一、工程概述：
    河南省某水泥廠(chǎng)自備電廠(chǎng)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(chǎng)內水泥生產(chǎn)線(xiàn)用電及部分生活用熱。其中，補燃鍋爐是哈爾濱鍋爐廠(chǎng)引進(jìn)美國CPC技術(shù)生產(chǎn)的細粉高速循環(huán)流化床鍋爐，與一般循環(huán)流化床鍋爐的區別在于：在爐前右側布置了一臺負荷調節裝置（床料倉），其工作原理為通過(guò)負壓系統從爐床抽取床料儲在倉內，并根據負荷調節的需要將其中的床料回放入到爐床上來(lái)控制床料高度和溫度，以達到調節負荷的目的。而一般的CFB主要是通過(guò)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(guò)調整回料量、給煤量和風(fēng)量等手段來(lái)調節床溫和負荷。另一區別是該類(lèi)爐的燃料粒度較一般CFB爐細，燃料溫度和石灰石投入方式不相同。項目設計單位是天津水泥設計院，四川東方電腦工程公司負責提供DCS硬件，并完成DCS的設計組態(tài)和現場(chǎng)調試工作。

    本項目采用SIEMENS公司SIMATIC PCS7集散控制系統，最終實(shí)現對整個(gè)自備電站的控制
和安全經(jīng)濟地運行。

二、PCS7系統的主要特點(diǎn)
    PCS7是一種模塊化的基于現場(chǎng)總線(xiàn)的新一代過(guò)程控制系統，結合了傳統DCS和PLC控制系統的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能有機的結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用了新技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò )配置上，使用標準工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實(shí)現了儀控和電控的一體化，充分體現了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，使得系統應用范圍變廣，是一種適用于現在、面向未來(lái)的開(kāi)放型過(guò)程控制系統。

三、本項目系統構成：
1． 硬件：
    采用三個(gè)過(guò)程控制機柜：1APL、2APL、3APL。在1APL、3APL內各安裝1套過(guò)程控制器AS4142DP。1APL中的過(guò)程控制器，處理循環(huán)流化床鍋爐部分的測點(diǎn)和調節回路，3APL中的過(guò)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(diǎn)和調節回路。共使用了13個(gè)ET200M遠程控制機架安裝各種I/O模塊。所處理信號如下：

    過(guò)程狀態(tài)監控管理設備為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(pán)，１２８Ｍ內存，帶８Ｍ顯存的集成顯卡，１９"高分辨率SVGA彩色顯示器。在項目實(shí)施過(guò)程中，Dell公司的商用計算機表現出了優(yōu)異的性能。

系統打印機為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(lèi)的報警和信息記錄

c) 能使用寬行連續打印紙，這是普通噴墨打印機不具備的功能。

2. 網(wǎng)絡(luò )
本控制系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖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標準，通過(guò)每個(gè)ET200M上的IM153－1通訊卡與AS4142DP控制器互相連接，滿(mǎn)足現場(chǎng)信號的采集、處理和控制器的通訊，為Profibus－DP現場(chǎng)通訊網(wǎng)。

    上層管理網(wǎng)分為二類(lèi)。一類(lèi)為采用同軸電纜，適合歐洲Profibus標準。通過(guò)OS站、ES站和控制器上的CP443－5通訊卡相連接，滿(mǎn)足操作員站、工程師站對現場(chǎng)設備的監視、控制和管理，實(shí)現數據共享。另一類(lèi)為采用同軸細纜，符合TCP/IP協(xié)議的管理以太網(wǎng)，通過(guò)OS站、ES站上的D-LINK網(wǎng)卡連接，主要實(shí)現工程師和操作員站之間文件管理、拷貝。

３．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，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(shí)現漢化。

    操作員站另加載了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL．等監控軟件。

    在操作員站所加載軟件的基礎上，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(hù)成本的作用。

四、系統功能
    系統是對補燃爐、余熱鍋爐、汽輪機、發(fā)電機進(jìn)行重要參數的顯示，對以下回路進(jìn)行自動(dòng)調節。

        補燃爐汽包水位調節系統          補燃爐爐膛壓力調節系統
        1#余熱爐汽包水位調節系統        2#余熱爐汽包水位調節系統
        除氧器壓力調節系統              除氧器水位調節系統
        冷凝器熱井水位調節系統          補燃爐二次風(fēng)量調節系統
        二級過(guò)熱器入口溫度調節系統      主蒸汽溫度調節系統

    以班報的形式對所有重要參數進(jìn)行一小時(shí)報表自動(dòng)打印。

    以趨勢圖的形式對DCSI/O清單中所有要求的記錄參數進(jìn)行８小時(shí)趨勢顯示，并可按操作員要求隨時(shí)打印。

    工藝流程畫(huà)面主要有下面幾幅，并可隨意切換：
      鍋爐煙風(fēng)系統圖       鍋爐汽水系統圖       汽機熱力系統圖
      余熱爐熱力系統圖     除氧給水系統圖       發(fā)電機油系統圖  
    
