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。

　　一、工程概述：

　　河南省某水泥廠自備電廠機組是由2520t/h水泥爐窯尾氣余熱爐、1545t/h補燃煤CFB鍋爐和1512MW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(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，再以機械或非機械方式送回爐膛，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(fù)責(zé)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(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(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(yuǎn)程控制機架安裝各種I/O模塊。所處理信號如下：

　　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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(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(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，主要實現(xiàn)工程師和操作員站之間文件管理、拷貝。
　
　�。常�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(jìn)行重要參數(shù)的顯示，對以下回路進(jìn)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(fēng)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(jìn)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(jìn)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(fēng)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(yīng)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(hù)功能。

　　五、PCS7系統(tǒng)的應(yīng)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(jìn)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(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(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(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。對某一過程站而言，實際帶有若干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IM153模塊形成幾個ET200遠(yuǎn)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(yīng)型號、定貨號的模塊，將其拖放至與實際安裝相對應(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(jìn)入和布置，而將現(xiàn)場信號線從機柜右側(cè)進(jìn)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(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，應(yīng)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(jìn)展非常順利。

　　在此項目過程控制系統(tǒng)中，CFB的控制應(yīng)是難點。CPC的細(xì)粉高效流化床項目是國家高效工業(yè)鍋爐引進(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)行的工作是：在機組穩(wěn)定負(fù)荷運行和被控對象調(diào)節(jié)性能達(dá)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(yù)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(jìn)行最終負(fù)荷調(diào)節(jié)這樣一個較復(fù)雜的復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)，值得仔細(xì)探索、研究。

　　第一作者簡介：范維劍，1991年畢業(yè)于哈爾濱船舶工程學(xué)院，東方鍋爐股份有限公司所屬四川東方電腦工程公司技術(shù)部，工程師。聯(lián)系地址：四川省自貢市四川東方電腦工程公司。

信息來源：中國工業(yè)設(shè)備網(wǎng)