基于PCS7 和Profibus－DP 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制系統設計

　一 系統概述

　　隨著(zhù)經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工業(yè)垃圾處理問(wèn)題正變得 日益突出。每年全國城市垃圾清運量達數億噸，在各大城市中，垃圾包圍城市的現象非常普遍。垃圾已對大氣環(huán)境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了嚴重污染，生態(tài)環(huán)境正在遭到嚴重破壞。因此，結合城市具體情況，對垃圾的處理技術(shù)和處理系統及其控制策略等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，找出處理效果好、經(jīng)濟上可行的處理方案已成為目前城市垃圾處理問(wèn)題研究的熱點(diǎn)之一。

　　焚燒處理垃圾的主要優(yōu)點(diǎn)是垃圾減量最大，無(wú)害化比較徹底。如焚燒垃圾發(fā)電是現有垃圾處理方法中占地較小，效果較好的方法。另外，建立垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)，可解決垃圾滲瀝液引起的污染地下水問(wèn)題，垃圾焚燒后的廢渣進(jìn)入制磚廠(chǎng)，既減少了對環(huán)境的污染，還可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。城市生活垃圾、工業(yè)垃圾、淤泥和廢橡膠輪胎等垃圾焚燒處理技術(shù)，利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電，變廢為寶，將是今后環(huán)保技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

　　垃圾焚燒工作原理：垃圾經(jīng)自動(dòng)給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥，然后送入爐排，爐排在脈沖空氣動(dòng)力裝置的推動(dòng)下拋動(dòng)垃圾，垃圾與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)入余熱鍋爐，將鍋爐給水加熱到壓力約4Mpa，溫度400℃左右的蒸汽，再推動(dòng)汽機發(fā)電機組發(fā)電。由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來(lái)的煙氣進(jìn)入第二、三級燃燒室，進(jìn)行進(jìn)一步燃燒，使煙氣的溫度高達1000℃，煙氣在此稍作停留，使有毒煙氣迅速分解，后經(jīng)煙氣處理設備和除塵設備處理合格后排入大氣。

　　垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)主要技術(shù)參數：焚化爐鍋爐2 臺，垃圾處理量350t/天，蒸汽量 35t/h，過(guò)熱汽壓4.0Mpa，過(guò)熱汽溫400℃，爐膛溫度980℃，給水溫度145℃ 。

　　汽輪機發(fā)電機組一套，主蒸汽壓力3.9Mpa，主蒸汽溫度390℃，發(fā)電功率12MW。

　　二 系統要求

　　1. 提供完善的垃圾焚燒、余熱發(fā)電DCS 控制系統;

　　2. 控制系統采用全冗余配置，保證系統高效、可靠、安全;

　　3. 監控功能友好易用，漢化操作界面;

　　4. 提供方便易學(xué)的功能組態(tài)，和專(zhuān)用功能塊和圖庫，方便系統功能擴展或修改。

　　三 系統配置與功能實(shí)現

　　該控制系統采用西門(mén)子最先進(jìn)的過(guò)程控制系統PCS7 和Profibus-DP 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，控制系統不僅要承擔起全廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程控制，還要根據垃圾成分的變化快速調整控制程序，以保證焚燒工藝的安全性，使其不再產(chǎn)生二次污染。Profibus-DP 總線(xiàn)的通訊速率可達12Mbps，S7-414H 雙機熱備系統和ET200M 分布式I/O 組成的Profibus-DP 總線(xiàn)網(wǎng)構成切換結構，實(shí)現故障時(shí)的無(wú)擾自動(dòng)切換。上位機采用WinCC V6.0 組態(tài)軟件進(jìn)行系統組態(tài)。該廠(chǎng)的垃圾焚燒工藝引進(jìn)加拿大RICHWAY 公司專(zhuān)利技術(shù)，采用四級脈沖爐排，各項指標均達到國際環(huán)保要求。

　　控制系統提供的主要回路控制功能有：爐膛壓力控制、干燥爐排溫度控制、再循環(huán)煙氣溫度控制、鍋爐汽包水位控制、過(guò)熱蒸汽溫度控制、熱井水位控制、除氧器水位控制。



　　1.操作員站(OS 站)和工程師站(ES 站)

　　DCS 系統配置4 套獨立的操作員站(OS 站)，其中兩臺焚燒爐配兩個(gè)OS 站，汽機和輔機控制配兩個(gè)OS 站。每套OS 均采用成熟、可靠的DELL 商用計算機。OS 站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史數據再現等，可在打印機上輸出。運行Windows 2000 多任務(wù)網(wǎng)絡(luò )操作系統下的PCS7 OS 站應用軟件。所有OS 站均為全能值班配置，圖像、操作、數據一致，實(shí)現機、爐、電的運行操作。

　　系統配置1 套工程師站(ES 站)，采用成熟、可靠的DELL 商用電腦。ES站主要完成實(shí)時(shí)數據庫、控制塊、圖形、趨勢、報表等系統數據的生成和下裝，完成對系統的詳細自診斷和系統數據的列表和后備。運行Windows 2000多任務(wù)網(wǎng)絡(luò )操作系統下的PCS7 ES站應用軟件。

　　可由專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)工程師站對系統進(jìn)行組態(tài)、維護。專(zhuān)業(yè)工程師在授權的情況下，可以在現場(chǎng)對系統進(jìn)行在線(xiàn)或離線(xiàn)修改。同時(shí)，所有運行情況和控制邏輯均可在工程師站上查看，增加了用戶(hù)對系統掌握的程度，以及系統軟件、硬件的透明度。當不需組態(tài)時(shí)，可運行與操作員站完全相同的軟件。整個(gè)系統配置2 臺網(wǎng)絡(luò )打印機，用于記錄打印和CRT 圖象拷貝。打印機選用DELL 網(wǎng)絡(luò )打印機。

　　2.冗余的CPU414H 中央控制單元

　　本自控系統現場(chǎng)控制站的中央控制器采用冗余設計，它由2 套AS-400 型中央控制器組成。它們預裝有冗余軟件，并通過(guò)一個(gè)通訊接口實(shí)現相互連接。在系統正常的運行中，當某個(gè)中央控制器出現故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器能自動(dòng)接管所有的工作，保證了系統繼續正常運行。因此系統現場(chǎng)控制站的AS-400 中央控制器具有很好的冗余性能。AS 的中央處理器采用S7-400 系列工業(yè)控制器中S-414 以上的CPU，專(zhuān)為過(guò)程控制應用設計，CPU 芯片的底層程序采用類(lèi)PASCAL語(yǔ)言編寫(xiě)，為CFC,SFC等過(guò)程控制語(yǔ)言提供平臺。中央控制器中預裝有冗余軟件，用戶(hù)在組態(tài)時(shí)可完全忽略其冗余特性，象對非冗余系統組態(tài)一樣只需輸入用戶(hù)程序。