    應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A(yíng)larm log中查閱、打印。另外，根據鍋爐制造商對控制的要求，并參考美國NFPA8504常壓循環(huán)流化床鍋爐運行規范，還設計了必要的保護功能。

五、PCS7系統的應用心得
    我們在這次工程的程序設計中，由于沒(méi)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(hù)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(guān)，操作簡(jiǎn)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(shí)，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的功能塊，將其直接拖放至CFC組態(tài)畫(huà)面即可。用戶(hù)還可利用PCS7提供的一種類(lèi)似PASICAL語(yǔ)言的SCL程序結構化控制語(yǔ)言自定義特殊功能塊，并存在功能塊庫中，隨意調用。

    DCS中使用的所有模塊（包括PID塊、數據塊、I/O模塊等）都只是在PCS7的組態(tài)畫(huà)面中出現，并不能在WINCC人機界面上出現。此時(shí)，若需要某個(gè)模塊在WINCC人機界面上出現，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(wú)誤后，將程序下載至過(guò)程控制器，這樣，過(guò)程控制器中就有了經(jīng)過(guò)編譯后的用戶(hù)程序；再將有用戶(hù)程序的用戶(hù)項目傳送到操作站，用戶(hù)程序就傳給了WINCC人機界面，在程序組態(tài)時(shí)，已被定義具有了WINCC屬性的各模塊的標簽值就能在WINCC中被找到，再通過(guò)WINCC畫(huà)面組態(tài)，就可完成人機對話(huà)、參數的畫(huà)面顯示等，從而完成PCS7和WINCC（內核與顯示）的結合。WINCC功能十分強大，而使用起來(lái)又非常方便，在編制各種畫(huà)面、報警歸檔等功能時(shí)，都可應用其標準的功能來(lái)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(guò)程站而言，實(shí)際帶有若干ET200遠程I/O，組態(tài)畫(huà)面中，就在該過(guò)程站后的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)上拖放幾個(gè)IM153模塊形成幾個(gè)ET200遠程I/O接點(diǎn)。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型號、定貨號的模塊，將其拖放至與實(shí)際安裝相對應的位置即可。硬件組態(tài)配置完成后，下載到相應的過(guò)程控制站。這樣，就使得實(shí)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(diǎn)的點(diǎn)號地址就得以確定。

    由于我們是首次使用PCS7系統，在使用中也遇到一些問(wèn)題。如，在硬件組態(tài)中對8AI模塊通道組態(tài)時(shí)，才發(fā)現系統要求相鄰的兩個(gè)通道（如0,1，23），必須接相同類(lèi)型的信號，而不得不重新布點(diǎn)；程序組態(tài)時(shí)，經(jīng)過(guò)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據塊上，把數據塊傳至WINCC才能實(shí)現流量信號在WINCC畫(huà)面上的顯示。類(lèi)似的限制，都使得系統顯得不夠靈活。

    系統現場(chǎng)信號接線(xiàn)有板前與板后兩種方式，該工程中使用的是板前接線(xiàn)方式，由于現場(chǎng)信號線(xiàn)多，使得柜內接線(xiàn)雜亂。對于點(diǎn)數多的系統，建議使用板后接線(xiàn)方式。

    PCS7系統中模塊抗干擾能力較強，我們將通訊電纜沿機柜左側進(jìn)入和布置，而將現場(chǎng)信號線(xiàn)從機柜右側進(jìn)入和布置。模擬信號按規定完成屏蔽接地，在該工程現場(chǎng)調試過(guò)程中，我們很少遇到系統干擾問(wèn)題。

    我們發(fā)現在軟件和網(wǎng)卡的安裝上有個(gè)順序問(wèn)題：應先裝Windows ＮＴ Workstation Ｖ４.０操作系統，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。

    當系統需要重裝系統時(shí)，應先收回OS站和ES站中所有授權。由于本項目使用的是V4.0版軟件，采用軟盤(pán)收授授權，比較麻煩。據SIEMENS介紹，新版本軟件較好地接解決了這一問(wèn)題。

六、結束語(yǔ)
    本項目從合同生效至完成調試，總共不到3個(gè)月時(shí)間，其中給予組態(tài)設計的時(shí)間非常短，而PCS7對我們來(lái)說(shuō)又是一個(gè)較新的系統，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(guò)程控制系統中，CFB的控制應是難點(diǎn)。CPC的細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，該項目的規劃設計單位未設計燃燒、負荷調節和二氧化硫控制等關(guān)鍵的自動(dòng)調節系統，而均采用了手動(dòng)調節。另外，現場(chǎng)部分被控對象，如國產(chǎn)調節閥調節性能太差等原因，一些調節系統尚不能投入自動(dòng)運行。

    我們計劃還要進(jìn)行的工作是：在機組穩定負荷運行和被控對象調節性能達到要求后，盡可能將各調節系統投入自動(dòng)。尤其對其中2臺余熱爐向補燃爐提供預熱給水（通過(guò)調整尾氣量和給水量來(lái)調整出水溫度）、補燃爐再進(jìn)行最終負荷調節這樣一個(gè)較復雜的復合調節系統，值得仔細探索、研究。