西门子(乌鲁木齐)PLC代理商

根据上述脱硫系统的特点，整个控制系统也划分三个子系统，共采用三对西门子电气公司的西门子系列PLC300系列控制器组成冗余的控制系统和网络，控制器通过西门子系列N以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站，采用双机热备运行方式。附图为脱硫系统网络结构图。

脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流，从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有：锅炉的负荷、锅炉油枪工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有：旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行，所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。

#1炉和#2炉设备是相对独立的，它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统，#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护，这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输，从而节省了重复的IO电缆铺设费用。

脱硫DCS系统主要实现的功能有：数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），组态软件和顺序控制系统（SCS）。

（1）数据采集系统（DAS）

数据采集系统按所选定的数据采集前端设备的采样速率，周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示，作为运行人员监视和操作现场设备的依据。

数据采集系统的基本功能有：数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。

数据采集系统首先是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态，然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后，将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的核心，脱硫DCS系统拥有两个数据库：一个是控制器数据库，另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接，按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化，并同时对上位机数据库与画面显示进行更新。

（2）模拟量控制系统（MCS）

模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能，脱硫控制系统的主要闭环调节回路有：增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节，还有公用系统中的滤饼厚度调节等。

● 增压风机入口压力调节

增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值，测量实际运行的压力，然后进行比较得出偏差，偏差经过控制算法计算，得出调节量作用在增压风机的调节导叶上，使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。

增压风机入口压力闭环调节控制算法通常是PID调节，这是因为PID算法简单而且能够满足工程的要求。为了提高压力调节的响应速度，将锅炉负荷作为前馈量引入到调节中，从而缩短了调节时间和减小了超调量。

● 吸收塔液位自动调节

高温烟气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水，使得浆液变稠，脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水，通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行补充。除雾器冲洗系统由32个电磁阀组成，每组8个，共四组。它们是按一定的顺序轮流开关，两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节。

在所能参考的资料中还没有的吸收塔液位与烟气流量关系的数学模型，根据热力学原理，由进入吸收塔内的烟气流量及其在塔内的热量交换可以计算出蒸发与饱和作用带走的水量率，假定吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间为常数，只要烟气所带走的水量率按时间作积分所得的值等于每次冲洗所能补充的水量时，则进行冲洗。由此得到了吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔，它随着烟气流入量的波动而变化。

在弘电项目的吸收塔液位调节算法中，增加了一个阈函数，意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。其基本原理是当吸收塔液位偏差的值大于预先设定的阈值时，吸收塔调节时间将乘以一个惩罚系数，促使调节往收敛方向加速发展。惩罚系数可以是偏差函数或者是常数，在弘电的脱硫系统中，液位偏差落在偏差阈值内时，惩罚系数为1，当出现正偏差并超出阈值时，惩罚系数可取为大于零而小于1的数值，这样就能减少除雾器冲洗门两次冲洗的等待时间；当出现负偏差并超出阈值时，可将惩罚系数取为大于1的数值，从而延长冲洗间隔时间，添加了惩罚系数能使控制效果得到更好的改善。

● 石灰石供浆流量调节

石灰石供浆流量调节的目的在于调节吸收塔内的pH值，使烟气与石灰石浆液在适合的pH值下发生化学反应，这是保证脱硫质量的关键之处。

采用普通的PID控制时，由于pH值具有较大的滞后，控制效果并不理想。考虑到影响吸收塔pH值的主要因数是烟气中的硫元素与浆液中的钙元素的摩尔比，因此在弘电脱硫系统中使用了串级PID控制的思想。引入了硫钙比闭环调节的石灰石供浆流量调节后使得系统的反应速度和超调量等都有了较大的改善。

硫元素和钙元素的摩尔比不能直接测出，只能经过间接的方式求出。脱硫系统安装有原烟气分析仪和烟气差压计，经过流体力学中的伯努利方程计算可以粗略得到烟气的流量值，进一步算出硫的摩尔数，将主控回路中的输出作为修正系数算出与硫摩尔数对应的钙摩尔数，根据现场安装的石灰石浆液密度和供浆流量算出钙的摩尔数，比较得出偏差，经副控回路计算后作用在供浆调节阀上。

