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[技术]垃圾焚烧发电DCS控制系统

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文章出处:厦门环卫综合处理厂 [2007-3-22 ]
责任编辑:上仪营销中心技术部
作者:杨义利
摘 要
  本文重点介绍集散系统控制(DCS)在垃圾焚烧发电厂的应用,并对主要控制功能的设计思路进行详细的叙述。
关键词
垃圾焚烧发电 集散系统控制(DCS) 工程师站 操作员站 以太网
Abstract:
  The application of DCS (distributed control system) in garbage treatment is introduced emphatically. The design method of the main control functions are discussed in detail.
Key words:
  Garbage treatment Distributed control system Engineering station Operator station Ethernet
1.引言
  垃圾焚烧在国内属于新兴的行业,伴随着城市发展越来越受重视,当前主要焚烧技术大多来源于欧洲技术。70年代初,垃圾焚烧技术不断完善,同时不断向大规模、全自动化方向发展,相继出现了日焚烧规模1000吨以上的大型焚烧厂,随着焚烧规模向大型化,利用焚烧废热发电得以发展起来。厦门垃圾焚烧发电厂工程采用瑞士(VonRoll)公司横向间隔排列的活动式炉排焚烧技术,日处理垃圾量400吨,拥有2条焚烧生产线,配6MW纯凝汽轮发电机组。根据垃圾发电厂工艺流程的特点,系统控制主要由集散控制系统(DCS)、焚烧炉燃烧控制系统(SIGMA)、启动燃烧器及辅助燃烧器系统、烟气连续测量监视系统、汽轮机控制系统(DEH)、汽轮机紧急跳闸系统(EST)、汽轮机安全监视系统(TSl)、辅助车间控制系统(化学水及废水处理控制系统、垃圾抓斗控制系统、除灰控制系统等) 、中低压电气及电视监视系统等几部分组成。

2.焚烧发电系统配置

2.1 DCS组成

  厦门垃圾焚烧发电厂控制系统,全厂设置1套集散控制系统(DCS),集中操作与各工段分散控制相结合的系统运行模式。系统采用德国西门子公司SIMATIC PCS7新型控制系统,整个系统控制由一台工程师站、五台操作站、一台资料档案站、五台过程处理中心组成。控制系统通信拥有现代高速的以太网(10/100LAN),冗余的通信设备,总的设计I/O点数包括2条生产焚烧线、汽轮发电机、中低压电气系统及公用系统都有各自独立的控制器,每个焚烧线安装了7个远程I/O(输入/输出)站,一个汽轮发电机远程I/O(输入/输出)站,一个远程I/O(输入/输出)站控制公用系统,中低压电气的信号单独处理。实现了生产过程状态监视、运行操作、过程控制、事件报警、运行联锁、安全保护,完成数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)和联锁保护(PRO)等系统功能。

2.2 DCS的I/O点数

  系统总的设计I/O点数系统为2303点,系统实际容量为3100点。I/O点的数量分布如下:
 

3.DCS控制功能

3.1操作员站

  数据采集和处理:定时采集全站生产过程输入、输出信号(包括开关量、模拟量、脉冲量)经滤波,检出事故、故障、状态信号和模拟信号参数变化,实时地更新数据库,为监控系统提供运行状态的数据。将自动装置的动作按动作顺序记录。模拟量设置上上限、上限、下限、下下限等几个限值,当测量值越限时发出报警。事件产生时,启动相关的事故追忆记录,输出事故前、后一段时间内的模拟量值,追忆数据的测点和周期可定义。

  控制操作:画面显示及流程显示、控制调节、趋势显示、分级报警管理及实时和历史显示、报表管理和打印、操作记录、运行状态显示、在线参数组态设置、操作权限保护等功能。控制中实现安全操作闭锁功能。

  事件报警:在系统发生事件或运行设备工作异常进行报警。
  系统自诊断:监控系统在线自诊断能力。可以诊断出通讯通道、I/O模块等故障,并进行报警和在系统自诊断表中记录。
  系统维护:系统在线软件自我监控系统。

