摘 要：本文重點(diǎn)介紹了西門子公司的 SIMATIC PCS7 系統(tǒng)在火力發(fā)電廠循環(huán)硫化床鍋爐和汽輪機(jī)組中的應(yīng)用，論述了該系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)，并通過實(shí)際的運(yùn)行情況說明該系統(tǒng)確實(shí)具有相當(dāng)高的可靠性和安全性。 關(guān)鍵詞：PCS7系統(tǒng) 發(fā)電廠 可靠性 安全性 前 言 Simatic PCS7系統(tǒng)是西門子公司二十世紀(jì)九十年代開始推出的應(yīng)用于中大型生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域的功能豐富的新型集散控制系統(tǒng)；它采用現(xiàn)場總線技術(shù)，是全集成的過程自動化控制系統(tǒng)。 Simatic PSC7系統(tǒng)具有獨(dú)特的開放式平臺，結(jié)合了DCS和 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能緊密地結(jié)合在一起；Simatic PCS7系統(tǒng)采用了統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境，控制層和操作層實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的變量管理，大大節(jié)省了程序員建構(gòu)變量的時(shí)間；Simatic PCS7系統(tǒng)使用工藝分級（TH）配置，使用戶可以按照工廠的工藝分工進(jìn)行組態(tài)，分為系統(tǒng)級（如車間）、子系統(tǒng)級（如工段）、設(shè)備級、儀表控制回路等級別。 該系統(tǒng)的先進(jìn)實(shí)用性集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：先進(jìn)的控制技術(shù)（現(xiàn)場總線技術(shù)）、實(shí)用安全的系統(tǒng)配置（冗余電源及冗余操作站及冗余控制器）、友好的人機(jī)界面（直觀、規(guī)范和契合運(yùn)行習(xí)慣）、支持多種通訊協(xié)議如Profitbus，MPI，Industrial以太網(wǎng)等。 一：工藝情況概述 沈陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)熱電廠新建工程，配置2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐，1臺12MW抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，3臺鍋爐給水泵, 2套除氧器和1套減溫減壓器。本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍包括以上工藝系統(tǒng)的熱工監(jiān)控系統(tǒng)。 根據(jù)循環(huán)硫化床鍋爐對于一次風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)，給煤機(jī)及給水泵的要求較高的特點(diǎn)，故鍋爐系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要引入了許多連鎖控制方案，有引風(fēng)機(jī)連鎖，一次風(fēng)機(jī)連鎖，給煤機(jī)連鎖，給水泵互動連鎖。由于引風(fēng)機(jī)的特殊重要性，又引入了壓力高高限和液位低低限連鎖。 在本系統(tǒng)中，具體的各種信號類型如下： 二：系統(tǒng)控制方案 3.1系統(tǒng)構(gòu)成 由于設(shè)計(jì)是基于兩爐一機(jī)考慮的，兩爐一機(jī)大概有 800 多點(diǎn)，故本系統(tǒng)采用了西門子公司的性能非?？煽康?CPU417-4 H 作為中央控制器，基于安全生產(chǎn)的考慮，是雙機(jī)冗余控制，雙處理器之間通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊，當(dāng)主CPU故障時(shí)，從處理器直接接管其一切工作。電源也采用冗余配置，當(dāng)一個(gè)電源模塊故障時(shí)，由于另一個(gè)電源的存在，并不影響CPU正常的工作。 