PCS 7在某某热电厂供暖热网改造中的应用

某热电厂共有3个200MW单元机组组成，加上2个小型发电机组，总装机容量达到650MW.整个电厂除了为油田生产提供电力保障外， 而且承担部分地区的冬季供暖任务及相应企业的生产用汽任务等。所以，整个电厂对自动化水平要求非常高，每个单元机组的控制都由西门子大型DCS来完成。 以前，电厂的供暖热网控制大多数是人工进行操作监视，只有少数的设备是由老型号的仪表进行自动化控制，所需要的人员多，维护费用高，供暖的温度不稳定，给人们的生活带来了不便。为了提高生产质量，节约成本，提高全厂的自动化水平，电厂决定对热网的控制系统进行改造。所需要的DCS系统一定要运行稳定，可靠性高，速度快，而且有很好的开放性与可扩展性，为以后扩容或与其它工艺段控制系统形成网络提供方便，完善全厂的MIS系统建设，使整个电厂的自动化水平达到同 行业的先进水平。 在我公司的推荐下，经过电厂考察论证，最终决定采用西门子的 PCS 7过程控制系统来实现本次改造。

一 系统介绍：

    热力网主要采用电厂汽轮机组的不同段抽汽来进行供暖与供汽。此电厂共三个单元机组，从各机组汽机中压缸的三抽段进行抽汽，主要为各厂提供生产用汽, 供汽温度低会影响生产质量，温度高又会形成能源的浪费，所以这里对温度控制要求比较严格，而且此处的抽汽也去推动2台小型的汽轮机发电，生产厂用电，提高的各个机组的效率。对本厂的生活区及各市区的供暖的主要是通过热交换来完成的， 即每个机组有2个热网加热器，汽机的六段抽汽在此加热已经进行过化学处理的水，然后通过8个大型的线路水泵将水供给管网，远程的各小区通过换热站，对来水进行减温减压，最后供给用户。由于沿途的的水耗，热网系统中还包括有补水系统。主要的设备有热网化学水除氧器，线路水泵，减温水泵，蔬水泵等设备。工艺流程见 (监控画面实例) 下图：

    此次控制系统采用的是冗余的CPU-414H控制器，分布式I/O，而且多处应用了现 场总线的方式，通过DP/PA LINK将SIPART PS2阀门定位器连接进现场总线系统，通 过SIMATIC PDM软件可以直接对设备进行调试，大大的节省了系统开车时间。

二 控制系统构成

1.  硬件配置      

    系统上位机包括有一台工程师站(ES)，三台操作员站(OS)。工程师站安放在热 网控制室，主要的功能是对整个系统进行组态，在工程师站上即可以完成控制器代 码编程，也可以对OS站的画面进行编辑，通过PDM软件还可以对就地阀门定位器进 行参数设置。每个单元机组的中央控制室个安放一台操作员站，各操做站分别控制 与自己机组有关的设备，监视过程报警，确认报警等功能。由于各单元中央控制室 距离比较远，约200M，所以上位机的网络采用容余的光纤以太网络,网络连接器为 OLM.ES与OS站都插有CP1613工业以太网卡. 为了提高系统的可靠性，热网采用冗余 CPU-414H控制器,工作内存786K，扫描周期最小5ms，主从CPU切换时间5ms。 采用 PS405冗余24V电源。 通讯卡件为CP443-1，通讯速率为100M bps。

此控制系统有AI-134点，RTD-31点，AO-15点，DI-313点，DO-332点。 共用 I/O卡件AI8通道16块，AI RTD 8通道4块，AO4通道4快，DI32通道16块，DO32点16 块。 为了模件的安全，大多数采集通道都经过德国进口隔离器进行隔离，DO通道 也是通过中间继电器进行隔离。 热网除氧器的进汽与进水阀为气动门，采用了 SIPART PS2阀们定位器，由于比较集中，而且支持PA行规,这样就可以通过IM157转 接入DP总线，这样节省了很多过程电缆，也节省了调试时间,现场总线更突出的体 现是此次系统中的一个距离5公里的阀门间，所有的I/O点都通过远程I/O站 （ET200M）接入系统.中间只需要PROFIBUS电缆即可，距离比较远，而且为了防干 扰，中间加入中继器。

2.  系统结构

系统很好的反映了全集成的自动化概念 （TIA），上位机的网络为工业以太网，除了数据开放性比较好外，对系统的扩展 也很方便，与以后即将改造的化学水处理DCS，输煤程控系统，除灰程控系统，都 可以很容易的连接，而当前运行的热网系统不需要停机。最后可以建立中央控制 站，以及生产信息站（MIS）。 现场总线系统的应用使系统的灵活性提高，充分的 体现PCS 7过程控制系统的分布式I/O的特性。下图为PCS 7过程控制系统网络结构图：

三 控制系统完成的功能    

PCS 7控制系统主要完成热网监控功能： 模拟量的采集与监视功能（DAS） 过 程数据的曲线显示，数据报表。 阀门，泵等设备的顺序控制（SCA） 主要工艺参 数的PID控制功能（MCS） 设备操作,状态监视,故障报警处理和记录. PCS 7采用图 形化的CFC，SFC编程，可以很容易的完成上述功能，PCS7 CPU-414H控制器与S7400系列的区别是自身已经固化好了处理模拟量和开关量的系统功能块，并且程序 的执行方式为中断方式，而不是循环扫描OB1，响应速度更快，控制性能更好。功 能块库中的CONTROL-PID，MOTOR，VALVE等功能块使系统组态更加方便，只需要连 接输入与输出的I/O管脚就完成设备操作的组态。强大的软件PID功能，更可以实现 多种控制方式。 PCS 7系统的操作画面编辑系统仍然采用了功能强大，操作灵活的 WinCC监控软件，它的开放性与灵活性为工程人员提供了很多的开发应用手段，也 为操作人员提供了形象的画面，方便的操作面板。