一、項目介紹

1. 公(gong)司(si)的業(ye)務范圍主要(yao)致力于國(guo)內外環保產業(ye)的BOT 模(mo)式建設投資，主要(yao)包括(kuo)城市生活垃(la)圾（工(gong)業(ye)危(wei)險(xian)廢物）焚燒(shao)發電廠、城市醫療(liao)垃(la)圾、城市污水處(chu)(chu)理廠的投資建設，公(gong)司(si)下屬(shu)電氣自控工(gong)程(cheng)技術(shu)部，主要(yao)從事項(xiang)(xiang)目(mu)整套電氣和(he)(he)自控系(xi)統(tong)的設計、選型和(he)(he)編(bian)程(cheng)調試工(gong)作(zuo)；從“深圳市醫療(liao)廢物處(chu)(chu)置中(zhong)心(xin)”項(xiang)(xiang)目(mu)設計使用S7-300軟冗余系(xi)統(tong)作(zuo)為主控制(zhi)系(xi)統(tong)；醫療(liao)垃(la)圾處(chu)(chu)理項(xiang)(xiang)目(mu)作(zuo)為我國(guo)近幾(ji)年來的重(zhong)點項(xiang)(xiang)目(mu)，國(guo)家環保總局非(fei)常重(zhong)視(shi)，對(dui)主體設備(bei)和(he)(he)自控系(xi)統(tong)的要(yao)求也非(fei)常高。

2.本系(xi)(xi)統(tong)主要(yao)是通(tong)過(guo)(guo)檢測(ce)現場(chang)煙(yan)氣溫度(du)和(he)壓力，通(tong)過(guo)(guo)控制(zhi)(zhi)調節風機、水(shui)泵以及加藥裝置的(de)頻率和(he)控制(zhi)(zhi)開(kai)關，從而達(da)到控制(zhi)(zhi)煙(yan)氣溫度(du)和(he)含量的(de)目的(de)；通(tong)過(guo)(guo)西門(men)子S7-300系(xi)(xi)列PLC通(tong)過(guo)(guo)采集和(he)控制(zhi)(zhi)模塊(kuai)對設備(bei)和(he)現場(chang)儀表進行(xing)采集和(he)控制(zhi)(zhi)，并(bing)把(ba)信(xin)號通(tong)過(guo)(guo)底版(ban)總線與CPU處理(li)器(qi)傳輸(shu)，由CPU處理(li)器(qi)完(wan)成處理(li)后，再(zai)通(tong)過(guo)(guo)以太網與工控機連接；本系(xi)(xi)統(tong)有(you)兩(liang)套完(wan)全獨(du)立(li)的(de)CPU處理(li)系(xi)(xi)統(tong)，通(tong)過(guo)(guo)IM153-2 分(fen)別與遠程的(de)I/O模塊(kuai)通(tong)過(guo)(guo)PROFIBUS總線通(tong)訊，當(dang)一套發(fa)生故(gu)障時，備(bei)用(yong)系(xi)(xi)統(tong)自(zi)動投(tou)入(ru)運行(xing)；

當PLC把數據(ju)傳送到工(gong)控(kong)機后，通過組(zu)態軟件進行編程和組(zu)態，把數據(ju)顯示在屏幕(mu)上，并在屏幕(mu)上制(zhi)作(zuo)操作(zuo)開關對現場(chang)設備進行遠程控(kong)制(zhi)；并同時自動把數據(ju)轉換為(wei)OPC的(de)數據(ju)傳輸格式，把需要顯示的(de)數據(ju)傳送給模擬屏。

