PCS7在干熄焦余热发电中的应用

第３０卷第６期

２００９笠

有

色

冶

金

设

计

与

研

究

１２

月

ＰＣＳ７在干熄焦余热发电中的应用

胡建军１，张瑞庄２，李亮２

（１．中国铝业重庆分公司热电厂，重庆４０８４０３；２．中国科学院自动化研究所工程技术研究中心，北京１００１９０）

［摘要］介绍了ＰＣＳ７在干熄焦余热发电中的应用，和一个包含了电厂的锅炉、汽机、电气以及其它辅机系

统的分布式计算机控制系统，ＰＣＳ７结合了当前先进的计算机软件技术、现场总线通讯技术以及与干熄焦余热发电相关的控制技术，成功实现了对干熄焦余热发电装置的监控，实践证明：该系统功能强大、运行良好、安全可靠。

［关键词］现场总线；分布式控制系统（ＤＣＳ）；ＰＣＳ７系统；冗余

中图分类号：ＴＰ２７３

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００４－－４３４５（２００９）０６－０１３０－－０３

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＣＳ７ｉｎ

ＨＵ

ＣＤＱＷａｓｔｅ

ＨｅａｔＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ

Ｌｉａｎ９２

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（１．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＢｒａｎｃｈｏｆＣｈｉｎａＡｌｕｍｉｎｕｍＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０８４０３，Ｃｈｉｎａ；

２．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｂｓｔｒａｃｔ

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Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

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ｓｔｒｏｎｇ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇｗｅｌｌ，ｓａｆｅ

ａｎｄ

ｓｙｓｔｅｍ（ＤｅＳ）；ＰＣＳ７ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｄｕｎｄａｎｔ．

ＤＣＳ控制站及监控计算机连接起来．构成—个分布式控

１项目简介

。某钢厂炼焦车间７＃焦炉２００５年建成投产。８＃焦炉于２００７年６月投产．７＃、磷焦炉为２ｘ５５孔６ｍＪＮ６０－－６，焦炭产量为１１０万如。其生产采用干法熄焦

制系统。选用两套冗余的４１７．４ＨＣＰＵ、冗余的ＰｒｏｆｉｂＵＳ－－ＤＰ通讯网络、冗余的工业以太网、冗余的电

源模块、１台工程师站和４台操作员站。ＰＣＳ７系统的拓扑结构如图１。２．１硬件配置

工艺刑用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，高温隋性气体经余热回收装置产生蒸汽５４８０００儿经汽轮

机发电，供焦化厂使用。其高温惰性循环气体余热回收

发电装置采用ｌ套双压自除氧余热锅炉和１套２５ＭＷ

本系统硬件配置有以下兀．个特点：ｆ１１冗余自动化控制站（Ａｓ４１７—４蛐采用了最新冗余技术，按照“热备份”

模式ｆ无冲击、出现故障自动切换１的活动冗余原理运行。具备事件同步功能。可有效减少生产的停车危险。两个ＣＰＵ之间通过高速光纤同步专线连接，可靠保证两台ＣＰＵ的程序和数据一致。在主ＣＰＵ发生故障。突然

