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一、項目介紹 1. 公司的業(yè)務(wù)范圍主要致力于國內外環(huán)保產(chǎn)業(yè)的BOT 模式建設投資，主要包括城市生活垃圾（工業(yè)危險廢物）焚燒發(fā)電廠(chǎng)、城市醫療垃圾、城市污水處理廠(chǎng)的投資建設，公司下屬電氣自控工程技術(shù)部，主要從事項目整套電氣和自控系統的設計、選型和編程調試工作；從“深圳市醫療廢物處置中心”項目設計使用S7-300軟冗余系統作為主控制系統；醫療垃圾處理項目作為我國近幾年來(lái)的重點(diǎn)項目，國家環(huán)�？偩址浅Ｖ匾�，對主體設備和自控系統的要求也非常高。 2.本系統主要是通過(guò)檢測現場(chǎng)煙氣溫度和壓力，通過(guò)控制調節風(fēng)機、水泵以及加藥裝置的頻率和控制開(kāi)關(guān)，從而達到控制煙氣溫度和含量的目的；通過(guò)西門(mén)子S7-300系列PLC通過(guò)采集和控制模塊對設備和現場(chǎng)儀表進(jìn)行采集和控制，并把信號通過(guò)底版總線(xiàn)與CPU處理器傳輸，由CPU處理器完成處理后，再通過(guò)以太網(wǎng)與工控機連接；本系統有兩套完全獨立的CPU處理系統，通過(guò)IM153-2 分別與遠程的I/O模塊通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)通訊，當一套發(fā)生故障時(shí)，備用系統自動(dòng)投入運行； 當PLC把數據傳送到工控機后，通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行編程和組態(tài)，把數據顯示在屏幕上，并在屏幕上制作操作開(kāi)關(guān)對現場(chǎng)設備進(jìn)行遠程控制；并同時(shí)自動(dòng)把數據轉換為OPC的數據傳輸格式，把需要顯示的數據傳送給模擬屏。 3.工廠(chǎng)外貌圖片 
二、系統介紹 1. 項目簡(jiǎn)單工藝主要針對城市醫療垃圾進(jìn)行處理，醫療垃圾收運后運到處置中心進(jìn)行焚燒處理，垃圾首先進(jìn)入焚燒爐和二燃室進(jìn)行配風(fēng)焚燒，焚燒后的煙氣通過(guò)鍋爐進(jìn)行降溫、除酸噴霧塔和布袋除塵器進(jìn)行除酸和除塵，然后通過(guò)35米煙囪直接排放；鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電或其它用途，本自控系統主要控制垃圾燃燒后產(chǎn)生的煙氣溫度和煙氣成本含量，保證減少二次污染。 2. 本項目主要使用西門(mén)子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模塊選型如下： l 中央處理器模塊 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2塊，工作存儲器128KB； l 電源模塊6ES7307-1EA00-0AA0 2塊給CPU供電； l 通訊模塊6GK7343-1EX20-0XE0 2塊與計算機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊并進(jìn)行兩個(gè)CPU之間的冗余通訊； l 接口模塊6ES7153-2AA02-0XB0 2塊進(jìn)行PROFIBUS遠程I/O通訊和系統冗余通訊； l 電源模塊6EP1333-2AA00 2塊給ET200供電； l DI數字量輸入模塊6ES7321-1BL00-0AA0 5塊 采集現場(chǎng)設備的運轉及故障狀態(tài)； l DO數字量輸出模塊6ES7322-1BL00-0AA0 3塊控制現場(chǎng)設備的啟停； l AI模擬量輸入模塊6ES7331-7KF02-0AB0 2塊采集現場(chǎng)設備的壓力、流量、煙氣成分含量以及風(fēng)機和加藥泵的頻率信號； l TC熱電偶輸入模塊6ES7331-7PF10-0AB02塊 采集1000度以上的煙氣和蒸汽溫度信號； l RTD熱電阻輸入模塊6ES7331-7PF00-0AB02塊采集1000度以下的煙氣和蒸汽溫度信號 l AO模擬量輸出模塊6ES7332-5HF00-0AB02塊通過(guò)程序的PID自動(dòng)調節控制風(fēng)機和加藥裝置的頻率； 三、控制系統構成 1．