UniMAT擴展模塊在發(fā)電廠(chǎng)中的應用

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。

3．遠程I/O 站

每個(gè)分布式I/O 站的有源背板總線(xiàn)上插有2 個(gè)IM153-2 通訊接口模塊 ，分別通過(guò)2 條獨立的PROFIBUS-DP 現場(chǎng)總線(xiàn)與AS-400 中央控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在系統運行過(guò)程中，當其中某一個(gè)IM153-2 通訊接口模塊發(fā)生故障時(shí)， 系統能自動(dòng)地切換到另一個(gè)IM153-2 通訊接口模塊，并可帶電熱插拔更換故障的通訊接口模塊，不會(huì )影響系統正常運行。

4．冗余的通訊網(wǎng)絡(luò )

CP443-1作為標準的工業(yè)以太網(wǎng)連接裝置，在物理層上采用高防護等級的通訊線(xiàn)纜，工業(yè)以太網(wǎng)的卡件上帶有CPU可以獨立處理通訊信號。高速工業(yè)以太網(wǎng)是在工業(yè)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議的基礎上，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網(wǎng)采用了全雙工并行（FDX）通訊模式，這種模式允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數據，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太網(wǎng)上還采用了交換技術(shù)，利用交換機模塊將整個(gè)網(wǎng)段分成若干子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)都可以獨立地形成一個(gè)數據通訊網(wǎng)段，可以大大地提高通訊效率。普通以太網(wǎng)上由于網(wǎng)段上數據通訊阻塞的存在，使得網(wǎng)絡(luò )上實(shí)際通訊技術(shù)只有40%，采用了全雙工并行通訊技術(shù)和交換技術(shù)后，使得網(wǎng)絡(luò )的通訊能力得以充分地利用。

5．主要監控功能描述：

（1） 工藝流程顯示：依據系統工藝控制過(guò)程以流程圖形式表現工藝流程圖；

（2） 順序控制操作指導：在PCS7 中提供SFC 順序功能圖，以圖形方式監控順序控制過(guò)程；

（3） 系統控制和設定功能：控制系統提供豐富的回路控制監控庫，可以對回路控制和參數設定進(jìn)行集中顯示、集中監控；

（4） 趨勢顯示：以實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢方式顯示重要過(guò)程參數的變化趨勢；

（5） 報警記錄與顯示

（6） 報表管理：提供日報、月報打印功能，可提供定時(shí)打印、事件驅動(dòng)打印、召喚打印等；

（7） 用戶(hù)級別管理：為了保證系統的安全操作，系統提供多級用戶(hù)權限管理，不同權限的用戶(hù)對應不同的操作范圍。

四 使用效果

分析該DCS 系統經(jīng)長(cháng)期運行證明，各項技術(shù)指標均達到國際先進(jìn)水平，主要表現如下：

（1） 燃燒效率高：垃圾在爐排上與空氣混合均勻燃燒充分，垃圾燃盡率高；

（2） 處理垃圾范圍廣泛 ：由于設計了根據不同垃圾類(lèi)型而調整的控制策略，垃圾處理范圍大大提高，能夠處理工業(yè)垃圾、生活垃圾、廢棄橡膠輪胎等；

（3） 運行維護費用低 ：由于自動(dòng)控制水平高，運行人員少，定檢和不定期檢修費用低，降低了維護費用；

（4） 可靠性高 ：經(jīng)過(guò)長(cháng)期運行表明，控制系統故障率非常低，系統可用率可達99.9%以上，滿(mǎn)足設計要求；

五：總結

此上使用了UniMAT UN300系列產(chǎn)品的模塊，在冗余系統中良好性能要求使工作更加穩定，大大提高生產(chǎn)線(xiàn)效率。