基于PCS7 和Profibus－DP 現(xiàn)場總線技術的控制系統(tǒng)設計

　一 系統(tǒng)概述

　　隨著經濟高速發(fā)展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工業(yè)垃圾處理問題正變得 日益突出。每年全國城市垃圾清運量達數億噸，在各大城市中，垃圾包圍城市的現(xiàn)象非常普遍。垃圾已對大氣環(huán)境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了嚴重污染，生態(tài)環(huán)境正在遭到嚴重破壞。因此，結合城市具體情況，對垃圾的處理技術和處理系統(tǒng)及其控制策略等相關問題進行探討，找出處理效果好、經濟上可行的處理方案已成為目前城市垃圾處理問題研究的熱點之一。

　　焚燒處理垃圾的主要優(yōu)點是垃圾減量最大，無害化比較徹底。如焚燒垃圾發(fā)電是現(xiàn)有垃圾處理方法中占地較小，效果較好的方法。另外，建立垃圾焚燒發(fā)電廠，可解決垃圾滲瀝液引起的污染地下水問題，垃圾焚燒后的廢渣進入制磚廠，既減少了對環(huán)境的污染，還可產生一定的經濟效益。城市生活垃圾、工業(yè)垃圾、淤泥和廢橡膠輪胎等垃圾焚燒處理技術，利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電，變廢為寶，將是今后環(huán)保技術的一個重要發(fā)展方向。

　　垃圾焚燒工作原理：垃圾經自動給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥，然后送入爐排，爐排在脈沖空氣動力裝置的推動下拋動垃圾，垃圾與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒，燃燒產生的熱量進入余熱鍋爐，將鍋爐給水加熱到壓力約4Mpa，溫度400℃左右的蒸汽，再推動汽機發(fā)電機組發(fā)電。由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來的煙氣進入第二、三級燃燒室，進行進一步燃燒，使煙氣的溫度高達1000℃，煙氣在此稍作停留，使有毒煙氣迅速分解，后經煙氣處理設備和除塵設備處理合格后排入大氣。

　　垃圾焚燒發(fā)電廠主要技術參數：焚化爐鍋爐2 臺，垃圾處理量350t/天，蒸汽量 35t/h，過熱汽壓4.0Mpa，過熱汽溫400℃，爐膛溫度980℃，給水溫度145℃ 。

　　汽輪機發(fā)電機組一套，主蒸汽壓力3.9Mpa，主蒸汽溫度390℃，發(fā)電功率12MW。

　　二 系統(tǒng)要求

　　1. 提供完善的垃圾焚燒、余熱發(fā)電DCS 控制系統(tǒng);

　　2. 控制系統(tǒng)采用全冗余配置，保證系統(tǒng)高效、可靠、安全;

　　3. 監(jiān)控功能友好易用，漢化操作界面;

　　4. 提供方便易學的功能組態(tài)，和專用功能塊和圖庫，方便系統(tǒng)功能擴展或修改。

　　三 系統(tǒng)配置與功能實現(xiàn)

　　該控制系統(tǒng)采用西門子最先進的過程控制系統(tǒng)PCS7 和Profibus-DP 現(xiàn)場總線技術，控制系統(tǒng)不僅要承擔起全廠的生產過程控制，還要根據垃圾成分的變化快速調整控制程序，以保證焚燒工藝的安全性，使其不再產生二次污染。Profibus-DP 總線的通訊速率可達12Mbps，S7-414H 雙機熱備系統(tǒng)和ET200M 分布式I/O 組成的Profibus-DP 總線網構成切換結構，實現(xiàn)故障時的無擾自動切換。上位機采用WinCC V6.0 組態(tài)軟件進行系統(tǒng)組態(tài)。該廠的垃圾焚燒工藝引進加拿大RICHWAY 公司專利技術，采用四級脈沖爐排，各項指標均達到國際環(huán)保要求。

　　控制系統(tǒng)提供的主要回路控制功能有：爐膛壓力控制、干燥爐排溫度控制、再循環(huán)煙氣溫度控制、鍋爐汽包水位控制、過熱蒸汽溫度控制、熱井水位控制、除氧器水位控制。



　　1.操作員站(OS 站)和工程師站(ES 站)

　　DCS 系統(tǒng)配置4 套獨立的操作員站(OS 站)，其中兩臺焚燒爐配兩個OS 站，汽機和輔機控制配兩個OS 站。每套OS 均采用成熟、可靠的DELL 商用計算機。OS 站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史數據再現(xiàn)等，可在打印機上輸出。運行Windows 2000 多任務網絡操作系統(tǒng)下的PCS7 OS 站應用軟件。所有OS 站均為全能值班配置，圖像、操作、數據一致，實現(xiàn)機、爐、電的運行操作。

　　系統(tǒng)配置1 套工程師站(ES 站)，采用成熟、可靠的DELL 商用電腦。ES站主要完成實時數據庫、控制塊、圖形、趨勢、報表等系統(tǒng)數據的生成和下裝，完成對系統(tǒng)的詳細自診斷和系統(tǒng)數據的列表和后備。運行Windows 2000多任務網絡操作系統(tǒng)下的PCS7 ES站應用軟件。

　　可由專業(yè)人員通過工程師站對系統(tǒng)進行組態(tài)、維護。專業(yè)工程師在授權的情況下，可以在現(xiàn)場對系統(tǒng)進行在線或離線修改。同時，所有運行情況和控制邏輯均可在工程師站上查看，增加了用戶對系統(tǒng)掌握的程度，以及系統(tǒng)軟件、硬件的透明度。當不需組態(tài)時，可運行與操作員站完全相同的軟件。整個系統(tǒng)配置2 臺網絡打印機，用于記錄打印和CRT 圖象拷貝。打印機選用DELL 網絡打印機。

　　2.冗余的CPU414H 中央控制單元

　　本自控系統(tǒng)現(xiàn)場控制站的中央控制器采用冗余設計，它由2 套AS-400 型中央控制器組成。它們預裝有冗余軟件，并通過一個通訊接口實現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常的運行中，當某個中央控制器出現(xiàn)故障時，另一個中央控制器能自動接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。因此系統(tǒng)現(xiàn)場控制站的AS-400 中央控制器具有很好的冗余性能。AS 的中央處理器采用S7-400 系列工業(yè)控制器中S-414 以上的CPU，專為過程控制應用設計，CPU 芯片的底層程序采用類PASCAL語言編寫，為CFC,SFC等過程控制語言提供平臺。中央控制器中預裝有冗余軟件，用戶在組態(tài)時可完全忽略其冗余特性，象對非冗余系統(tǒng)組態(tài)一樣只需輸入用戶程序。