摘 要：本文重點(diǎn)介紹集散系統(tǒng)控制（DCS）在垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用，并對(duì)主要控制功能的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行詳細(xì)的敘述。
關(guān)鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電 集散系統(tǒng)控制（DCS） 工程師站 操作員站 以太網(wǎng)

Abstract:The application of DCS （distributed control system） in garbage treatment is introduced emphatically. The design method of the main control functions are discussed in detail.
Key words:Garbage treatment Distributed control system Engineering station Operator station Ethernet

1．引言

　　垃圾焚燒在國(guó)內(nèi)屬于新興的行業(yè)，伴隨著城市發(fā)展越來(lái)越受重視，當(dāng)前主要焚燒技術(shù)大多來(lái)源于歐洲技術(shù)。70年代初，垃圾焚燒技術(shù)不斷完善，同時(shí)不斷向大規(guī)模、全自動(dòng)化方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了日焚燒規(guī)模1000噸以上的大型焚燒廠，隨著焚燒規(guī)模向大型化，利用焚燒廢熱發(fā)電得以發(fā)展起來(lái)。廈門(mén)垃圾焚燒發(fā)電廠工程采用瑞士（VonRoll）公司橫向間隔排列的活動(dòng)式爐排焚燒技術(shù)，日處理垃圾量400噸，擁有2條焚燒生產(chǎn)線(xiàn)，配6MW純凝汽輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)垃圾發(fā)電廠工藝流程的特點(diǎn)，系統(tǒng)控制主要由集散控制系統(tǒng)（DCS）、焚燒爐燃燒控制系統(tǒng)（SIGMA）、啟動(dòng)燃燒器及輔助燃燒器系統(tǒng)、煙氣連續(xù)測(cè)量監(jiān)視系統(tǒng)、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（EST）、汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSl）、輔助車(chē)間控制系統(tǒng)（化學(xué)水及廢水處理控制系統(tǒng)、垃圾抓斗控制系統(tǒng)、除灰控制系統(tǒng)等） 、中低壓電氣及電視監(jiān)視系統(tǒng)等幾部分組成。

2．焚燒發(fā)電系統(tǒng)配置

2．1 DCS組成

　　廈門(mén)垃圾焚燒發(fā)電廠控制系統(tǒng)，全廠設(shè)置1套集散控制系統(tǒng)（DCS），集中操作與各工段分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子公司SIMATIC PCS7新型控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)控制由一臺(tái)工程師站、五臺(tái)操作站、一臺(tái)資料檔案站、五臺(tái)過(guò)程處理中心組成?？刂葡到y(tǒng)通信擁有現(xiàn)代高速的以太網(wǎng)（10/100LAN），冗余的通信設(shè)備，總的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)包括2條生產(chǎn)焚燒線(xiàn)、汽輪發(fā)電機(jī)、中低壓電氣系統(tǒng)及公用系統(tǒng)都有各自獨(dú)立的控制器，每個(gè)焚燒線(xiàn)安裝了7個(gè)遠(yuǎn)程I/O（輸入/輸出）站，一個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程I/O（輸入/輸出）站，一個(gè)遠(yuǎn)程I/O（輸入/輸出）站控制公用系統(tǒng)，中低壓電氣的信號(hào)單獨(dú)處理。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行操作、過(guò)程控制、事件報(bào)警、運(yùn)行聯(lián)鎖、安全保護(hù)，完成數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）和聯(lián)鎖保護(hù)（PRO）等系統(tǒng)功能。

2．2 DCS的I/O點(diǎn)數(shù)

　　系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)為2303點(diǎn)，系統(tǒng)實(shí)際容量為3100點(diǎn)。I/O點(diǎn)的數(shù)量分布如下：


3．DCS控制功能

3．1操作員站

　　數(shù)據(jù)采集和處理：定時(shí)采集全站生產(chǎn)過(guò)程輸入、輸出信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖量）經(jīng)濾波，檢出事故、故障、狀態(tài)信號(hào)和模擬信號(hào)參數(shù)變化，實(shí)時(shí)地更新數(shù)據(jù)庫(kù)，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。將自動(dòng)裝置的動(dòng)作按動(dòng)作順序記錄。模擬量設(shè)置上上限、上限、下限、下下限等幾個(gè)限值，當(dāng)測(cè)量值越限時(shí)發(fā)出報(bào)警。事件產(chǎn)生時(shí)，啟動(dòng)相關(guān)的事故追憶記錄，輸出事故前、后一段時(shí)間內(nèi)的模擬量值，追憶數(shù)據(jù)的測(cè)點(diǎn)和周期可定義。

　　控制操作：畫(huà)面顯示及流程顯示、控制調(diào)節(jié)、趨勢(shì)顯示、分級(jí)報(bào)警管理及實(shí)時(shí)和歷史顯示、報(bào)表管理和打印、操作記錄、運(yùn)行狀態(tài)顯示、在線(xiàn)參數(shù)組態(tài)設(shè)置、操作權(quán)限保護(hù)等功能?？刂浦袑?shí)現(xiàn)安全操作閉鎖功能。
　　事件報(bào)警：在系統(tǒng)發(fā)生事件或運(yùn)行設(shè)備工作異常進(jìn)行報(bào)警。
　　系統(tǒng)自診斷：監(jiān)控系統(tǒng)在線(xiàn)自診斷能力?？梢栽\斷出通訊通道、I/O模塊等故障，并進(jìn)行報(bào)警和在系統(tǒng)自診斷表中記錄。
　　系統(tǒng)維護(hù)：系統(tǒng)在線(xiàn)軟件自我監(jiān)控系統(tǒng)。

