摘 要：本文重點介紹了西門子公司的 SIMATIC PCS7 系統在火力發電廠循環硫化床鍋爐和汽輪機組中的應用，論述了該系統的組成及其特點，并通過實際的運行情況說明該系統確實具有相當高的可靠性和安全性。 關鍵詞：PCS7系統 發電廠 可靠性 安全性 前 言 Simatic PCS7系統是西門子公司二十世紀九十年代開始推出的應用于中大型生產過程控制領域的功能豐富的新型集散控制系統；它采用現場總線技術，是全集成的過程自動化控制系統。 Simatic PSC7系統具有獨特的開放式平臺，結合了DCS和 PLC 的優點，將兩者的功能緊密地結合在一起；Simatic PCS7系統采用了統一的軟件開發環境，控制層和操作層實現統一的變量管理，大大節省了程序員建構變量的時間；Simatic PCS7系統使用工藝分級（TH）配置，使用戶可以按照工廠的工藝分工進行組態，分為系統級（如車間）、子系統級（如工段）、設備級、儀表控制回路等級別。 該系統的先進實用性集中體現在以下幾點：先進的控制技術（現場總線技術）、實用安全的系統配置（冗余電源及冗余操作站及冗余控制器）、友好的人機界面（直觀、規范和契合運行習慣）、支持多種通訊協議如Profitbus，MPI，Industrial以太網等。 一：工藝情況概述 沈陽經濟技術開發區熱電廠新建工程，配置2臺75t/h循環流化床鍋爐，1臺12MW抽汽式汽輪發電機組，3臺鍋爐給水泵, 2套除氧器和1套減溫減壓器。本次控制系統設計范圍包括以上工藝系統的熱工監控系統。 根據循環硫化床鍋爐對于一次風機，引風機，二次風機，給煤機及給水泵的要求較高的特點，故鍋爐系統根據實際需要引入了許多連鎖控制方案，有引風機連鎖，一次風機連鎖，給煤機連鎖，給水泵互動連鎖。由于引風機的特殊重要性，又引入了壓力高高限和液位低低限連鎖。 在本系統中，具體的各種信號類型如下： 二：系統控制方案 3.1系統構成 由于設計是基于兩爐一機考慮的，兩爐一機大概有 800 多點，故本系統采用了西門子公司的性能非常可靠的 CPU417-4 H 作為中央控制器，基于安全生產的考慮，是雙機冗余控制，雙處理器之間通過光纖環網進行通訊，當主CPU故障時，從處理器直接接管其一切工作。電源也采用冗余配置，當一個電源模塊故障時，由于另一個電源的存在，并不影響CPU正常的工作。 系統的各個分布式控制站雙 IM153-2 的冗余控制，每對 IM153-2 最多可以接八個輸入／輸出模塊，通過輸入／輸出模塊采集數據，將采集的數據送到分布式輸入／輸出站，再送至中央控制站進行處理，處理器決定該數據需進行什么樣的處理，進行顯示,或者輸出相應的控制信號，再按照剛才的路徑返回至輸入／輸出模塊，這樣就實現了數據的采集，處理和交換；中央控制站與各分布式控制站之間通過 ProfiBus-DP 網進行通訊。其中1-4 號分布式輸入／輸出站為模擬量，5-6 號分布式輸入／輸出站為開關量。 系統配置了兩臺操作站，中央控制站與操作站之間通過工業以太網進行通訊，而操作站之間通過 100Mbps的交換機進行通訊。PCS7 系統中的工程師站和操作員站之間是通過授權的不同來區分的，在同一臺機器上，通過用戶和密碼的不同可以實現不同的操作和控制。 具體的硬件結構配置如下圖所示： 3.2系統的典型控制策略 該系統共有除氧器壓力控制，除氧器液位控制，減溫減壓器壓力控制，減溫減壓器溫度控制，給煤機轉速控制，風機擋板開度控制，前減溫溫度控制，后減溫溫度串級控制以及汽包水位三沖量控制等控制方案。 該系統中典型的控制策略有單回路PID控制，串級PID控制以及三沖量控制。 我們在設計汽包水位三沖量控制策略時，將汽包水位作為主控制回路，主給水流量作為副控制回路，主蒸汽流量作為前饋量；對于后減溫溫度串級控制，我們將主蒸汽溫度作為主回路，將后減溫集箱溫度作為副回路。 3.3系統的連鎖策略 出于安全生產的考慮，本系統中納入了許多連鎖方案，共有如下幾種： 1．引風機連鎖 連鎖狀態下，當引風機未運行時，不允許啟動一次風機，二次風機和給煤機；引風機故障時，一次風機，二次風機，給煤機均應停止運行；當汽包壓力高于給定值或汽包水位低于給定值時，引風機應停止運行。 2．一次風機連鎖 連鎖狀態下，一次風機未運行時，不允許啟動二次風機和給煤機；一次風機故障時，二次風機和給煤機均應停止運行。二次風機故障時，引風機，二次風機和給煤機均正常運行，并不連鎖停車。 3．