系統(tǒng)的各個(gè)分布式控制站雙 IM153-2 的冗余控制，每對 IM153-2 最多可以接八個(gè)輸入／輸出模塊，通過輸入／輸出模塊采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)送到分布式輸入／輸出站，再送至中央控制站進(jìn)行處理，處理器決定該數(shù)據(jù)需進(jìn)行什么樣的處理，進(jìn)行顯示,或者輸出相應(yīng)的控制信號，再按照剛才的路徑返回至輸入／輸出模塊，這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集，處理和交換；中央控制站與各分布式控制站之間通過 ProfiBus-DP 網(wǎng)進(jìn)行通訊。其中1-4 號分布式輸入／輸出站為模擬量，5-6 號分布式輸入／輸出站為開關(guān)量。 系統(tǒng)配置了兩臺操作站，中央控制站與操作站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，而操作站之間通過 100Mbps的交換機(jī)進(jìn)行通訊。PCS7 系統(tǒng)中的工程師站和操作員站之間是通過授權(quán)的不同來區(qū)分的，在同一臺機(jī)器上，通過用戶和密碼的不同可以實(shí)現(xiàn)不同的操作和控制。 具體的硬件結(jié)構(gòu)配置如下圖所示： 3.2系統(tǒng)的典型控制策略 該系統(tǒng)共有除氧器壓力控制，除氧器液位控制，減溫減壓器壓力控制，減溫減壓器溫度控制，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)機(jī)擋板開度控制，前減溫溫度控制，后減溫溫度串級控制以及汽包水位三沖量控制等控制方案。 該系統(tǒng)中典型的控制策略有單回路PID控制，串級PID控制以及三沖量控制。 我們在設(shè)計(jì)汽包水位三沖量控制策略時(shí)，將汽包水位作為主控制回路，主給水流量作為副控制回路，主蒸汽流量作為前饋量；對于后減溫溫度串級控制，我們將主蒸汽溫度作為主回路，將后減溫集箱溫度作為副回路。 3.3系統(tǒng)的連鎖策略 出于安全生產(chǎn)的考慮，本系統(tǒng)中納入了許多連鎖方案，共有如下幾種： 1．引風(fēng)機(jī)連鎖 連鎖狀態(tài)下，當(dāng)引風(fēng)機(jī)未運(yùn)行時(shí)，不允許啟動一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)；引風(fēng)機(jī)故障時(shí)，一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)，給煤機(jī)均應(yīng)停止運(yùn)行；當(dāng)汽包壓力高于給定值或汽包水位低于給定值時(shí)，引風(fēng)機(jī)應(yīng)停止運(yùn)行。 2．一次風(fēng)機(jī)連鎖 連鎖狀態(tài)下，一次風(fēng)機(jī)未運(yùn)行時(shí)，不允許啟動二次風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)；一次風(fēng)機(jī)故障時(shí)，二次風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)均應(yīng)停止運(yùn)行。二次風(fēng)機(jī)故障時(shí)，引風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)均正常運(yùn)行，并不連鎖停車。 3．給煤機(jī)連鎖 連鎖狀態(tài)下，給煤機(jī)故障時(shí)一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)均停止運(yùn)行。 4．給水泵連鎖 兩臺給水泵為一用一備的配置，即將一臺給水泵投入運(yùn)行后，如果另一臺給水泵投入連鎖，當(dāng)?shù)谝慌_給水泵停止運(yùn)行后第二臺給水泵自動投入運(yùn)行，當(dāng)?shù)诙_給水泵停止運(yùn)行后如果第一臺給水泵已投入連鎖，則第一臺給水泵自動運(yùn)行，如果此時(shí)第一臺給水泵未投入連鎖，則第一臺給水泵并不自動運(yùn)行。要想將兩臺給水泵全部停止必須將連鎖全部摘除。 二期工程時(shí)，將使用三臺給水泵，其邏輯連鎖為兩用一備。 5．自動開停車系統(tǒng) 自動開停車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給用戶提供了一些接口，比如可以輸入延遲時(shí)間等。 3.4系統(tǒng)的其他功能 PCS7系統(tǒng)除了具有其他如橫河公司CS1000系統(tǒng)，羅斯蒙特公司的Provox系統(tǒng)等DCS系統(tǒng)所具有的各種通用功能外，還具有自己的特點(diǎn)。 