● 滤饼厚度调节

石膏浆经过旋流后，底流将输送到真空皮带进行真空脱水，为了保证脱水效果，滤饼厚度要控制在一定的范围之内。滤饼的厚度往往容易受到底流浆液密度和流量变化的干扰，因此通过设立一个滤饼厚度调节降低操作人员手动介入操作的频率，降低操作人员的劳动强度。

滤饼厚度调节是通过测量滤饼的厚度与工艺设定值做比较，进行偏差抑制的PID运算，得到的输出作用在真空皮带的变频器上，以达到运行的期望。其原理比较简单，采用常规的PID算法即可。实际南通弘电石膏滤饼厚度测量仪表安装位置不当，造成了极为严重的滞后，采用常规PID算法会出现不稳定的效果。为此，在工程中应用了其他的控制方法，譬如适当延长PID调节的采样周期或者采用智能控制方法，都可以使系统稳定在一定范围之内，效果有了较大的提高。

（3）组态软件的选择

在众多的组态软件中，常见的组态软件有wincc、ifix、intoch和国内开发的组态软件组态王等。其软件各种开发功能各有千秋。其中IFIX软件是美国的工控组态软件，在美国工控软件中销量。IFIX软件适用于各种PLC, 例如支持西门子200300400, 三菱A系列，Fx系列;莫迪康，GE等。支持各种工控板卡，RS_232，RS_485，honywell公司R_150，R_160，S9000，各种智能变送器。也可用于工业控制管理网络。IFIX是一个软件系统。其核心部分提供了各种基本功能，这些功能使得应用程序可以执行指定的任务。其中两个基本的功能是数据采集和数据处理。IFix提供了大量的高性能IO驱动器。这些驱动器具有查错、报告、恢复、内置数据报告以及支持冗余通讯。IFIX软件还支持DDE服务器。IFix提供畅销和特殊的IO设备的各种IO驱动程序，由于每个IO驱动支持特定的硬件，因此每个IO驱动由各自的手册介绍。IFIX软件是真正32位软件,支持bbbbbbSNTbbbbbbS2000。IFIX软件具有强大的网络功能,支持NetbiosTcpip。 IFIX软件支持200多种国内外PLC,DCS, IO板卡产品,可为产品定做驱动程序。

● IFIX软件采用DLL通讯方式，采样速度更快，可靠性更高；
● IFIX软件具有强大的ODBC技术，支持Oracle， Sybase，FoxPro等关系数据库；
● IFIX增加了OPC功能(OLE方式的IO设备驱动程序接口)；
● IFIX内嵌VBA, 以及双机热冗余功能。

采用那种组态软件并不重要，关键是利用软件实现工程设计中的控制思想和控制模式。IFIX软件有这么多优点，把它作为自控系统的开发软件是的选择之一。

（4）顺序控制系统（SCS）

顺序控制系统（SCS）可以使操作人员在控制室内监视和控制脱硫系统的所有电机、阀门，并实现设备的连锁及保护。顺序控制系统（SCS）能完成大量设备的高度智能化控制，它将设备按功能相关原则归组和划分为功能组和功能子组，按照所编写的程序一步一步执行下去，从而减少了操作人员的手动介入，降低了操作人员的劳动强度和误操作风险。

系统中的任一种设备或功能组都可以抽象为一个函数模块。根据设备的不同，其函数模块也会表现为形式参数、内部条件判断和输出的不同。

函数模块一般都包括以下形式参数操作员输入指令;自动控制输入指令;保护连锁输入指令;各种指令屏蔽条件;指令互锁;设备状态反馈。

函数内部条件判断是编程人员依据工艺的要求编写的判断程序,以保证各种指令按照人们的期望执行下去。

输出则是输入经过内部判断所希望得出的结果，譬如说某电机或功能组具有自动控制ON指令输入并且内部条件判断满足，则输出为电机或功能组启动。

脱硫系统的主要顺序控制组有：烟道系统、挡板密封风机、气气换热器、净化风机、增压风机、吸收塔系统、石灰石浆液泵、循环浆泵、除雾器、石膏排出泵、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水系统、工艺水泵、废水处理系统和石灰石输送及制浆系统等。