給煤機連鎖 連鎖狀態下，給煤機故障時一次風機，二次風機和引風機均停止運行。 4．給水泵連鎖 兩臺給水泵為一用一備的配置，即將一臺給水泵投入運行后，如果另一臺給水泵投入連鎖，當第一臺給水泵停止運行后第二臺給水泵自動投入運行，當第二臺給水泵停止運行后如果第一臺給水泵已投入連鎖，則第一臺給水泵自動運行，如果此時第一臺給水泵未投入連鎖，則第一臺給水泵并不自動運行。要想將兩臺給水泵全部停止必須將連鎖全部摘除。 二期工程時，將使用三臺給水泵，其邏輯連鎖為兩用一備。 5．自動開停車系統 自動開停車系統的設計給用戶提供了一些接口，比如可以輸入延遲時間等。 3.4系統的其他功能 PCS7系統除了具有其他如橫河公司CS1000系統，羅斯蒙特公司的Provox系統等DCS系統所具有的各種通用功能外，還具有自己的特點。 PCS7系統在報警記錄的處理上有其獨到的特點，它將報警信息分為多種，有incoming alarm list, outgoing alarm list, operation list, acknowledged alarm list, process alarms, journal list以及AlarmOneLine等。對于用戶進行PID控制的設定值改變，開關閥門等操作，都自動給以記錄，前提是進行了PID模板的組態之后。我們編程時基于這些考慮，在CFC中填寫報警信息時，注意將報警信息分類；同時，我們將電動門，風機，泵類的啟停操作也都記錄下來，以便分析事故原因時有章可循。 PCS7系統支持在線趨勢記錄的組態，操作員或者工程師可以任意選擇想查看的工藝點的趨勢曲線，任意選擇時間范圍，并可以將該曲線打印出來，這大大方便了操作員的操作和熱工人員的維護。 PCS7系統可以很方便的調用每一個工藝點，查看其相關的各種信息如該點的量程上下限、報警上下限等；還可以很方便的調用每一個PID控制模板，查看每一個PID控制的PID參數，控制作用輸出，相關的趨勢信息和報警信息等。 三：編程總結： 與以前的西門子公司的Step7不同的是，PCS7系統對于大多數的軟件編程均應用CFC進行編程，而并不是利用梯形圖或者語句表編程，對于利用CFC編程不太方便的地方，可以利用梯形圖或者語句表實現，然后將其作為一個FB或者FC嵌入到CFC中。PCS7系統在執行程序時，將CFC先全部編譯成SCL語言，再執行。 由于鍋爐系統中涉及到順序控制的地方并不多，而且都是比較簡單的順控，利用CFC完全可以實現，而且比較快捷，所以并沒有用到SFC。 但是就我們使用的經驗來看，SFC和CFC還是各有優點的，兩者可以形成互補。對于牽涉到順序控制比較多的地方，可以使用SFC，當然SFC所能實現的功能利用CFC完全可以實現，而CFC可以實現的功能SFC未必能實現，所以筆者認為還是CFC使用的更為普遍些。 我們認為PCS7系統對于OB塊的分類也比以前的系統更加科學，它提供了多種循環掃描塊，根據實際的需要，我們使用了OB32和OB35兩種循環掃描塊，對于不同的工作使用不同的掃描時間，而不再是將大多數程序都放在OB1中；而且，更加特殊的需要，PCS7系統提出了部分過程映象區的概念。 PCS7系統在操作層上最方便的地方之一就是，它通過Transfer可以將控制層的變量傳遞到操作層上，而且用戶可以自由選擇傳遞哪些變量，這節省了用戶建變量的時間，而且不容易出錯；方便地方之二就是，通過Transfer可以將在CFC中填寫的報警信息無一例外的送到操作層來，也就是說，PCS7系統對于報警的管理是統一的管理；方便地方之三是，它通過Transfer可以為用戶提供非常友好的操作界面，避免了在WinCC以前的版本中需要用戶自己管理操作界面變換的煩惱。 五：結束語 本次設計時，由于工期非常緊張，從組態到調試僅有兩個多月的時間，設計院給的許多資料不全，而且沒有提供控制方案的圖紙，一些設計完全是憑借經驗，這些都給我們的工作帶來了很多困難。但是在自身的努力和相關人員的配合下，我們的工作順利的完成了，并且順利地通過了調試。 本系統自從2003年1月上旬投入使用后，經過兩個月的運行后，非常平穩，從沒有因為DCS系統的原因造成任何事故。目前工藝運行也趨于平穩，一些自動控制也已投入使用，反映良好。當然由于工藝條件尚不完全具備，有些自動系統還沒有投入使用。但是我們相信隨著時間的推移，工藝條件日趨完善，操作人員對于鍋爐的脾氣也日趨了解，這些自動系統都一定可以投入使用。