本項目的硬件設備主要分為三個(gè)大部分：PLC部分、現場(chǎng)設備以及模擬屏部分，主要系統結構選用標準拓撲式結構，現場(chǎng)儀表和設備采集數據連接到PLC的輸入模塊、并接收PLC的命令對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制和調節；PLC接收現場(chǎng)設備的數據傳輸給計算機并傳誦計算機下達的控制命令，并內部通過(guò)強大的內部運算國內進(jìn)行PID自動(dòng)調節，具體組成和選型依據如下： PLC 選用西門(mén)子的S7-300系列PLC，設計為軟冗余系統，PLC本體與遠程I/O通訊為PROFIBUS 協(xié)議的串口通訊，PLC與計算機采用以太網(wǎng)，并以以太網(wǎng)作為冗余網(wǎng)絡(luò )；中控室計劃設計為兩臺工業(yè)計算機模擬屏等設備，與計算機的通訊采用RS232直接串口通訊，軟件選用WINCC.0組態(tài)軟件。 現場(chǎng)采集和顯示控制設備，基本選用國產(chǎn)元件，一般選用的測量1200度以上的溫度S分度熱電偶，1200度以下500度以上用S分度熱電偶，500度以下用PT100熱電阻測量，直接與相應的PLC模塊連接，不需要任何的變送器元件；壓力選用壓力差壓變送器把壓力信號變成4-20mA的標準信號送到AI模塊；電機的轉速通過(guò)變頻器調節，頻率信號通過(guò)AI 模塊輸入，頻率的設定通過(guò)AO 模塊輸出4-20mA的標準信號進(jìn)行控制，啟�？刂仆ㄟ^(guò)DO模塊控制，設備狀態(tài)信號通過(guò)DI模塊輸入。 2．附加系統設備主要有變頻器、壓力變送器、溫度傳感器、智能儀表和控制繼電器等，大部分設備與PLC之間全部采用硬連接，硬件配置及網(wǎng)絡(luò )結構見(jiàn)下圖：
3.多種方案的比較 過(guò)于系統選型方案的比較，由于以前工程的冗余控制系統一直使用國內的DCS系統或者PLC的硬冗余系統，但從使用效果以及造價(jià)成本方面考慮，國外DCS系統價(jià)格非常昂貴，國內DCS系統又不是特別穩定；用PLC硬冗余系統也存在價(jià)格比較貴的原因；通過(guò)比較，決定用價(jià)格相對便宜而性能又比較穩定的西門(mén)子軟冗余系統嘗試使用。 四、控制系統完成功能 1．本系統的主要工作分以下幾個(gè)方面： Ø 軟冗余功能的完成 軟件冗余是西門(mén)子公司實(shí)現冗余功能的一種低成本解決方案，可以應用于對主備系統切換時(shí)間要求不高的控制系統中，節約成本。但在垃圾焚燒項目中對設備的控制要求非常嚴格，也就是說(shuō)控制設備在冗余切換中絕對不能斷開(kāi)，所以本人根據西門(mén)子公司的軟冗余手冊進(jìn)行調試和編程，最后效果非常好，絕對不會(huì )出現切換設備中斷的現象，所以給下面的工作帶來(lái)了巨大信心，具體調試過(guò)程在西門(mén)子的“軟冗余文章”全部有描述，在此不做過(guò)多的描述。 Ø 控制功能的完成 本系統的自動(dòng)控制功能主要分以下幾個(gè)部分： l 一次風(fēng)機、二次風(fēng)機以及引風(fēng)機的聯(lián)動(dòng)控制 在本系統中，焚燒系統的焚燒爐體轉動(dòng)的速度、加料電機的轉速、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機以及引風(fēng)機的運轉頻率全部聯(lián)動(dòng)控制；當引風(fēng)機開(kāi)啟后，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機才能開(kāi)啟，根據溫度和煙氣的氧氣含量控制爐體轉動(dòng)的速度、加料電機的轉速、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的頻率進(jìn)行調速控制，直接利用STEP 7的PID 模塊，直接可通過(guò)DB 模塊直接設定設定值以及積分時(shí)間，非常簡(jiǎn)便；一燃室的煙氣溫度控制到850度，二燃室的煙氣溫度控制到1200度，使之不產(chǎn)生二惡英；一燃室溫度過(guò)高時(shí)增大進(jìn)料電機速度，同時(shí)減小一次風(fēng)風(fēng)機速度，同時(shí)要保證煙氣的氧氣含量在19-21之間，反之亦然；二燃室溫度過(guò)高時(shí)增減小一次風(fēng)風(fēng)機速度，同時(shí)增加二次風(fēng)風(fēng)機速度，同時(shí)要保證煙氣的氧氣含量在19-21之間，反之亦然；并且在控制一二次風(fēng)的時(shí)候，必須自動(dòng)調節引風(fēng)機速度，保證煙道壓力保證在-150PA左右。 