3.工廠外貌圖片

工廠外貌圖片

二、系統介紹

1. 項目簡單工藝主(zhu)要針對城市醫(yi)療垃(la)圾(ji)進行(xing)(xing)處理，醫(yi)療垃(la)圾(ji)收運(yun)(yun)后運(yun)(yun)到處置中心(xin)進行(xing)(xing)焚(fen)燒(shao)處理，垃(la)圾(ji)首先進入焚(fen)燒(shao)爐和二燃室進行(xing)(xing)配風焚(fen)燒(shao)，焚(fen)燒(shao)后的煙(yan)(yan)氣(qi)通過鍋爐進行(xing)(xing)降溫、除酸噴霧塔和布袋除塵(chen)器進行(xing)(xing)除酸和除塵(chen)，然后通過35米煙(yan)(yan)囪直接排放；鍋爐產生(sheng)的蒸汽用(yong)(yong)于(yu)發(fa)電(dian)或其它用(yong)(yong)途，本自控系(xi)統主(zhu)要控制(zhi)垃(la)圾(ji)燃燒(shao)后產生(sheng)的煙(yan)(yan)氣(qi)溫度和煙(yan)(yan)氣(qi)成本含量，保(bao)證減少二次(ci)污染(ran)。

2. 本(ben)項目主要(yao)使用西門(men)子(zi)公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模塊選型如下：

中央處(chu)理器模塊 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2塊，工作存儲器128KB；

電源(yuan)模塊6ES7307-1EA00-0AA0 2塊給CPU供電；

通(tong)訊模塊(kuai)6GK7343-1EX20-0XE0 2塊(kuai)與計(ji)算機(ji)進行網絡通(tong)訊并(bing)進行兩個CPU之間的冗余通(tong)訊；

接口模塊6ES7153-2AA02-0XB0 2塊進(jin)行PROFIBUS遠程I/O通訊和系統冗(rong)余通訊；

電(dian)源模塊6EP1333-2AA00 2塊給ET200供電(dian)；

DI數(shu)字量輸入模塊6ES7321-1BL00-0AA0 5塊 采集現(xian)場(chang)設備的運轉及故障狀態(tai)；

DO數字量輸出模塊6ES7322-1BL00-0AA0 3塊控制(zhi)現場設(she)備的(de)啟停；

AI模擬量輸入模塊(kuai)6ES7331-7KF02-0AB0 2塊(kuai)采集現場設備(bei)的(de)壓力、流(liu)量、煙氣成分含量以及(ji)風機和加藥(yao)泵的(de)頻率信號；

TC熱電偶輸(shu)入模塊(kuai)6ES7331-7PF10-0AB02塊(kuai) 采集1000度以(yi)上的(de)煙氣和(he)蒸(zheng)汽溫度信號；

 RTD熱(re)電阻輸入(ru)模塊(kuai)(kuai)6ES7331-7PF00-0AB02塊(kuai)(kuai)采集1000度(du)以下的煙氣和蒸汽(qi)溫度(du)信號

AO模(mo)擬(ni)量輸出(chu)模(mo)塊6ES7332-5HF00-0AB02塊通(tong)過(guo)程序的(de)PID自動調節控制(zhi)風機和加(jia)藥裝置(zhi)的(de)頻率；

三、控制系統構成

1．本項目(mu)的硬(ying)件(jian)設(she)備(bei)(bei)主要分(fen)(fen)為三個(ge)大部(bu)分(fen)(fen)：PLC部(bu)分(fen)(fen)、現(xian)場(chang)設(she)備(bei)(bei)以及(ji)模(mo)擬屏部(bu)分(fen)(fen)，主要系統結構選用(yong)標準拓撲式結構，現(xian)場(chang)儀(yi)表(biao)和設(she)備(bei)(bei)采集數(shu)據(ju)連(lian)接(jie)(jie)到PLC的輸入模(mo)塊、并(bing)接(jie)(jie)收PLC的命(ming)令(ling)(ling)對現(xian)場(chang)設(she)備(bei)(bei)進(jin)(jin)行(xing)控制(zhi)和調(diao)節(jie)；PLC接(jie)(jie)收現(xian)場(chang)設(she)備(bei)(bei)的數(shu)據(ju)傳(chuan)輸給計算(suan)機(ji)并(bing)傳(chuan)誦計算(suan)機(ji)下(xia)達的控制(zhi)命(ming)令(ling)(ling)，并(bing)內(nei)部(bu)通過強大的內(nei)部(bu)運(yun)算(suan)國內(nei)進(jin)(jin)行(xing)PID自動調(diao)節(jie)，具(ju)體(ti)組(zu)成(cheng)和選型依據(ju)如下(xia)：

