工控网首页
>

应用设计

>

西门子PCS7在循环流化床控制系统中的应用

西门子PCS7在循环流化床控制系统中的应用

2007/11/29 10:01:00
一、引言 随着国民经济的增长,当今科学技术的迅速发展,特别是控制技术,工业IT技术,数据库技术,网络技术等普及应用,对现代企业的工业过程控制要求越来越高,自动控制系统提高系统的效率,能够为企业取得最佳的经济效益。但是行业各自不同的工艺要求对系统的要求也不一样,但是其高可靠性,先进性,开放性,稳定性,可扩展性都是各个行业所追求的一致的目标。西门子的SIMATIC PCS7过程控制系统成为诸多行业的首选系统。PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统,结合了传统DCSPLC控制系统的优点,将两者的功能有机的结合在一起。系统大量采用了新技术,在网络配置上,使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7消除了DCS和PLC系统间的界限,真正实现了仪表控制和电气控制的一体化,充分体现了全集成自动化的特点,使得系统应用范围变广,是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。 二、项目简介 2.1、项目背景: 佛山华丰纸业有限公司系佛山华新包装股份有限公司旗下最大控股子公司;为了扩大再生产能力,投资16个亿人民币建成的珠海分公司的年产量可达30万吨涂布白纸板生产线和自备热电站,自备热电站的循环流化床锅炉采用四川锅炉厂的75T的锅炉,该锅炉的特点是返料不用返料风机,直接从一次风机的出口分离了一次风将返料吹入炉膛,使返料充分燃烧。煤的投入方法是用一次风将煤颗粒吹入炉膛燃烧,不需要做石灰和煤量配比。 现为热电站提供完整的分布式控制系统(DCS),满足造纸生产的需要,为造纸过程提供高品质蒸汽和充足的电能。热电站的图片如图1所示。
图1图1 厂貌一角
2.2、工艺说明: 1、根据纸机生产的需要,热电站的工艺指标要求: 1) 纸机蒸汽指标: 蒸汽段1:温度:150℃ 压力:0.4 MPa 蒸汽段2:温度:180℃ 压力:1.2 MPa 2) 锅炉指标: 二台75T循环硫化锅炉 炉参数:压力5.4Mpa 485℃ 点火方式:喷油 减温方式:喷水 3) 汽轮机发电机指标: 二台抽汽冷凝式汽轮机 进汽压力:4.9MPa 冷却水:工业用水 功率:15Mw 转速 :6000 rpm 发电:11kv 2、工艺要求: 要使得锅炉在运行过程中达到相关指标,那么对重要参数要有更高的控制要求,如表1所示。 表1 主要参数控制范围
三、控制系统的构成 3.1 控制系统设计: 1.控制系统设计的总体目标 •为纸机正常生产提供高品质蒸汽和充足的发电量;降低外网用电成本。 •提高锅炉、汽机的自动化水平; •实现机组高品质运行,提高运行经济性; 2、系统设计:体现PCS7的高可靠性、先进性、易维护等为设计思想。具体如下: 1)可靠性设计 •冗余设计:通讯总线、电源、I/O总线、CPU均为冗余配置。 •所有I/O模件均为智能化设计,采用隔离措施,并具有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。 2)维护性设计 •可带电插拔。 •系统自诊断至通道级。 3)扩展性设计 •采用工业以太网网络结构,通讯速率100MBPS,主干网采用冗余环网,个子站通过双绞电缆挂接在主干网络上,有极强的通讯扩展能力。 •提供与其它系统的通讯接口,如工业以太网、PROFIBUS DP或MODBUS。 3.2控制系统的结构: 结合现场的实际情况,通过PCS7设计了冗余环网的控制系统结构, 2套冗余CPU,4台操作站,1台值长站,1台经理监控站,以上设备通过冗余的OSM实现环网通讯,通讯网络为工业以太网,如图2所示。
图2图2 控制系统硬件结构图
3.3 控制系统的配置 根据CFB机组的特点和实际I/O点的设计分布情况, 单台机组的I/O点数配置如表2所示。 表2 单台机组I/O点数
从硬件组态上可以看出PCS7系统配置的400H的CPU通过冗余DP网络,下挂远程ET200M的站,并通过网络通讯模块,与其他设备的通讯,如图3所示。
图3图3 单台机组的硬件组态