PCS7系統(tǒng)在報(bào)警記錄的處理上有其獨(dú)到的特點(diǎn)，它將報(bào)警信息分為多種，有incoming alarm list, outgoing alarm list, operation list, acknowledged alarm list, process alarms, journal list以及AlarmOneLine等。對于用戶進(jìn)行PID控制的設(shè)定值改變，開關(guān)閥門等操作，都自動給以記錄，前提是進(jìn)行了PID模板的組態(tài)之后。我們編程時(shí)基于這些考慮，在CFC中填寫報(bào)警信息時(shí)，注意將報(bào)警信息分類；同時(shí)，我們將電動門，風(fēng)機(jī)，泵類的啟停操作也都記錄下來，以便分析事故原因時(shí)有章可循。 PCS7系統(tǒng)支持在線趨勢記錄的組態(tài)，操作員或者工程師可以任意選擇想查看的工藝點(diǎn)的趨勢曲線，任意選擇時(shí)間范圍，并可以將該曲線打印出來，這大大方便了操作員的操作和熱工人員的維護(hù)。 PCS7系統(tǒng)可以很方便的調(diào)用每一個(gè)工藝點(diǎn)，查看其相關(guān)的各種信息如該點(diǎn)的量程上下限、報(bào)警上下限等；還可以很方便的調(diào)用每一個(gè)PID控制模板，查看每一個(gè)PID控制的PID參數(shù)，控制作用輸出，相關(guān)的趨勢信息和報(bào)警信息等。 三：編程總結(jié)： 與以前的西門子公司的Step7不同的是，PCS7系統(tǒng)對于大多數(shù)的軟件編程均應(yīng)用CFC進(jìn)行編程，而并不是利用梯形圖或者語句表編程，對于利用CFC編程不太方便的地方，可以利用梯形圖或者語句表實(shí)現(xiàn)，然后將其作為一個(gè)FB或者FC嵌入到CFC中。PCS7系統(tǒng)在執(zhí)行程序時(shí)，將CFC先全部編譯成SCL語言，再執(zhí)行。 由于鍋爐系統(tǒng)中涉及到順序控制的地方并不多，而且都是比較簡單的順控，利用CFC完全可以實(shí)現(xiàn)，而且比較快捷，所以并沒有用到SFC。 但是就我們使用的經(jīng)驗(yàn)來看，SFC和CFC還是各有優(yōu)點(diǎn)的，兩者可以形成互補(bǔ)。對于牽涉到順序控制比較多的地方，可以使用SFC，當(dāng)然SFC所能實(shí)現(xiàn)的功能利用CFC完全可以實(shí)現(xiàn)，而CFC可以實(shí)現(xiàn)的功能SFC未必能實(shí)現(xiàn)，所以筆者認(rèn)為還是CFC使用的更為普遍些。 我們認(rèn)為PCS7系統(tǒng)對于OB塊的分類也比以前的系統(tǒng)更加科學(xué)，它提供了多種循環(huán)掃描塊，根據(jù)實(shí)際的需要，我們使用了OB32和OB35兩種循環(huán)掃描塊，對于不同的工作使用不同的掃描時(shí)間，而不再是將大多數(shù)程序都放在OB1中；而且，更加特殊的需要，PCS7系統(tǒng)提出了部分過程映象區(qū)的概念。 PCS7系統(tǒng)在操作層上最方便的地方之一就是，它通過Transfer可以將控制層的變量傳遞到操作層上，而且用戶可以自由選擇傳遞哪些變量，這節(jié)省了用戶建變量的時(shí)間，而且不容易出錯(cuò)；方便地方之二就是，通過Transfer可以將在CFC中填寫的報(bào)警信息無一例外的送到操作層來，也就是說，PCS7系統(tǒng)對于報(bào)警的管理是統(tǒng)一的管理；方便地方之三是，它通過Transfer可以為用戶提供非常友好的操作界面，避免了在WinCC以前的版本中需要用戶自己管理操作界面變換的煩惱。 五：結(jié)束語 本次設(shè)計(jì)時(shí)，由于工期非常緊張，從組態(tài)到調(diào)試僅有兩個(gè)多月的時(shí)間，設(shè)計(jì)院給的許多資料不全，而且沒有提供控制方案的圖紙，一些設(shè)計(jì)完全是憑借經(jīng)驗(yàn)，這些都給我們的工作帶來了很多困難。但是在自身的努力和相關(guān)人員的配合下，我們的工作順利的完成了，并且順利地通過了調(diào)試。 本系統(tǒng)自從2003年1月上旬投入使用后，經(jīng)過兩個(gè)月的運(yùn)行后，非常平穩(wěn)，從沒有因?yàn)镈CS系統(tǒng)的原因造成任何事故。目前工藝運(yùn)行也趨于平穩(wěn)，一些自動控制也已投入使用，反映良好。當(dāng)然由于工藝條件尚不完全具備，有些自動系統(tǒng)還沒有投入使用。但是我們相信隨著時(shí)間的推移，工藝條件日趨完善，操作人員對于鍋爐的脾氣也日趨了解，這些自動系統(tǒng)都一定可以投入使用。