PLC 選用(yong)西門(men)子的(de)S7-300系列PLC，設(she)計為(wei)軟冗(rong)(rong)余系統，PLC本體與(yu)遠程(cheng)I/O通訊(xun)(xun)(xun)為(wei)PROFIBUS 協議的(de)串口通訊(xun)(xun)(xun)，PLC與(yu)計算機(ji)(ji)采(cai)用(yong)以(yi)太(tai)網，并以(yi)以(yi)太(tai)網作為(wei)冗(rong)(rong)余網絡；中(zhong)控室計劃設(she)計為(wei)兩臺工業(ye)計算機(ji)(ji)模擬(ni)屏(ping)等設(she)備，與(yu)計算機(ji)(ji)的(de)通訊(xun)(xun)(xun)采(cai)用(yong)RS232直(zhi)接串口通訊(xun)(xun)(xun)，軟件選用(yong)WINCC.0組態軟件。

現場采集和顯示控制(zhi)設(she)備，基本選(xuan)用(yong)國產(chan)元件，一般選(xuan)用(yong)的測(ce)量1200度(du)以(yi)上的溫度(du)S分度(du)熱(re)電(dian)偶，1200度(du)以(yi)下500度(du)以(yi)上用(yong)S分度(du)熱(re)電(dian)偶，500度(du)以(yi)下用(yong)PT100熱(re)電(dian)阻(zu)測(ce)量，直(zhi)接與相應的PLC模(mo)塊(kuai)連接，不需要任何的變(bian)(bian)送器(qi)元件；壓力選(xuan)用(yong)壓力差壓變(bian)(bian)送器(qi)把(ba)壓力信號變(bian)(bian)成4-20mA的標(biao)準信號送到AI模(mo)塊(kuai)；電(dian)機(ji)的轉速通(tong)過變(bian)(bian)頻器(qi)調節(jie)，頻率(lv)信號通(tong)過AI 模(mo)塊(kuai)輸入(ru)(ru)，頻率(lv)的設(she)定(ding)通(tong)過AO 模(mo)塊(kuai)輸出4-20mA的標(biao)準信號進行控制(zhi)，啟停控制(zhi)通(tong)過DO模(mo)塊(kuai)控制(zhi)，設(she)備狀態信號通(tong)過DI模(mo)塊(kuai)輸入(ru)(ru)。

2．附加系統(tong)設備主要有(you)變(bian)頻器(qi)(qi)、壓力變(bian)送(song)器(qi)(qi)、溫(wen)度(du)傳感器(qi)(qi)、智能儀表(biao)和(he)控制(zhi)繼電器(qi)(qi)等，大(da)部(bu)分設備與PLC之(zhi)間全(quan)部(bu)采用硬(ying)連(lian)接，硬(ying)件(jian)配置(zhi)及(ji)網(wang)絡結構見下圖：

3.多(duo)種方案的比(bi)較

過(guo)(guo)于系(xi)統(tong)選型方案的(de)比較，由(you)于以(yi)前工程的(de)冗(rong)余控制系(xi)統(tong)一直使用國(guo)內(nei)的(de)DCS系(xi)統(tong)或者PLC的(de)硬(ying)冗(rong)余系(xi)統(tong)，但從使用效果以(yi)及造價(jia)(jia)成(cheng)本(ben)方面考慮，國(guo)外DCS系(xi)統(tong)價(jia)(jia)格(ge)(ge)非常昂貴，國(guo)內(nei)DCS系(xi)統(tong)又(you)不是特別穩定；用PLC硬(ying)冗(rong)余系(xi)統(tong)也存(cun)在價(jia)(jia)格(ge)(ge)比較貴的(de)原因；通(tong)過(guo)(guo)比較，決定用價(jia)(jia)格(ge)(ge)相對便(bian)宜(yi)而(er)性能(neng)又(you)比較穩定的(de)西門子軟冗(rong)余系(xi)統(tong)嘗試使用。

