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1、前言
    伊朗SHAZAND電廠的輔助鍋爐的2×35 t/h燃油／燃?xì)忮仩t熱工監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)伊朗MAP-NA電站設(shè)備成套公司制定的技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配置。由于MAPNA公司及業(yè)主對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求比一般國(guó)內(nèi)同類系統(tǒng)高，針對(duì)這種特殊情況，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中盡可能采用目前該領(lǐng)域較先進(jìn)的控制方法及高可靠性設(shè)備。控制用主機(jī)采用德國(guó)Siemens公司PLC，上位機(jī)配研華工業(yè)控制機(jī)；變送器選用1151系列電容式變送器；調(diào)節(jié)閥選用天津自動(dòng)化儀表四廠生產(chǎn)的精小型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，特別是對(duì)安全運(yùn)行起保護(hù)作用的燃油、燃?xì)馑訇P(guān)閥選用美國(guó)Fisher公司氣動(dòng)快關(guān)閥，形成一套完整的高可靠
性的鍋爐及輔機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。
2、PLC監(jiān)控系統(tǒng)的組成
    本控制系統(tǒng)由兩臺(tái)操作員站（操作員站可兼做工程師站）、一套冗余主控PLC系統(tǒng)、一套冗余保護(hù)PLC系統(tǒng)、冗余現(xiàn)場(chǎng)總線(PROFIBUS)、網(wǎng)絡(luò)通訊卡及打印機(jī)等設(shè)備組成，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
    操作員站由一套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，操作員可對(duì)鍋爐運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站可提供各回路的過(guò)程畫面流程圖、重要參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖，操作界面及報(bào)警顯示、事故追憶、故障診斷等功能，為運(yùn)行人員提供完善的監(jiān)控手段。
    工程師站完成系統(tǒng)組態(tài)、生成與維護(hù)。工程師站上運(yùn)行一套功能齊全的WINCC組態(tài)軟件，整個(gè)WINCC組態(tài)軟件運(yùn)行在WIN98圖形界面下，用戶可方便地監(jiān)視被控對(duì)象。為了方便報(bào)表打印，本系統(tǒng)采用一臺(tái)EPSON 1600KⅢ打印機(jī)，另外整個(gè)系統(tǒng)還配備一臺(tái)山特10 kW不間斷電源。
3、PLC硬件配置及軟件編程
    整個(gè)控制系統(tǒng)由上位機(jī)、PLC控制器和分布式I/O組成，詳見(jiàn)系統(tǒng)硬件配置圖（見(jiàn)圖1）。
    (1)上位機(jī)系統(tǒng)采用兩套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC- 610，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)的冗余控制。CPU為PⅢ550E，內(nèi)存為64 M，1.44 MB軟驅(qū)，硬盤5.1G，顯示器為21"彩色顯示器。上位機(jī)可對(duì)PLC進(jìn)行編程和調(diào)試，對(duì)PLC現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中監(jiān)視、記錄；上位機(jī)采用CP5412通訊接口，通過(guò)PROFIBUS連接器與PLC通訊。
    (2) PLC控制器采用冗余配置的S7 - 400 PLC
控制器，實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)的冗余控制；采用冗余配置的S7 - 300PLC控制器，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的冗余控制。每套系統(tǒng)具體配置如下：
    S7 - 400系統(tǒng)：中央處理器CPU: CUP412 - 2DP
    電源模板PS: PS407
    通訊模板CP: CP443 -5 PROFIBUS
    S7 - 300系統(tǒng)：中央處理器CPU: CPU315 - 2DP
    電源模板PS: PS307
    通訊模板CP: CP342 -5 PROFIBUS
    (3)分布式I/O系統(tǒng)采用ET200M分布式I/O，通過(guò)冗余配置的接口模塊IM153 -3，實(shí)現(xiàn)I/O通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余。具體配置如下：