抽凝汽式汽轮发电机组涞实现余热回收发电和资源的

综舒列用。采辟鹅７－－４００Ｈ为主控制器结构的ＰＣＳ７系统

冗余控制方案涞实现对干熄焦余热发电装置的监控。

死机的情况下处于监控状态的ＣＰＵ马上切换为ｊＥＣＰＵ，

接替其监控功能。∞主控制器通过冗余Ｐｍｆｉｂｕｓ－ＤＰ现

２控制系统设计

本设计以ＤＣＳ集散控制系统、监控计算机及服务器为核心，以工业以太网作为系统的骨干网络，将现场

收稿日期：２００９－０９－－０７

场总线对冗余Ｉ／ｏ进行控制提升了控制系统的通讯可

靠性。（３１现场控制站ＥＴ－２００Ｍ分布式Ｉ／ｏ通过两条冗

余Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ现场总线与主控器进行实时通讯采集

作者简介：孵（１９６６－－），男。高级工程师主要从事工业电气自动化专业设计工作。

万方数据

第６期

ＰＣＳ７在干熄焦余热发电中的应用

・１３ｌ・

数字量或模拟量信号．同时将主控制器的控制信号送至

现场。每个ＥＴ－２００Ｍ分布式Ｉ／Ｏ的有源背板总线上插

有两个ＩＭｌ５３通讯接口模块，在系统运行过程中，当其

中某—个ＩＭｌ５３通讯接口模块发生故障时，系统能自动切换到另—个ＩＭ１５３通讯接口模块并可带电插拔更换发生故障的通讯接口模块而无需停止系统，大大提

高了系统的可靠性。（４）控制机柜的供电有两路冗余２２０ＶＡＣ，其中一路断电时．另外一路可保证系统无干扰地平稳运行。圆系统配置ｌ台工程师站（ＥＳ）和４台操作

员站（０ｓ都采用西门子ＰＣ５４７Ｂ高性能工控机。其中工

程师站饵ｓ）对余热利用发电锅炉控制系统进行编程组

态等操作，２台为余热锅炉控制系统操作员站（ｏｓｌ２台做

为汽轮机控制系统操作员站。５台工业级计算初通过６台交换机ｆ｛妾口数量供给８电乃６光）及１０块西门子网络

通讯模块ＣＰｌ６１３组成的冗余双环网。从而达到相互热备，互为冗余的效果。总控站设置２台打印机，为各类图文、报表的输出提供直接手段。

图１系统的拓扑结构

为了保证焦化厂的安全可靠性和生产的连续性．提高自动化水平’并适应焦化厂干熄焦装置余热利用发电锅炉控制系统的工艺需要，控制系统的设计是基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线的过程控制系统ＰＣＳ７。结合环行以太网和冗余ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线构成生产管理监控级、２Ｍ／ｓ，现场Ｉ／Ｏ控制万方数据

以太双环网（最高通讯速率为１

０００蝴所有控制器、

工程师站及操作员站连接起来，实现数据通讯和共享。方便操作运行；上层采用标准以太网。实现与厂级网络的接口，使焦化厂主要领导、工厂调度等相关人员不出办公室就能了解焦化厂，余热锅炉整吟系统的运行状况。２．３编程软件

ＰＣＳ７系统的控制部分组态可由ｓｔｅｐ７、ＷＩＮＣＣ完成，Ｓｔｅｐ７除了常规使用的ＬＡＤ（梯形图）、ＳＴＬ（ｉ吾句表）、ＦＢＤ（功能块图）外，还提供了ＣＦＣ（连续功能图）、

ｓＦＣ（Ｊ顶序功能图）等—些更高级、更简易的方式。

ＣＦＣ（连续功能图１是一种简洁的图形组态工具。采

用ＩＥＣ—ｌ１３１标准，以功能块为基础进行组态。ＰＣＳ７系

统配置了很多预编程的功能块这些功能块以库的形式

体现，每个功能块都有—个参数表，可根据实际工艺要求选择不同的参数。通过利用系统大量的功能块驱动现场装置，将各种现场数据上传至操作员站和自动化控制站，与运行在操作员站和自动化控制站组态画面中的标准操作面板联结，这样操作员只需在操作员站

上进行简单参数设定，即可完成对现场装置的操作。

ＳＦＣ０畈序功能图）主要用于小型的批量操作等顺序

控制的自动化任务。这种图形化的组态工具通过工艺

上的顺序控制。生成流程图式的结构萁中包括』Ｉ颐序、并

行分支、交替分支和回路等局部结构。顺控的顺序图中

的每｛、步骤（ｓｔｅｐ）者Ｉ哙有相对囱瑚轿钧章阿１＇ｒａｎｓｉｔｉｏｌｌ），进

行判断控制。软件编制流程如图２。

图２软件编制流程

ＩＯ板卡采集监控需要的现场数字量和模拟量信

号。首先需要经过ＰＣＳ７的ＤＲＩＶＥＲ（驱动块泌理。需

要被ＷＩＮＣＣ（上位机１直接监控的数字量或模拟量，通过ＭＥＡｓＭＯＮｆ监视块）传送给ｗＩＮＣＣ；一些设备量传

送给ＣＦＣ（设备块１：还有些用于顺序控制各种现场设备的控制量则传递给ＳＦＣｆＪ顷控块）。ＣＦＣ就是ＰＣＳ７系统中对现场设备，如阀门、电机等的模拟模块，在ＰＣＳ７的类库中预编好了大量的此类模块．可以根据具体需要直

接调用。ＳＦＣ就是根据需要编写的设备顺序控制模块．

采用济濯图的方武可以很方便地编写。因此刑用ＰＣＳ７

系统平台进行软件编制结构非常清晰．同时由于预编

２．２网络结构

现场控制级和就地控制级三层结构。底层采用现场总线ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ，最高通讯速率为１站集中放在控制室；控制层采用双层冗余的光纤工业