l 堿液站的自動(dòng)控制 在除酸噴霧塔中需要噴灑堿液以保證煙氣的酸堿度，同上面一樣直接利用STEP 7的PID 模塊，直接可通過(guò)DB 模塊直接設定設定值以及積分時(shí)間，非常簡(jiǎn)便； l 布袋除塵器的自動(dòng)控制 設定溫度值，利用PLC 內部的比較指令，溫度范圍在130-190度之間時(shí)，啟動(dòng)布袋除塵器，超出范圍時(shí)，通過(guò)PLC程序啟動(dòng)旁通閥，保護布袋。 l 鍋爐給水自動(dòng)控制 鍋爐汽包水位是確保安全生產(chǎn)和維護正常供汽的主要條件，一般要求水位維持在設計水位的±50mm 范圍內；設定鍋爐給水水位，通過(guò)PID 模塊自動(dòng)調節給水閥門(mén)的開(kāi)度，從而達到控制鍋爐水位的功能。 系統最終檢測結果： l PLC 系統采集正常，數據顯示和動(dòng)作控制的時(shí)間不超過(guò)500ms ，數據交換的準確率為100%； l PROFIBUS 傳輸正常，沒(méi)有掉落模塊的情況出現； l PLC 數據傳輸精確，模擬量的精確度可以達到13BIT； l 冗余系統正常，沒(méi)有出現主從系統切換時(shí)中斷，切換時(shí)一切控制正常，包括控制繼電器不會(huì )斷開(kāi)、模擬量輸出控制變頻器轉速不會(huì )丟失等； l 模擬屏顯示正常、數據刷新正常，數據刷新速度為1000ms； 2．在本項目的調試過(guò)程中，應該說(shuō)是非常順利的，只是在最開(kāi)始的時(shí)候由于軟冗余系統在深圳比較少用，所以在剛開(kāi)始調試時(shí)比較擔心，但經(jīng)過(guò)西門(mén)子公司的技術(shù)支持，調試非常順利，在剛開(kāi)始就確認冗余切換沒(méi)問(wèn)題。 3.工藝及主要設備組態(tài)界面 3.1工藝圖界面
3.2 變頻器控制畫(huà)面
3.3 堿液站控制畫(huà)面
五、結束語(yǔ) 本系統于2005年2月投入使用至今已近20個(gè)月，運行順利，用戶(hù)非常滿(mǎn)意；目前本系統已經(jīng)成功推廣到南昌、長(cháng)沙、成都、青島、大連等地的醫療垃圾處理系統以及廣東番禺綠由工業(yè)危險廢物焚燒發(fā)電廠(chǎng)中，用戶(hù)反映非常良好。 該SIEMENS S7-300軟冗余系統已在生產(chǎn)中得到實(shí)際使用，為企業(yè)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益，在該系統中，PLC系統的應用得到了充分的展示，這種冗余配置廣泛的推廣到其它行業(yè)應用提供一定的參考價(jià)值。 六、應用體會(huì ) 本系統自選型以來(lái)，經(jīng)歷了許多困難，因為以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它品牌的DCS系統，但由于上述系統造價(jià)非常昂貴，而部分國產(chǎn)的DCS系統非常不穩定，我們的項目為BOT 項目而且有要求條件不是太高，所以既要降低成本，又要保證性能，所以通過(guò)比較，決定“深圳市醫療廢物處置中心”項目實(shí)驗，如果可行就進(jìn)行推廣，目前已經(jīng)在公司項目正式批量使用，甚感欣慰。 通過(guò)上述項目，證實(shí)西門(mén)子S7-300軟冗余系統完全可以滿(mǎn)足“垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)”的技術(shù)要求，基本實(shí)現無(wú)擾切換。并且通過(guò)WINCC6.0開(kāi)放的OPC接口，完成了與模擬屏的數據通訊，積累了一定的應用經(jīng)驗。 來(lái)源：工控網(wǎng) |