  控制系统采用国际流行的上位机监控方式,整个控制系统的运行操作和监视全部在上位机实现。在上位机上不仅能显示系统设备的运行状态、过程参数、报警等,在上位监控中还对PLC、总线模块等电源及通讯状态进行显示,对重要I/O信号的故障状态进行显示,方便故障的排除,还可以进行各运行方式的选择和切换,进行自动程控操作,同时还具有模拟量参数显示、棒状图显示、声光报警、打印制表等功能。

3.2 工程师站

  提供一套台式工程师站,用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。工程师站能调出任一已定义的系统显示画面,在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等,均能通过数据高速公路加载到操作员站。

  工程师站能通过数据高速公路,既可调出系统内任一分散处理单元的系统组态信息和有关数据,还可将组态数据从工程师站上下载到各分散处理单元和操作员站。此外,当重新组态的数据被确认后,系统能自动的刷新其内存。

  工程师站包括站用处理器、图形处理器及能容纳系统内所有数据库、各种显示和系统程序所需的主存储器和外存设备。还提供系统趋势显示所需的历史趋势缓冲器。

  工程师站设置软件保护密码,以防一般人员擅自改变控制策略、应用程序和系统数据库。

  工程师站兼有历史数据站功能。

  工程师站能支持光盘刻录机等辅助设备。

  工程师站能进行性能计算、文件传送等。

3.3以太网系统

  系统网络分为下层控制网、上层管理网。下层控制网采用同轴屏敝电缆,适合欧洲Profibus标准,通过每个ET200M上的IM153-1通讯卡与AS417-2DP控制器互相连接,满足现场信号的采集、处理和控制器的冗余通讯,为Profibus-DP现场通讯网。上层管理网采用同轴电缆,适合欧洲Profibus标准。通过OS站、ES站和控制器上的CP443-5通讯卡相连接,满足操作员站、工程师站对现场设备的监视、控制和管理,实现数据共享。另一类为采用同轴细缆,符合TCP/IP协议的管理以太网,通过OS站、ES站上的D-LINK网卡连接,主要实现工程师和工厂管理网之间文件管理。

3. 4过程处理中心

  过程处理中心选型型号为AS417-4-2H。操作站利用CP1613与冗余软件包相连,在出现故障时,容错通信自动的继续进行。电源配有浪涌保护。

  PLC系统能在高的电气噪声,无线电波干扰和振动环境下连续正常运行。所有在可编程控制器系统中的硬件能在环境温度-10~50℃,相对湿度为5~95%的范围内连续正常运行。
中央处理单元(CPU)设置足够容量的存储器。
当CPU掉电后,不会导致程序或数据丢失。
  过程控制、监视和用所需的故障诊断等,其使用功能设置于可编程控制器内。这些功能至少包括下列内容:实时时钟和日历、继电器和锁存继电器、过渡触点、计时器、计数器、算术运算、逻辑功能、移位寄存器等。

3.5系统控制软件

  操作员站OS和工程师站ES均采用微软英文版Windows NT Workstation V4.0作为操作系统,附加安装版Package 3和Internet explorer 4.0,汉字处理采用中文之星For Windows NT V2.0,使得除工程师组态以外的所有信息、界面均实现汉化。

  操作员站另加载了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL.等监控软件。在操作员站所加载软件的基础上,工程师站还加装了SIMATIC STEP7 BASIS V4.0、CFC V4.0、S7-SCL V4.0、SFC V4.X 等组态功能软件。除用于系统软、硬件组态外,ES站具有与OS站完全相同的功能,可以兼做OS站,起到了降低用户成本的作用。

4结束语

  垃圾焚烧发电的方式既可有效地解决垃圾污染问题,又可实现能源再生,本系统设计完全能满足垃圾焚烧发电的需要,可靠有效的自动化控制系统将为垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行提供保证。

参考文献:
1. 西门子公司SIMATIC PCS7 过程控制系统手册 2000
 
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