　　控制系統(tǒng)采用國(guó)際流行的上位機(jī)監(jiān)控方式，整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行操作和監(jiān)視全部在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。在上位機(jī)上不僅能顯示系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)程參數(shù)、報(bào)警等，在上位監(jiān)控中還對(duì)PLC、總線(xiàn)模塊等電源及通訊狀態(tài)進(jìn)行顯示，對(duì)重要I/O信號(hào)的故障狀態(tài)進(jìn)行顯示，方便故障的排除，還可以進(jìn)行各運(yùn)行方式的選擇和切換，進(jìn)行自動(dòng)程控操作，同時(shí)還具有模擬量參數(shù)顯示、棒狀圖顯示、聲光報(bào)警、打印制表等功能。

3．2 工程師站

　　提供一套臺(tái)式工程師站，用于程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面的編輯及修改。工程師站能調(diào)出任一已定義的系統(tǒng)顯示畫(huà)面，在工程師站上生成的任何顯示畫(huà)面和趨勢(shì)圖等，均能通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路加載到操作員站。

　　工程師站能通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路，既可調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)任一分散處理單元的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關(guān)數(shù)據(jù)，還可將組態(tài)數(shù)據(jù)從工程師站上下載到各分散處理單元和操作員站。此外，當(dāng)重新組態(tài)的數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，系統(tǒng)能自動(dòng)的刷新其內(nèi)存。

　　工程師站包括站用處理器、圖形處理器及能容納系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)庫(kù)、各種顯示和系統(tǒng)程序所需的主存儲(chǔ)器和外存設(shè)備。還提供系統(tǒng)趨勢(shì)顯示所需的歷史趨勢(shì)緩沖器。

　　工程師站設(shè)置軟件保護(hù)密碼，以防一般人員擅自改變控制策略、應(yīng)用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　工程師站兼有歷史數(shù)據(jù)站功能。

　　工程師站能支持光盤(pán)刻錄機(jī)等輔助設(shè)備。

　　工程師站能進(jìn)行性能計(jì)算、文件傳送等。

3．3以太網(wǎng)系統(tǒng)

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為下層控制網(wǎng)、上層管理網(wǎng)。下層控制網(wǎng)采用同軸屏敝電纜，適合歐洲Profibus標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)每個(gè)ET200M上的IM153－1通訊卡與AS417-2DP控制器互相連接，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、處理和控制器的冗余通訊，為Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)。上層管理網(wǎng)采用同軸電纜，適合歐洲Profibus標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)OS站、ES站和控制器上的CP443－5通訊卡相連接，滿(mǎn)足操作員站、工程師站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另一類(lèi)為采用同軸細(xì)纜，符合TCP/IP協(xié)議的管理以太網(wǎng)，通過(guò)OS站、ES站上的D-LINK網(wǎng)卡連接，主要實(shí)現(xiàn)工程師和工廠管理網(wǎng)之間文件管理。

3. 4過(guò)程處理中心

　　過(guò)程處理中心選型型號(hào)為AS417-4-2H。操作站利用CP1613與冗余軟件包相連，在出現(xiàn)故障時(shí)，容錯(cuò)通信自動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行。電源配有浪涌保護(hù)。

　　PLC系統(tǒng)能在高的電氣噪聲，無(wú)線(xiàn)電波干擾和振動(dòng)環(huán)境下連續(xù)正常運(yùn)行。所有在可編程控制器系統(tǒng)中的硬件能在環(huán)境溫度－10～50℃，相對(duì)濕度為5～95％的范圍內(nèi)連續(xù)正常運(yùn)行。
　　中央處理單元（CPU）設(shè)置足夠容量的存儲(chǔ)器。
　　當(dāng)CPU掉電后，不會(huì)導(dǎo)致程序或數(shù)據(jù)丟失。
　　過(guò)程控制、監(jiān)視和用所需的故障診斷等，其使用功能設(shè)置于可編程控制器內(nèi)。這些功能至少包括下列內(nèi)容：實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷、繼電器和鎖存繼電器、過(guò)渡觸點(diǎn)、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、算術(shù)運(yùn)算、邏輯功能、移位寄存器等。

3．5系統(tǒng)控制軟件

　　操作員站OS和工程師站ES均采用微軟英文版Windows ＮＴ Workstation Ｖ４.０作為操作系統(tǒng)，附加安裝版Package ３和Internet explorer ４.０，漢字處理采用中文之星For Windows NT V2.0，使得除工程師組態(tài)以外的所有信息、界面均實(shí)現(xiàn)漢化。

　　操作員站另加載了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL．等監(jiān)控軟件。在操作員站所加載軟件的基礎(chǔ)上，工程師站還加裝了SIMATIC STEP7 BASIS V4.0、CFC V4.0、S7-SCL V4.0、SFC V4.X 等組態(tài)功能軟件。除用于系統(tǒng)軟、硬件組態(tài)外，ES站具有與OS站完全相同的功能，可以兼做OS站，起到了降低用戶(hù)成本的作用。

4　結(jié)束語(yǔ)

　　垃圾焚燒發(fā)電的方式既可有效地解決垃圾污染問(wèn)題，又可實(shí)現(xiàn)能源再生，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全能滿(mǎn)足垃圾焚燒發(fā)電的需要，可靠有效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)將為垃圾焚燒發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證。

參考文獻(xiàn)：
1． 西門(mén)子公司SIMATIC PCS7 過(guò)程控制系統(tǒng)手冊(cè) 2000