・１３２・

有色冶金设计与

研究第３０卷

译好了大量的类库，使得开发工作变得非常简单．大大缩短了整个工程周期。

系统的监控部分组态由ＷＩＮＣＣ来完成。ＷＩＮＣＣ功能十分强大．可用其标准库实现数据采集、参数控制、实时曲线、趋势曲线、记录配置、报表生成、数据归档和事故报警等功能。ＷＩＮＣＣ应用色彩和闪烁变化表示各种报警信息，报警信息还可按报警产生顺序在ＡｌａｒｍＬｏｇｇｉｎｇ中查询、打印。ＷＩＮＣＣ中的锅炉总貌和汽轮机总貌组态画面．如图３和图４。

图３锅炉总貌组态画面

图４汽轮机总貌组态画面

３系统功能

干熄焦余热发电主要由主蒸汽系统、抽汽系统、

凝结水系统、冷凝器抽真空系统、除盐补给水系统、循环冷却水系统、减温减压装置、干熄焦余热锅炉除氧给水系统、汽机供油系统、工业水系统、汽轮机发电机组事故处理、干熄焦循环气体工艺流程等系统构成。控制系统有除氧器压力、液位控制．减温减压压力、温度控制，汽轮机转速控制，阀门开度控制，前后减温温度控制以及汽包水位控制等。

万方数据

４主要控制系统的实施

使用ＳＩＥＭＥＮＳＰＣＳ７控制系统完成了热电项目所需要白争一切功能，包括模拟量控制（ＭＣＳ）、顺序控制

（ＳＣＳ）、数据采集和处理（ＤＡｓ）、汽机跳闸保护（Ｅ㈣等功

能。以下介绍一些主要控制回路的实施方案。

ｆ１１锅炉汽包水位三冲量串级调节。在锅炉操作中，

汽包的水位是锅炉正常运行的重要指标，根据锅炉的操作要求，汽包水位应稳定在汽包二分之一处，此时锅炉出汽量最大。汽质最好。影响锅炉汽包水位的主要干扰是蒸汽负荷和上下水压力．它们的变化导致蒸汽流量和

上水流量的变化也就影响到水位的变化。为了提高系

统的调节质量．由汽包水位、上水流量、主蒸汽流量组成一个三冲量调节系统．给水流量、汽包水位、主蒸汽流量信号都需进行相关补偿处理，在下面的信号补偿中

给出具体补偿公式。汽包水位设定值可由运行人员在

操作画面上手动设定。

ｆ２１过热蒸汽温度串级调节。过热蒸汽温度的控制

一方面是为了保护蒸汽过热器另一方面是为了保护汽

轮机，主蒸汽的温度要保持在４５００Ｃ，这样就要在二级过热器人口前借助喷水减温对一级过热器出口温度进行控制。主蒸汽温度调节系统由两级减温调节组成：一级过热蒸汽温度调节系统通过改变一级减温水调节阀开度使一级过热器出口蒸汽温度满足运行要求。二级过热蒸汽温度调节系统通过改变二级减温水调节阀开度使二级过热器出口蒸汽温度满足运行要求。一级过热蒸汽温度调节系统和二级过热蒸汽温度调节系统调节方案基本相同。

主蒸汽温度调节系统采用由主蒸汽温度、喷水减温器出口温度及主蒸汽流量等参数组成的串级调节系统。在主蒸汽温度调节系统中主蒸汽温度测量值作为主调的反馈输入值，与主蒸汽温度设定值进行ＰＩＤ运算后送人副调，在副调中与减温器出口汽温进行调节运算，其结果经限幅后由手操器输出至执行机构。调节喷水减温的调节阀。

５结束语

该控制系统投入使用了一年多来．运行良好。不仅功能强、监控范围大、网络速度高．而且安全、可靠和稳定。国内许多干熄焦余热发电的控制理论和控制方式

在此都得到很好的实践和证明，可作为其它干熄焦余热发电进行设计、安装和改造以及更新自动控制系统的

—个较好的参考模式。

PCS7在干熄焦余热发电中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

胡建军， 张瑞庄， 李亮， HU Jian-jun， ZHANG Rui-zhuang， LI Liang

胡建军,HU Jian-jun(中国铝业重庆分公司热电厂,重庆,408403)， 张瑞庄,李亮,ZHANGRui-zhuang,LI Liang(中国科学院自动化研究所工程技术研究中心,北京,100190)有色冶金设计与研究

NONFERROUS METALS ENGINEERING & RESEARCH2009，30(6)0次

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