    接口模板IM: IM153 -3
電源模板PS: PS307
    32點(diǎn)數(shù)字輸入模塊DI: SM321/32DI/24VDC
    32點(diǎn)數(shù)字輸出模塊DO: SM322/32D0/24VDC/
0.5A
    8點(diǎn)模擬輸入模塊AI: 8AI/4 - 20 mA/T.C
4AI/RTD
    4通道閉環(huán)控制模塊AO:FM355 PID控制器
    (4)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)：DI: 328點(diǎn)；DO: 192點(diǎn)；AI:
84點(diǎn)：A0:20點(diǎn)。
    (5)軟件編程。本系統(tǒng)選用Siemens WINCC組態(tài)軟件，它能夠提供方便直觀的圖形化組態(tài)軟件，可以簡(jiǎn)單快捷地將用戶的控制方案在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。WINCC組態(tài)軟件采用WIN98環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)的窗口化、圖形化用戶界面。Siemens WINCC組態(tài)軟件可以根據(jù)工藝過(guò)程繪制、設(shè)計(jì)畫面結(jié)構(gòu)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)正確組態(tài)各種變量參數(shù)、設(shè)定報(bào)警的顯示與打印、設(shè)定歷史趨勢(shì)的顯示與打印以及設(shè)定報(bào)表的打印。選用Siemens STEP7編程軟件，STEP7的編程有梯形圖(LAD)和語(yǔ)句表兩種編程語(yǔ)言，我們選用梯形圖( LAD)編程方式，LAD是一種圖形語(yǔ)言，其組成元件與硬接線控制繼電器元件相類似。
4、系統(tǒng)的自動(dòng)控制、操作及保護(hù)功能
4.1燃燒自動(dòng)控制回路
    鍋爐為SZS35 - 1.1/220 - Q(Y)型，主燃料為輕油．輔助燃料為天然氣。燃燒器為油、氣組合式燃燒器，可分別單獨(dú)燃用輕油和天然氣。送風(fēng)是由中心風(fēng)和外圍風(fēng)兩個(gè)獨(dú)立風(fēng)道擋板來(lái)調(diào)節(jié)，燃油工況開(kāi)中心風(fēng)門關(guān)圍風(fēng)門，天然氣工況開(kāi)外圍風(fēng)門關(guān)中心門。空氣壓力的控制是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于主油槍采用帶回油機(jī)械霧化油槍，運(yùn)行時(shí)必須保證油槍上油壓穩(wěn)定(Pl=3.96 MPa)，所以燃油負(fù)荷調(diào)節(jié)采用回油調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)回油調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入爐膛的噴油量。
    天然氣采用多槍平流燃燒，共有八只氣槍滿足全工況的需要。燃?xì)庳?fù)荷的調(diào)節(jié)方式采用調(diào)節(jié)爐前燃?xì)鈮毫��?lái)控制進(jìn)入氣槍天然氣流量。
    由于采用了功能強(qiáng)大的PLC控制系統(tǒng)，燃燒控制系統(tǒng)可以方便地應(yīng)用先進(jìn)的燃料一空氣雙交叉限制燃燒控制方式，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，先加燃料后加風(fēng)；當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，先加風(fēng)后加燃料，并且燃料和風(fēng)互相限制，使燃燒過(guò)程無(wú)論在穩(wěn)態(tài)工況或變工況下，剩余空氣系數(shù)始終控制在理想范圍內(nèi)，把燃燒過(guò)程控制在低氧燃燒區(qū)。
4.2汽包水位自動(dòng)控制回路
    汽包水位采用三沖量水位調(diào)節(jié)方式，三個(gè)被測(cè)量包括汽包水位、給水流量及主蒸汽流量，其中主蒸汽流量經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)償，汽包水位經(jīng)汽包壓力校正，將以上參數(shù)送入PLC處理運(yùn)算，輸出控制給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。
4.3其它自動(dòng)控制回路
    除以上自動(dòng)控制回路外還有除氧器水位、除氧器壓力、冷凝器水位、除鹽水箱水位、天然氣總管壓力、主蒸汽溫度等回路。
4.4鍋爐輔機(jī)、閥門的控制及聯(lián)鎖保護(hù)
