PCS 7在某某熱電廠供暖熱網改造中的應用

    某熱電廠共有3個200MW單元機組組成，加上2個小型發電機組，總裝機容量達到650MW.整個電廠除了為油田生產提供電力保障外， 而且承擔部分地區的冬季供暖任務及相應企業的生產用汽任務等。所以，整個電廠對自動化水平要求非常高，每個單元機組的控制都由西門子大型DCS來完成。 以前，電廠的供暖熱網控制大多數是人工進行操作監視，只有少數的設備是由老型號的儀表進行自動化控制，所需要的人員多，維護費用高，供暖的溫度不穩定，給人們的生活帶來了不便。為了提高生產質量，節約成本，提高全廠的自動化水平，電廠決定對熱網的控制系統進行改造。所需要的DCS系統一定要運行穩定，可靠性高，速度快，而且有很好的開放性與可擴展性，為以后擴容或與其它工藝段控制系統形成網絡提供方便，完善全廠的MIS系統建設，使整個電廠的自動化水平達到同 行業的先進水平。 在我公司的推薦下，經過電廠考察論證，最終決定采用西門子的 PCS 7過程控制系統來實現本次改造。

一 系統介紹：

    熱力網主要采用電廠汽輪機組的不同段抽汽來進行供暖與供汽。此電廠共三個單元機組，從各機組汽機中壓缸的三抽段進行抽汽，主要為各廠提供生產用汽, 供汽溫度低會影響生產質量，溫度高又會形成能源的浪費，所以這里對溫度控制要求比較嚴格，而且此處的抽汽也去推動2臺小型的汽輪機發電，生產廠用電，提高的各個機組的效率。對本廠的生活區及各市區的供暖的主要是通過熱交換來完成的， 即每個機組有2個熱網加熱器，汽機的六段抽汽在此加熱已經進行過化學處理的水，然后通過8個大型的線路水泵將水供給管網，遠程的各小區通過換熱站，對來水進行減溫減壓，最后供給用戶。由于沿途的的水耗，熱網系統中還包括有補水系統。主要的設備有熱網化學水除氧器，線路水泵，減溫水泵，蔬水泵等設備。工藝流程見 (監控畫面實例) 下圖：

    此次控制系統采用的是冗余的CPU-414H控制器，分布式I/O，而且多處應用了現 場總線的方式，通過DP/PA LINK將SIPART PS2閥門定位器連接進現場總線系統，通 過SIMATIC PDM軟件可以直接對設備進行調試，大大的節省了系統開車時間。

二 控制系統構成

1.  硬件配置      

    系統上位機包括有一臺工程師站(ES)，三臺操作員站(OS)。工程師站安放在熱 網控制室，主要的功能是對整個系統進行組態，在工程師站上即可以完成控制器代 碼編程，也可以對OS站的畫面進行編輯，通過PDM軟件還可以對就地閥門定位器進 行參數設置。每個單元機組的中央控制室個安放一臺操作員站，各操做站分別控制 與自己機組有關的設備，監視過程報警，確認報警等功能。由于各單元中央控制室 距離比較遠，約200M，所以上位機的網絡采用容余的光纖以太網絡,網絡連接器為 OLM.ES與OS站都插有CP1613工業以太網卡. 為了提高系統的可靠性，熱網采用冗余 CPU-414H控制器,工作內存786K，掃描周期最小5ms，主從CPU切換時間5ms。 采用 PS405冗余24V電源。 通訊卡件為CP443-1，通訊速率為100M bps。

此控制系統有AI-134點，RTD-31點，AO-15點，DI-313點，DO-332點。 共用 I/O卡件AI8通道16塊，AI RTD 8通道4塊，AO4通道4快，DI32通道16塊，DO32點16 塊。 為了模件的安全，大多數采集通道都經過德國進口隔離器進行隔離，DO通道 也是通過中間繼電器進行隔離。 熱網除氧器的進汽與進水閥為氣動門，采用了 SIPART PS2閥們定位器，由于比較集中，而且支持PA行規,這樣就可以通過IM157轉 接入DP總線，這樣節省了很多過程電纜，也節省了調試時間,現場總線更突出的體 現是此次系統中的一個距離5公里的閥門間，所有的I/O點都通過遠程I/O站 （ET200M）接入系統.中間只需要PROFIBUS電纜即可，距離比較遠，而且為了防干 擾，中間加入中繼器。

2.  系統結構

系統很好的反映了全集成的自動化概念 （TIA），上位機的網絡為工業以太網，除了數據開放性比較好外，對系統的擴展 也很方便，與以后即將改造的化學水處理DCS，輸煤程控系統，除灰程控系統，都 可以很容易的連接，而當前運行的熱網系統不需要停機。最后可以建立中央控制 站，以及生產信息站（MIS）。 現場總線系統的應用使系統的靈活性提高，充分的 體現PCS 7過程控制系統的分布式I/O的特性。下圖為PCS 7過程控制系統網絡結構圖：

三 控制系統完成的功能    

PCS 7控制系統主要完成熱網監控功能： 模擬量的采集與監視功能（DAS） 過 程數據的曲線顯示，數據報表。 閥門，泵等設備的順序控制（SCA） 主要工藝參 數的PID控制功能（MCS） 設備操作,狀態監視,故障報警處理和記錄. PCS 7采用圖 形化的CFC，SFC編程，可以很容易的完成上述功能，PCS7 CPU-414H控制器與S7400系列的區別是自身已經固化好了處理模擬量和開關量的系統功能塊，并且程序 的執行方式為中斷方式，而不是循環掃描OB1，響應速度更快，控制性能更好。功 能塊庫中的CONTROL-PID，MOTOR，VALVE等功能塊使系統組態更加方便，只需要連 接輸入與輸出的I/O管腳就完成設備操作的組態。強大的軟件PID功能，更可以實現 多種控制方式。 PCS 7系統的操作畫面編輯系統仍然采用了功能強大，操作靈活的 WinCC監控軟件，它的開放性與靈活性為工程人員提供了很多的開發應用手段，也 為操作人員提供了形象的畫面，方便的操作面板。