西門子S7-400HPLC在熱電廠雙冗余煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

杜立紅 王勇（曹妃甸職業(yè)技術(shù)學(xué)院，唐山 曹妃甸063200）

我國北方火電廠生產(chǎn)用燃料主要是煤炭，煤炭的燃燒產(chǎn)生了含有粉塵、SO2、NOX、CO2 等大量的工業(yè)大氣污染物。近年來隨著SO2 的排放量的不斷增加。進(jìn)而產(chǎn)生了酸雨和陰霾等現(xiàn)象，給周圍大氣環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞。火電廠燃煤煙氣脫硫處理是保護(hù)環(huán)境、控制大型污染源排放的重要措施，對減少S02排放，改善人們的生活環(huán)境，凈化空氣具有重要意義。

1 西門子S7-400H系統(tǒng)的特點(diǎn)

西門子S7-400H型PLC系統(tǒng)能順利切換主從控制、自動(dòng)事件同步、集成錯(cuò)誤識(shí)別和錯(cuò)誤定位功能，在運(yùn)行中修改系統(tǒng)，在線編程類似于標(biāo)準(zhǔn)CPU，下載程序，只考慮單個(gè)CPU，程序可自動(dòng)復(fù)制到另一個(gè)CPU，自動(dòng)在CPU 修復(fù)后重新進(jìn)入，所有運(yùn)行中的組件都可以更換。確保了由于單CPU 故障，系統(tǒng)癱瘓，不受干擾的切換不會(huì)丟失任何信息。

S7-400H 型可編程控制器系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)在任何時(shí)候的可靠性，其所有重要部件都是冗余配置，包括冗余的CPU、電源模塊和用于冗余CPU的同步通信模塊。

2 系統(tǒng)硬件與網(wǎng)絡(luò)組成

該系統(tǒng)采用西門子simatics7-400H 型PLC，包括3 組雙CPU-414H模塊（脫硫系統(tǒng)1號(hào)，脫硫系統(tǒng)2號(hào)，公用系統(tǒng)），每個(gè)系統(tǒng)包含若干SM321 型16×24VDC16 點(diǎn)數(shù)字輸入模塊，SM331型8×12位模擬輸入模塊（8點(diǎn)輸入光電隔離）、SM332型2×12位模擬輸出模塊、分布式網(wǎng)絡(luò)ET200s接口模塊、PS407電源模塊、CP443-1通信模塊等。上位機(jī)脫硫系統(tǒng)操作站通過工業(yè)以太網(wǎng)及光纖與裝有CP1613 卡的上位機(jī)(操作員站、工程師站)通信，同時(shí)通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與各子站通信。

系統(tǒng)上位機(jī)選用配置了InTouch10組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)來完成系統(tǒng)的配置、監(jiān)控畫面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。在線煙氣監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）中采用定時(shí)采樣法對煙氣成分進(jìn)行分析。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件編程采用STEP7 和S7-GRAPH 順序編程語言將控制系統(tǒng)分解為相對獨(dú)立的組件，編程相應(yīng)的控制功能塊（FB）。該控制系統(tǒng)采用不同的功能模塊對關(guān)鍵控制和模擬控制進(jìn)行編程，并通過(FB，F(xiàn)C)編程實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)和開關(guān)信號(hào)的處理。同時(shí)，程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可維護(hù)性及可擴(kuò)展性，一些控制功能可以根據(jù)生產(chǎn)需要從原有的控制系統(tǒng)中移除或增加。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制邏輯時(shí)，重點(diǎn)考慮了以下幾個(gè)方面：

（1）充分考慮系統(tǒng)在啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)涉及的設(shè)備多，時(shí)序不同的特點(diǎn)。如增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)允許條件中，必須全部滿足以下條件增壓風(fēng)機(jī)才能啟動(dòng)；無增壓風(fēng)機(jī)跳閘條件，增壓風(fēng)機(jī)的軸承溫度低于“設(shè)定溫度H”，渦輪增壓風(fēng)扇電機(jī)的軸承溫度低于“設(shè)定溫度H”，渦輪增壓風(fēng)扇電機(jī)的繞組溫度低于“設(shè)定溫度H”，增壓風(fēng)機(jī)靜葉在最小位（擋板位置信號(hào)小于5%）且無過力矩信號(hào)，煙氣脫硫網(wǎng)煙氣擋板打開，煙氣脫硫原煙氣擋板關(guān)閉，任意一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行，無鍋爐MFT 信號(hào)，無FGD 跳閘信號(hào)。結(jié)合這些條件，設(shè)計(jì)時(shí)將這些系統(tǒng)專門用于解鎖和停止邏輯塊（FC或FB），以方便系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)。

（2）實(shí)現(xiàn)判斷故障級(jí)別，并對故障進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測、報(bào)警及處理。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測故障點(diǎn)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的故障級(jí)別進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)報(bào)警。3）方便調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，在設(shè)計(jì)時(shí)均采用本地-遠(yuǎn)程兩種控制方式。系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖啟停，上位機(jī)可激活單個(gè)裝置。此模式可以方便調(diào)試階段的操作。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以通過程序控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程局部無干擾切換，方便現(xiàn)場維護(hù)和故障處理。

3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)組態(tài)軟件采用InTouch10，InTouch10 具有在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)讀取和記錄儀器的數(shù)據(jù)顯示(如壓力、流量、液位等)、查閱歷史記錄、趨勢分析和報(bào)表打印等功能，因此軟件可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC之間的通信和設(shè)備狀態(tài)的顯示。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)可滿足整個(gè)燃煤火電廠煙氣脫硫工藝參數(shù)及系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的要求，成功解決了脫硫系統(tǒng)的監(jiān)測任務(wù)和環(huán)保要求，并且該燃煤火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行效果良好。綜上所述，該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

4.1 人機(jī)界面友好，控制可靠

以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)為載體，對脫硫全過程進(jìn)行分析，收集現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)，為脫硫過程的調(diào)試和改進(jìn)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4.2 系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)

解決了多種參數(shù)同時(shí)采集及模擬量輸入數(shù)據(jù)采集時(shí)抗干擾的問題，提高了系統(tǒng)抗干擾性。

4.3 系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)

與整個(gè)控制系統(tǒng)相關(guān)的各種泵、閥、擋板門及風(fēng)機(jī)均可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)集中、局部手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、啟停顯示、過載保護(hù)、高溫保護(hù)等故障報(bào)警。同時(shí)，減少環(huán)境污染，環(huán)保要求達(dá)標(biāo)，提高環(huán)境質(zhì)量，樹立企業(yè)形象具有積極意義，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。