(shù)生產(chǎn)的細粉高速循環(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)布置了一臺負荷調(diào)節(jié)裝置(床料倉),其工作原理為通過負壓系統(tǒng)從爐床抽取床料儲在倉內(nèi),并根據(jù)負荷調(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,以達到調(diào)節(jié)負荷的目的。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,再以機械或非機械方式送回爐膛,通過調(diào)整回料量、給煤量和風量等手段來調(diào)節(jié)床溫和負荷。另一區(qū)別是該類爐的燃料粒度較一般CFB爐細,燃料溫度和石灰石投入方式不相同。項目設(shè)計單位是天津水泥設(shè)計院,四川東方電腦工程公司負責提供DCS硬件,并完成DCS的設(shè)計組態(tài)和現(xiàn)場調(diào)試工作。
本項目采用SIEMENS公司SIMATIC PCS7集散控制系統(tǒng),最終實現(xiàn)對整個自備電站的控制
和安全經(jīng)濟地運行。

二、PCS7系統(tǒng)的主要特點
PCS7是一種模塊化的基于現(xiàn)場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,將兩者的功能有機的結(jié)合在一起。系統(tǒng)的所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺;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。系統(tǒng)大量采用了新技術(shù),在網(wǎng)絡(luò)配置上,使用標準工業(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,真正實現(xiàn)了儀控和電控的一體化,充分體現(xiàn)了全集成自動化的特點,使得系統(tǒng)應用范圍變廣,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、本項目系統(tǒng)構(gòu)成:
1. 硬件:
采用三個過程控制機柜: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點和調(diào)節(jié)回路,3APL中的過程控制器,處理汽輪發(fā)電機組和兩臺余熱鍋爐部分的測點和調(diào)節(jié)回路。共使用了13個ET200M遠程控制機架安裝各種I/O模塊。所處理信號如下:
信號類型 實際使用點數(shù) 模塊配置

AI 4~20mA 180 29 X 8AI
RTD 82 24 X 4RTD
T/C 64 9 X8T/C
AO 31 9 X 4AO
DI 71 15 X 8DI
DO 14 3 X8DO
過程狀態(tài)監(jiān)控管理設(shè)備為2臺OS站,1臺ES站,出于項目成本考慮,均采用SIEMENS公司推薦的Dell公司高性能商用計算機。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。在項目實施過程中,Dell公司的商用計算機表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。
系統(tǒng)打印機為3臺:EPSON MJ-1500K+ 彩色噴墨打印機。選用該種打印機是基于以下因素:
a) 噪音低
b) 使用彩色進行不同級別和種類的報警和信息記錄
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標準,通過每個ET200M上的IM153-1通訊卡與AS4142DP控制器互相連接,滿足現(xiàn)場信號的采集、處理和控制器的通訊,為Profibus-DP現(xiàn)場通訊網(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標準。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、工程師站對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另一類為采用同軸細纜,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)是對補燃爐、余熱鍋爐、汽輪機、發(fā)電機進行重要參數(shù)的顯示,對以下回路進行自動調(diào)節(jié)。
補燃爐汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 補燃爐爐膛壓力調(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) 補燃爐二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
二級過熱器入口溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 主蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
以班報的形式對所有重要參數(shù)進行一小時報表自動打印。
以趨勢圖的形式對DCSI/O清單中所有要求的記錄參數(shù)進行8小時趨勢顯示,并可按操作員
要求隨時打印。
工藝流程畫面主要有下面幾幅,并可隨意切換:
鍋爐煙風系統(tǒng)圖 鍋爐汽水系統(tǒng)圖 汽機熱力系統(tǒng)圖
余熱爐熱力系統(tǒng)圖 除氧給水系統(tǒng)圖 發(fā)電機油系統(tǒng)圖
應用色彩和閃爍變化表示各種報警信息。報警信息可按報警產(chǎn)生順序在Alarm log中查閱、打印。另外,根據(jù)鍋爐制造商對控制的要求,并參考美國NFPA8504常壓循環(huán)流化床鍋爐運行規(guī)范,還設(shè)計了必要的保護功能。

五、PCS7系統(tǒng)的應用心得
我們在這次工程的程序設(shè)計中,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、運算功能形成了功能塊,在進行程序組態(tài)時,如需用到某種邏輯、運算功能,就可在PCS7的功能塊庫中找到與之相應的功能塊,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人機界面上出現(xiàn)。此時,若需要某個模塊在WINCC人機界面上出現(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目傳送到操作站,用戶程序就傳給了WINCC人機界面,在程序組態(tài)時,已被定義具有了WINCC屬性的各模塊的標簽值就能在WINCC中被找到,再通過WINCC畫面組態(tài),就可完成人機對話、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功能十分強大,而使用起來又非常方便,在編制各種畫面、報警歸檔等功能時,都可應用其標準的功能來完成。
硬件組態(tài)也是一種圖形化的組態(tài)方式,十分方便。對某一過程站而言,實際帶有若干ET200遠程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IM153模塊形成幾個ET200遠程I/O接點。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型號、定貨號的模塊,將其拖放至與實際安裝相對應的位置即可。硬件組態(tài)配置完成后,下載到相應的過程控制站。這樣,就使得實際硬件安裝模件和硬件組態(tài)相一致,從而,I/O模塊上的每一點的點號地址就得以確定。
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8AI模塊通道組態(tài)時,才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)要求相鄰的兩個通道(如0,1,23),必須接相同類型的信號,而不得不重新布點;程序組態(tài)時,經(jīng)過換算得到的流量信號不能直接傳往WINCC人機界面,而必須將其加載到數(shù)據(jù)塊上,把數(shù)據(jù)塊傳至WINCC才能實現(xiàn)流量信號在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)場信號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)場信號線多,使得柜內(nèi)接線雜亂。對于點數(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,我們將通訊電纜沿機柜左側(cè)進入和布置,而將現(xiàn)場信號線從機柜右側(cè)進入和布置。模擬信號按規(guī)定完成屏蔽接地,在該工程現(xiàn)場調(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)卡的安裝上有個順序問題:應先裝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。
當系統(tǒng)需要重裝系統(tǒng)時,應先收回OS站和ES站中所有授權(quán)。由于本項目使用的是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
本項目從合同生效至完成調(diào)試,總共不到3個月時間,其中給予組態(tài)設(shè)計的時間非常短,而PCS7對我們來說又是一個較新的系統(tǒng),但由于有SIEMENS工程師的有力支持,工作進展非常順利。
在此項目過程控制系統(tǒng)中,CFB的控制應是難點。CPC的細粉高效流化床項目是國家高效工業(yè)鍋爐引進項目的主要內(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美國FW公司的CFB爐不同。但遺憾的是,該項目的規(guī)劃設(shè)計單位未設(shè)計燃燒、負荷調(diào)節(jié)和二氧化硫控制等關(guān)鍵的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),而均采用了手動調(diào)節(jié)。另外,現(xiàn)場部分被控對象,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)尚不能投入自動運行。
我們計劃還要進行的工作是:在機組穩(wěn)定負荷運行和被控對象調(diào)節(jié)性能達到要求后,盡可能將各調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入自動。尤其對其中2臺余熱爐向補燃爐提供預熱給水(通過調(diào)整尾氣量和給水量來調(diào)整出水溫度)、補燃爐再進行最終負荷調(diào)節(jié)這樣一個較復雜的復合調(diào)節(jié)系統(tǒng),值得仔細探索、研究。
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