西门子中国-代理商-授权总代理商

1997年太钢引进的按国二十辊轧机、冷热不锈带钢退火线、光亮线等新装备，是以扩大不锈钢生产能力。冷轧煤气混合加压站，是太钢不锈带钢退火线的配套设 施，有加压机3台，气源为高炉煤气、焦炉煤气。由于生产线工况不稳而造成用量大幅度频繁波动；同时由于气源管网方面的状况较差，高炉煤气压力波动范围3— 10kPa，焦炉煤气压力波动范围1．5。6．5kPa；其波动有时频率很快，仅靠仪表调节产生震荡，无法通过人工调节；经常出现长时间的低压，造成混压 困难，甚至造成高炉煤气蝶阀关闭、机前负压的险兆。
太钢于1999年6月采用了西门子SIMATICS7—300PLC、德国UNI公司热值仪、西门子变频技术等进行全过程自动控制改造，实现了混合煤气热值、加压机后压力双稳定的目标，确保了不锈钢的正常生产，节能效益非常可观。
1系统概要
改 造后的系统构成复杂，仅调节阀就有九个，此外还要增加变频器，由计算机控制切换调节3台风机转速；增加热值仪，串级调节高焦配比。采用西门子S7— 300PLC和研华IPC 610工控机构成DCS系统。S7—300PLC作为下位机来实现所有信号的采集、运算、调节，其特点是：模块化、无排风结构、易于实现分散、运行可靠、 。CP5611卡为S7—300PLC与工控机的通讯接口卡，具有RS485接口和87．5kbps的通信速率，传输距离可达50m，使用中继器 可达9100m。
2控制原理
本系统含四个调节回路：
2．1热值调节
热值是用户气源的主要质量指标之一。
冷轧煤气7昆合加压站以高炉煤气为主气，它不可控制，取决于用户用量；焦炉煤气为辅气，要求控制其两道阀门，使高、焦配比约4：1。
2．1．1“高焦限幅”辅热值
本 回路为一串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气流量单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节 器输出信号，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1．05和0．95作为输出信号的上、下限幅值。
该控制思想一则使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；二则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。
对 热值仪信号故障也有保护性，在实际的运行中，我们发现工人有时忘记了给热值仪过滤器排水，使煤气人口压力太低，燃烧不够，造成仪表信号显示偏低很多，即使 焦炉煤气阀开到大，也不可能把热值调至“正常”，但此时热值调节器输出信号受到高炉煤气流量的交叉限幅，故在此三个信号中，终以上限值为焦炉煤气流量 调节器的设定值，从而使焦炉煤气流量调节阀被约束在了一定的阀位，终使混合煤
气热值波动稳定在一定范围内。
2．1．2“双阀同控”避“瓶颈”
原 设计一阀自动、另一阀手动，实际上两阀都在手动方式，因而常常顾此失彼，致使南、北阀位相差太大；若采用两路单独的调节器，二阀阀位更加混乱，当系统工况 变化较大时，其中一阀就会成为调节的“瓶颈”；若采用双调节器进行调节，二阀各自进行动作，虽能使系统在某一阀位组合状态下稳定，但有可能造成二阀阀位相 差太大，同样可导致“瓶颈”的现象。
对此采用单台调节器串调双阀的控制方案，即在计算机中设置一台软调节器，其输出信号给到2台手操器，同时带动 2台电动蝶阀。为防止二阀同时动作造成超调，将2台手操器内的死区设置的有所差别，当调节器输出要求的阀位信号与实际阀位反馈信号出现偏差时，死区小的手 操器(电动调节阀)首先动作，若偏差不大时，就能纠正过来；当调节量不够时，偏差增大，死区大的手操器(电动调节阀)也动作，加大调节力度，使系统迅速回 到稳定状态上。当系统出现较大偏差时，常会出现同时超出二者死区范围的现象，则二阀一同动作，使偏差迅速减小到一定范围，此时大死区的电动调节阀停止动 作，剩余的小偏差靠死区小的调节阀来进一步精调到位。
2．2混压调节
混压调节在实际中既影响热值、又影响加压机后压力。所以，混压调节不 好，则热值调节、加压机后压力调节都无从谈起。本回路为一串级随动调节系统，在控制回路中建立数学模型，煤气混合压力的设定值随着高、焦气源的压力波动而 自动计算设定，同时又加以上下限幅，使工艺操作变得更加合理。从热值的稳定方面来看，机前混压能够随高、焦煤气压力波动而适时适度地调整，保证了焦炉煤气 能够按所需的量顺利配人；从加压机后压力的稳定方面来看，机前压力变化范围不至于太宽，减少了对加压机后出口压力调节的干扰。
混压调节就是控制高炉煤气的两道阀门。为了避免“瓶颈”，同样如上所述，也采用了一台软调节器控制2台电动调节阀的方式，减少对机后出口压力调节的干扰。
2．3加压机后压力(变频)调节
加 压机后压力是用户气源的主要质量指标之一，本回路为一定值单回路调节系统。其设定值为3．5kPa，当加压机后出口压力升高／降低时，增大／减小变频器的 输出频率。从而改变加压机的转速，以“变”求“稳”。在计算机和变频器上都设置了低运行频率，从而保证出口压不至于太低，也保证了自带油泵能够给出足够 的油压油量，以免烧坏轴瓦。这两个频率运行下限是保证加压机设备安全、用户正常生产的两道防线。本工程主要处理发电厂产生的混合污水(其中主要为电厂的工业污水和经过生物二级处理后的生活污水)，通过管道输送到调节水池。
　　　　控制水平：满足工艺要求的热备系统。系统可以实现全自动控制，要求通过可编程控制器和上位计算机实现。
　　系统范围：整个系统所有的设备、仪表、电机、阀门等控制对象。
