西門子PLC在電站輔機控制網中的應用

摘 要：文章以電站輔機系統控制為背景進行探討，比較傳統的輔機控制系統，提出了取消三個獨立控制網，只構造一個電站集中控制網。通過對神華寧煤某動力站項目的輔控網設計，對此項目中運動的西門子PLC的功能、軟硬件配置、控制方式，網絡構成等進行了詳細介紹，并詳細闡述了西門子PLC在輔控網系統的應用。

關鍵詞：電站；西門子PLC；輔控網

1 概述

隨著工業自動化技術的發展，電站的機組容量也不斷擴大，當下機組均使用DCS分散控制系統。但與之配套的輔機控制水平卻遠遠落后， 輔機系統運行的好壞直接影響到鍋爐及汽機能否正常運轉。以往輔機系統設計一般按照輔機設備的功能“水”、“煤”、“灰”設立獨立的控制系統，取消一般的三個獨立的監控網，只構建一個電廠集中輔控網，才能滿足現在的控制要求，實現各輔助車間少人值班甚至無人值班，提供全廠的自動化水平。

2 工程描述

神華寧煤某動力站項目，包括4臺280t/h高壓循環流化床鍋爐，1臺50MW/h雙可調抽汽凝汽式汽輪機和1臺60MW發電機。神華寧煤某動力站輔控網系統主要由4臺鍋爐的輔助系統組成，采用SIMENS PLC系統。包括2套氣力除灰系統（S7-400冗余PLC系統）， 4套電袋除塵系統（S7-300PLC系統）、1套石灰石輸送系統（S7-300冗余PLC系統）、4套鍋爐吹灰器（S7-300PLC系統），共11套PLC系統構成。

2.1 輔機系統介紹

氣力除灰系統：電-布袋除塵器產生的飛灰由倉泵正壓濃相氣力輸送至貯灰庫。灰庫下設兩個卸料口，一個卸料口排放干灰，供干灰罐車裝干灰用；另一個卸料口排放濕灰，加攪拌機以供其他使用；灰庫運轉層設氣化槽。加氣化風機和空氣電加熱器可以將熱了的空氣進入灰庫的底部氣化斜槽內，通過斜槽的碳化硅氣化板而進入灰庫，使飛灰液態化并能快速流暢的排出。

電袋除塵系統：靜電除塵器與布袋除塵器組合即電袋復合。引風機帶入含塵空氣，先進入煙氣預處理室進行處理。處理后的含塵空氣經過高壓電場，通過陽極板和陰極線，一段時間后，通過高頻振打，灰塵有電袋收集80%-90%的粉塵。剩下的粉塵通過布袋，運用濾袋進行清灰。

石灰石輸送：為預防石灰石倉板結，在粉倉內部增加氣化裝置，采用羅茨風機作為氣源，通過電加熱器加熱后給氣化裝置供氣。當石灰石料位低時，通過下倉泵，將石灰石輸送至鍋爐前倉。

氣力吹灰：吹灰裝置考慮到循環流化床爐內高濃度的煙氣的磨損問題，鍋爐吹灰采用蒸汽吹灰。

2.2 網絡構成

輔控網是將上述控制系統通過以太網（多模光纜，冗余環網）將上述設備連接成一個統一的網絡平臺，在中央控制室設置2臺操作站，監控該網絡中的全部設備。氣力除灰設置PLC控制柜3面，石灰石輸送系統設置PLC控制柜2面，電袋除塵系統設置PLC控制柜4面。PLC控制設備采用西門子 S7-400H和S7-300H系列的PLC，采用現場工業總線實現主從分站之間的數據高速穩定的實施交換，極大的提高了整個系統的穩定性和可操作性。網絡拓撲圖如圖1。

2.3 控制方式

輔控網控制系統有兩種控制操作方式，即控制室集中控制操作和現場單機就地操作方式。集中控制作為主要的控制方式，現場單機就地操作方式主要用于設備的調試和維護。集中控制優先。輔機設備設備的控制納入中央控制室控制，實現在中央控制室完成對該系統的11套輔機設備的監控。除上述監控功能外，同時將輔機設備的全部信息通過Modbus通訊（冗余的RS485接口、Modbus從站）到DCS中。[1]