    鍋爐輔機(jī)的控制包括給水泵、凝水泵、除鹽水泵、燃油泵、風(fēng)機(jī)啟／停，閥門的控制包括電磁閥、電動(dòng)門、氣動(dòng)速關(guān)閥、電動(dòng)擋板的開(kāi)／關(guān)控制。以上設(shè)備的操作和執(zhí)行元件均設(shè)在電機(jī)控制中心( MCC)上，在MCC柜上裝有被控設(shè)備的操作按鈕、狀態(tài)指示燈及就地／遙控選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)將選擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到就地?fù)鯐r(shí)，在MCC柜上可實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的操作。同時(shí)，MCC柜與PLC機(jī)柜之間有信號(hào)連接，被控設(shè)備的狀態(tài)及操作信號(hào)在CRT上以模擬圖的形式顯示，當(dāng)將選擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到遙控?fù)鯐r(shí)，操作人員通過(guò)菜單上操作按鈕對(duì)其進(jìn)行遙控操作，并能清楚地看到設(shè)備目前的運(yùn)行狀態(tài)。
    在鍋爐備用儀表盤上設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)投入按鈕，當(dāng)按下聯(lián)鎖保護(hù)按鈕時(shí)，PLC進(jìn)入聯(lián)鎖保護(hù)程序，當(dāng)某些重要參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)異常時(shí)，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。當(dāng)再次按下聯(lián)鎖保護(hù)按鈕時(shí)，PLC自動(dòng)使燃油、燃?xì)馑訇P(guān)閥復(fù)位，使聯(lián)鎖裝置復(fù)位，待故障排除再點(diǎn)爐。
4.5程序點(diǎn)火與熄火保護(hù)
    每臺(tái)爐設(shè)一臺(tái)就地點(diǎn)火控制柜，點(diǎn)火前所必需的設(shè)備及參數(shù)條件分別送往就地點(diǎn)火控制柜和PLC機(jī)柜，在就地點(diǎn)火控制柜上設(shè)有就地／遙控選擇開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)PLC程序點(diǎn)火和就地遙控點(diǎn)火兩種方式。當(dāng)鍋爐點(diǎn)火成功負(fù)荷達(dá)到70%以上，操作人員確定鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)后，按下設(shè)在控制盤上的保護(hù)投入按鈕，PLC熄火保護(hù)程序投入工作。
4.6聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)
    本系統(tǒng)設(shè)定以下聯(lián)鎖保護(hù)項(xiàng)目：
    (1)當(dāng)凝水中含油量超線時(shí)，開(kāi)凝水排放閥；
    (2)當(dāng)燃油溫度高時(shí)，關(guān)閉加熱蒸汽閥；
    (3)當(dāng)燃油壓力低時(shí)，開(kāi)備用燃油泵；
    (4)當(dāng)汽包水位高時(shí)，開(kāi)緊急放水電動(dòng)門；當(dāng)汽包水位超高時(shí)，停爐；
    (5)當(dāng)汽包水位低時(shí)，報(bào)警；當(dāng)汽包水位超低時(shí)，停爐；
    (6)當(dāng)給水壓力低時(shí)，開(kāi)備用給水泵；
    (7)當(dāng)主蒸汽壓力高時(shí)，開(kāi)過(guò)熱蒸汽集箱對(duì)空排汽電動(dòng)門。
5、技術(shù)特點(diǎn)
    (1) PLC控制系統(tǒng)的主、從式控制與兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)共同組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種集散型的PLC控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性高、運(yùn)行可靠和結(jié)構(gòu)配置合理的特點(diǎn)。
    (2)采用Siemens公司的流程圖組態(tài)軟件制作系統(tǒng)流程圖的模擬屏( MIMIC diagram)與實(shí)際系統(tǒng)的構(gòu)成及狀態(tài)相似，形象地表示出整個(gè)鍋爐的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，形成一個(gè)友好的人機(jī)界面，使運(yùn)行人員的操作方便可靠。
    (3) PLC主站及從站采用雙CPU、雙電源冗余結(jié)構(gòu)，互為熱備用，保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
    (4)在鍋爐燃燒調(diào)節(jié)回路中采用了先進(jìn)的燃燒控制方法——雙交叉限制燃燒控制方法，保證了鍋爐在動(dòng)態(tài)過(guò)程中燃料／空氣配比合理，燃燒效率高。