　　
　　二、污水处理系统总要求
　　1．处理水量：Q≥400m³/h（其中工业污水：310 m³/h，生活污水：75 m³/h）
　　　2．含油 ： ≤300ppm
　　　3．供水方式：连续供水
　　　4．控制方式：全自动控制
　　
　　三、工艺流程
　　1． 污水处理工艺流程：
　　
　　 混凝剂
　　污水来水格栅调节池污水提升泵气浮池中间水池1污水提升泵
　　 混凝剂
　　澄清池中间水池2 污水提升泵无阀滤池清水池
　　2．污泥处理工艺流程：
　　脱水剂
　　气浮池、澄清池来污泥污泥池污泥提升泵污泥浓缩器污泥螺杆泵带式压滤机泥饼外运
　　
　　四、控制系统概述
　　1．自动控制系统
　　本污水处理工程的控制系统采用开放式的射线式结构，主要由MCC柜、西门子PLC及台湾研华工控机组成
MCC柜安装在废水车间里，上位机、PLC柜放在中央控制室内。MCC柜将动力回路连接到设备，在MCC柜上可以实现对所有控制对象的现场手动控制。PLC柜里安装了控制系统的核心部分---PLC（可编程控制器），能实现整个系统的全自动控制。上位机是工业级计算机，通过以太网交换机与PLC交换数据，实施系统的远程监视和控制功能。系统中的水箱液位，水泵压力 ，阀门位置，水泵运行、故障等信号，都通过控制电缆一一对应至PLC的输入端。其中电动阀门开、关到位，水泵运行、故障信号等为数字量，水箱液位、流量计等连续变量为4-20mA模拟量。全系统共设有298个数字输入点、44个模拟输入点、146个数字输出点、4个模拟输出点。
　　2．PLC控制系统
　　该系统的重要部分是PLC控制系统，它的好坏将关系到整个系统的成败，因此本系统的PLC主要选用的是西门子S7-400H系列模块，它是西门子提供的新冗余PLC，由于它是SIMATIC S7家族的一员，这意味着S7-400H拥有所有SIMATIC S7具有的先进性。（需要补充）
　　
　　根据工艺和业主的要求，PLC控制系统采用的是主、从站结构，由一个主站、三个从站和一个PC站（上位机）组成。用S7-400H系列模块做主站，S7-300系列模块作从站，主站通过PROFIBUS总线电缆和接口模块与从站通讯，这样的构架既保证了PLC系统的先进性又为用户节省了成本。主站是由一个支持冗余的底板和两套S7-400H系列电源模块、CPU模块、以太网模块组成，模块支持热插拔。从站是ET200M站，ET200M是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP分布式从站，ET200M从站由一个有源总线模板的导轨、2个IM153接口模块、若干块S7-300系列的模块（PS电源模块、I/O模块、CP通讯模块、FM功能模块）组成，从站的模块也支持热插拔。（需要补充）
　　
　　
　　2．1系统要求：
　　系统可利用率不低于 99.9%。
　　系统精度：输入信号为±0.1%(高电平), ±0.2%(低电平)；输出信号为±0.2%。
　　抗干扰能力：共模电压为250V；共模抑制比90dB；差模电压为60V；差摸抑制比为60dB。
　　数据库刷新周期≤1s。
　　CRT画面刷新周期≤1s(复杂画面≤2s)。
　　CRT画面及数据对键盘指令响时间≤1s。
　　从键盘发出操作指令到通道板输出或返回信号从通道板输入至CRT上显示的总时间为2.5s。
　　控制器工作周期，模拟量控制≤0.25s；开关量控制≤0.1s。
　　忙时，控制器CPU负荷率≤60% ，操作员站CPU负荷率≤40%。
　　内部存储器占用容量≤50%，外部存储器占用容量≤40%。
　　I/O点裕量为15%。I/O卡槽裕量为15%。
　　 PLC内部通讯总线的负荷率≤30%。
　　电气模拟量输入采样周期≤50ms, 非电气模拟量输入采样周期≤200ms，开关量采样周期≤100ms。
　　2．2硬件配置：
　　（1）配备有一个主机架，主机架上有电源模块 PS 407 10A 2块、CPU模块 CPU 414-4H 2块、以太网模块 CP 443-1 2块。CPU模块具有大型的程序存储容量，考虑了40%的备用量，存贮器采用闪存（FLASH RAM）技术；模块上有PROFIBUS-DP主/从接口，可以配置成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。过程控制、监视和用所需的故障诊断等，所有功能设置于可编程控制器内。这些功能包括下列内容: 实时钟和日历、继电器和锁存继电器、过渡触点、计时器、计数器、算术运算、逻辑功能、移位寄存器等。智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常，并记录错误和特殊系统事件。
　　 （2）接口模块采用IM153-2,共6块，用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接，可扩展多个机架，各机架之间的大距离为10米。
　　 （3）配备有三个机扩展机架，扩展机架上有电源模块、接口模块和信号模块，其中数字量输入模块11块、输出模块5块，模拟量输入模块7块、输出模块1块。数字量输入/输出模块能自动诊断无编码器电源、无内外部辅助电压、模块参数错误、看门狗错误、EPROM故障、过程报警信息丢失等；模拟量输入模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、共模故障、短线、测量范围溢出等故障；模拟量输出模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、对地短路等故障。