每个单元的热工保护直接在各个单元控制器中实现，它们作为设备函数模块的保护参数输入驱动设备。一些参与保护的重要模拟量的采用三取二的表决原则或采用双重测量方式，以保证系统运行的可靠性。由于旁路挡板在脱硫系统中的特殊地位，在远程操作站上专门设有紧急开启按钮，直接通过硬接线操作旁路挡板和向DCS控制系统发送紧急开启信号。

4、分析及讨论

弘电脱硫系统#1炉单元和公用系统已投运，#2炉单元也将在年底投运。由#1炉实际运行效果来看，采用西门子系列PLC控制后大大降低了操作人员的劳动强度和系统运行的可靠性与连续性，完全能够实现大型DCS控制系统的功能，并且它们的运算处理时间相差并不大，而在成本与开放性上PLC比DCS有较大的优势。自控系统是烟气脱硫工程的神经中枢，是有机地把脱硫工艺和工业自动化系统结合起来，达到大脱硫效果。自控系统的好坏直接决定了脱硫工程项目实施的成败，国内烟气脱硫项目在工程施工和调试阶段暴露很多问题，而这些问题直接的原因是自控系统的设计不合理。脱硫工艺有上百种，只有把脱硫工艺和自动化系统有机的结合起来，才能发挥大的效益；当两者结合到一起时也带来了许多技术方面和工程方面的难题，值得国内业界同行的思考和探索。

1.故障现象
据值班电工反映，系统电源指示灯POWER亮，正常操作外部开关、按按钮时，CPU面板上ERROR报警指示灯亮，外部输出切断，当时刚好上午准备下班。下开机时，从CPU内部冒出一股浓烟，此时，PC交流电压为247V左右。
2.故障分析及处理
当PC控制出现下列优先级错误时会引起CPU停机：CPU WAIT’ G(CPU等待)、MEMORYERR（存储器错误）、NO END INST（无结束语句）、I/O BUS ERR（I/O总线错误）、I/O SET ERR（I/O设置错误）、I/O UNIT ERR（I/O单元错误）、SYS FAIL FALS（系统出错）等。
用编程器读出出错信息如下：COU WAIT’G、MEMORY ERR。拆下该CPU，经查看内部线路，发现CPU内部电源部分一集成件SI-9510A已炸开，显然，CPU不能运行。可能原因是当时电源电压高于OMRON产品给定电压高值(240Va.c)7V左右或该集成件本身质量欠佳造成的。更换同型号CPU，ERROR红灯仍亮，系统不能启动，用编程器读出的出错信息依然如故。
为了防止意外和查看问题方便，我们将备用的存贮器换上，因其RAM中无用户程序。此时，能引发CPU等待的错误主要有两个方面：特殊I/O单元等待及扩展I/O单元等待。首先，我们查看了扩展单元的各部分，其电源供给正常，发现连接电缆插头松动，插好，试机，PCCPU依然停机，但无存贮器错误显示。由于系统未进行I/O地址登记，为查找原因方便，将扩展机架“离线”操作，直接检查主板特殊单元。存贮器中RAM为空白，只要拆下坏的模板后，CPU就应运行，其RUN指示灯亮（编程器置RUN或MONIT状态）。当拆下主板上OD215模板后，RUN亮，将备用的OD215进行状态设置，替换后也亮。此时，再将原来的存贮器换上，结果编程器上蜂鸣器马上声响，又出现MEMORYERR出错信息，可见存贮器也被烧坏。只能用备用的存贮器，重新输入原始用户程序，分段检查、试车，后全部重新试车，系统正常，交付使用。
直此，笔者认为引起这次停机故障的可能原因是特殊I/O单元OD215损坏，又由于偶然因素如电压偏高，使CPU烧坏及存贮器损坏。
3.体会
（1）PC控制系统设计时，其电源的稳压设计必须引起重视，以满足当地电压波动范围适合PC规范要求，为此，我们正着手改进原电源线路
（2）程序需备份。设计者一般均有程序备份，用户手中也必须有正确的程序清单。
（3）平时应当注意何处可以购买到备件，以便及时修复机器。