集中控制方式也可以分為“集中-手動”、“集中-自動”。“集中-手動”是指操作工在控制室操作操作鼠標對顯示器或者大屏幕上的組態畫面進行控制，啟動或者停止某臺設備。此操作方式可以在機組設備試運行時或者需要檢修時操作工能方便的操作。“集中-自動”是指通過組態畫面工藝流程，可以在工程師站投聯鎖或者摘聯鎖。這樣可以避免聯鎖關系影響下游設備運行。

現場就地操作，即現場設備附近設置就地操作控制箱，控制箱內設有啟、停按鈕，運行、報警燈等。通過“就地/遠傳”切換開關調至手動進行切換就地啟、停設備。就地操作，通常在單機調試時使用。

2.4 西門子PLC介紹

西門子 PCS7系列自動化產品，所有模塊都支持熱插拔，使系統維護簡單快捷。個機架上的熱備模塊通過光纜彼此相連，每個掃描周期，主CPU都要根據自身的I/O狀態表，通過熱備SIMATIC PLC S7-300H是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。S7-300H操作系統自動地處理數據的傳送，CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件。S7-400H帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。而且可以在PCS7中編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護，使整個系統極高的可靠性。LED狀態指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態，為快速檢修故障提供了極大方便。整個項目中采用系統雙機熱備、雙纜冗余形式，確保系統安全連續運行。特別是先進的雙機熱備系統，在兩個配置完全相同的主機架上分別插有熱備通訊模塊，兩模塊間的通訊，來更新備用CPU的I/O狀態表，將備用CPU始終與主CPU保持同步，通過熱備模塊更新備用機CPU的狀面接管過程控制，而且切換時間短。既節省節約成本，而且當PLC系統出現故障時，能最快的時間內啟用備用控制器恢復PLC系統正常運行。[2]

2.5 與DCS連接

輔控網提供1個RS485冗余Modbus通訊接口（2個Modbus從站通訊接口）與DCS通訊。如圖2所示。

考慮Modbus通訊數據較大，為DCS通訊采用光纜連接，因此在Modbus端口兩端分別配置1臺Modbus光電收發器。

輔控網的全部信息由2臺冗余的操作站“匯總”后通過Modbus從站傳遞到DCS，再由DCS上傳到全廠MIS系統。

2.6 電源配置

配有2 路交流220V UPS，1路市電。電源通過電力電纜接入輔控網的電源機柜中。2 路電源通過電路設計自動切換。切換后的電源送至交換機、打印機、操作員站等。市電供PLC機柜內部照明和風扇等使用。

2.7 硬件構成

本系統由2臺操作站，1臺以太網交換機，1套冗余的直流穩壓電源、9個光纜接線盒、36條多模光纖、2個RS485中繼器、輔助材料1套（空開、端子機柜等）、工業以太網電纜1套、多模光纜若干、Modbus通訊電纜若干等構成。

2.8 編程軟件

本系統采用西門子工程師站軟件PCS7進行組態， 除了具有常規功能外，還具有報警、系統診斷、歷史趨勢、參數設定、在線幫助等功能。如圖3列舉用PCS7軟件進行的組態畫面。

圖3 除灰系統畫面

3 結束語

用PLC實現輔控網集中控制具有結構簡單、編程方便、性能優越、靈活通用、使用方便、可靠性高、搞干擾能力強等一系列優點。如果受控對象是設備聯鎖、回路較少，運用PLC比較合適。PLC采用通用監控軟件，在設計企業的管理信息系統方面，更容易一些。隨著PLC控制技術的日益成熟完備，在電站輔機應用中取消一般的三個獨立的監控網，只構建一個集中輔控網。在本項目的應用已成功調試并開車。降低了發電生產成本，為企業取得更大更好的經濟效益奠定了堅實的基礎。通過對輔控網的應用我們可以體會到， 輔控網提高了自動化水平， 使輔助車間減員增效。使得以前不同輔機設備使用不同的PLC設計調試，不同的系統PLC組態畫面不統一等問題，在統一一個控制網后都得以解決。今后還將有更多輔機控制運用PLC加入到輔控網中。

參考文獻

[1]陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].化學工業出版社，2000，1.

[2]西門子公司. 西門子自動化與驅動集團PCS7培訓教材[M].2007.

作者簡介：李苑茹（1982-），女，遼寧鞍山人，2005年畢業于遼寧石油化工大學自動化專業，獲學士學位，2010年畢業于浙江工業大學，獲工程碩士學位，現就職于中石化寧波工程有限公司電控室，從事石油化工自動化設計工作，任工程師。