四、控制系统功能 一个优秀的控制系统需要好的控制方案和好的系统功能,而这些使用西门子的PCS7都能满足控制系统的设计要求。 4.1控制方案 在锅炉汽包水位自动调节的控制方案中,对给水流量和过热蒸汽流量测量要求准确,执行器的线性度要高,改变了以往的简单的控制系统,PCS7采用了复杂的控制系统中串级控制进行汽包水位调节如图4所示。
图4图4 汽包水位控制原理图
PCS7中的串级控制回路由两个PID回路构成的主调和副调。从图4中可以看到主调是使用汽包水位目标值与测量值做比较调节水位,副调是用锅炉给水流量和过热蒸汽流量的差值,然后与主调的输出比较产生的信号对执行器的控制。软件设计在手动状态切换自动调节的过程中要做到无扰切换,当串级调节出现偏差过大时候要考虑到对锅炉的保护,那么在串级的程序编制时就要设计在一定的条件下退出自动运行状态,从而自动切换到手动状态。 在CFB的调节过程中,除了汽包水位采用的串级控制,另外减温方式为了提高控制精度和达到工艺要求,采用的是串级控制,另外根据现场的施工情况,在副调中加入了给水压力的前馈扰动控制方式。因为减温水和锅炉给水是母管制的连接方法,压力随着给水的调节会影响到减温的效果,当给水压力的前馈信号产生时,可以使得执行器提前动作从而使得减温的效果更加明显。 4.2控制系统功能: 基本功能包括:锅炉联锁控制,模拟量调节功能,汽轮机的ETS(紧急跳闸系统)保护等等。 1、锅炉联锁控制 PCS7提供了二次开发的平台,结合项目的特点,利用SCL语言自主开发了电机和阀门的逻辑功能块,和PCS7库自带的电机和阀门功能块相比要简单得多,使得现场的编程变得十分的简单。电机的功能块如图5所示。
图5图5 电机控制逻辑功能块
自备电站的锅炉是要给纸机提供蒸汽,所以不能出现经常性的停炉现象,那么锅炉的紧急停炉采用了比较简单的联锁控制,主要的联锁是给煤机,一次风机,二次风机,引风机之间的联锁,汽包水位和压力都来控制引风机,当引风机停止后,其他的辅机都要停止,通过这种简单的方式达到了MFT(主燃料跳闸)的效果。 2、模拟量调节功能 模拟量调节主要是单回路调节和多回路调节。PCS7提供优秀的PID调节器,通过调节器的软件编程,可以实现多PID的串级调节,在CFB中的锅炉汽包水位调节,减温水调节等等都是采用的多PID得串级调节方式。另外,CFB的炉膛压力调节是采用单PID回路控制方式。在上位机,PCS7设计了非常经典的PID调节画面,如图6所示。
图6图6 PID调节画面
3、汽轮机的ETS保护功能 公司从节约成本考虑,没有单独为汽轮机保护设计一个ETS,而是通过高精度的仪表和功能强大的PCS7系统共同组建成一个ETS来保护汽轮机的正常运转。 PCS7在整个ETS中的作用主要是对跳机事件的记录,还有便于对紧密仪表的控制等功能。 除了以上的功能外,PCS7还有历史记录查询、报表打印等等。 五、项目运行 由于现场情况的复杂性,自2006年3月份正式开工到9月份的纸机投产,锅炉到目前为止,运行良好,控制系统稳定,可靠,运行参数远远满足于表1中的工艺要求。而且在锅炉的主要控制都采用了串级控制,给运行人员提供了很好的运行环境,大大降低了调节工作量,PCS7通过文字报警和声光报警信息提示给运行人员,避免事故的发生。另外,PCS7还对每位运行人员的操作都有详细的记录,当有事故发生时,给事故原因的快速查找提供了捷径,并且使权责明确。用户对该控制系统的投运的效果非常满意,对SIEMENS的PCS7过程控制系统给予充分的肯定,充分体现了全集成自动化的功能。 六、应用体会 经过工程实践,对SIEMENS的PCS7过程控制系统有了一定的认识,热电站真正的调试时间不到3个月,在项目实施过程中,充分认识了PCS7的典型的CS结构的实现方案,并且得到了西门子技术支持热线的大力支持,在此表示感谢! 参考文献 [1] PCS7 Manual SIEMENS AG 2003 [2] 张丽香,王琦. 模拟量控制系统. 北京: 中国电力出版社. 2006 [3]孙奎明,时海刚. 热工自动化. 北京:中国电力出版社. 2006 作者简介 程高(1981-) 男 工程师 从事控制系统设计与应用 金琳(1983-) 女 工程师 从事控制系统设计与应用 廖曙光(1975-)男 工程师 从事自动化系统设计 付自成(1979-)男 工程师 从事自动化系统应用设计
投诉建议

提交

查看更多评论
其他资讯

查看更多

基于WinAC的5611卡主从站Profibus通讯研究

OPC在SIEMENS PLC与IFIX之间冗余网络中的实现

SIEMENS TD400C 的中文手册

SIEMENS TD400C 的基本参数

S7-300中文帮助文档