四、控制系統完成功能

1．本系統的主要(yao)工作分以下幾個方面(mian)：

軟冗(rong)余功能的完成

軟(ruan)件冗(rong)(rong)余(yu)是西門(men)子公(gong)司實現(xian)冗(rong)(rong)余(yu)功能(neng)的(de)一種低成(cheng)本解決方(fang)案(an),可以(yi)應(ying)用于對(dui)主備(bei)(bei)系(xi)統切換時(shi)間要求不(bu)高的(de)控制系(xi)統中，節約成(cheng)本。但在垃圾焚燒項目中對(dui)設備(bei)(bei)的(de)控制要求非常嚴格，也就是說控制設備(bei)(bei)在冗(rong)(rong)余(yu)切換中絕(jue)(jue)對(dui)不(bu)能(neng)斷(duan)開(kai)，所(suo)以(yi)本人根據西門(men)子公(gong)司的(de)軟(ruan)冗(rong)(rong)余(yu)手冊進行調試和編程，最后效(xiao)果非常好(hao)，絕(jue)(jue)對(dui)不(bu)會出現(xian)切換設備(bei)(bei)中斷(duan)的(de)現(xian)象，所(suo)以(yi)給(gei)下面的(de)工作帶(dai)來了巨大(da)信(xin)心，具體調試過程在西門(men)子的(de)“軟(ruan)冗(rong)(rong)余(yu)文(wen)章”全部有描述，在此不(bu)做(zuo)過多的(de)描述。

控制(zhi)功能的完成(cheng)

本系(xi)統的自(zi)動控制功能(neng)主要分(fen)以下幾(ji)個(ge)部分(fen)：

一次風機(ji)、二次風機(ji)以及(ji)引(yin)風機(ji)的(de)聯(lian)動控制

在(zai)(zai)本系統中(zhong)，焚燒系統的(de)焚燒爐體轉(zhuan)(zhuan)動(dong)的(de)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)、加料電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)、一(yi)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)、二(er)(er)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)以(yi)及(ji)(ji)引風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)的(de)運轉(zhuan)(zhuan)頻(pin)率(lv)全部聯(lian)動(dong)控制(zhi)；當(dang)引風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)開(kai)(kai)啟后，一(yi)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)、二(er)(er)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)才能(neng)開(kai)(kai)啟，根據溫度(du)(du)(du)(du)(du)和煙(yan)(yan)氣(qi)的(de)氧氣(qi)含(han)量(liang)(liang)控制(zhi)爐體轉(zhuan)(zhuan)動(dong)的(de)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)、加料電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)、一(yi)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)、二(er)(er)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)的(de)頻(pin)率(lv)進(jin)行調速(su)(su)控制(zhi)，直接(jie)利用STEP 7的(de)PID 模塊，直接(jie)可通過DB 模塊直接(jie)設(she)(she)定設(she)(she)定值以(yi)及(ji)(ji)積分時(shi)(shi)(shi)間，非常簡便(bian)；一(yi)燃(ran)(ran)室的(de)煙(yan)(yan)氣(qi)溫度(du)(du)(du)(du)(du)控制(zhi)到(dao)850度(du)(du)(du)(du)(du)，二(er)(er)燃(ran)(ran)室的(de)煙(yan)(yan)氣(qi)溫度(du)(du)(du)(du)(du)控制(zhi)到(dao)1200度(du)(du)(du)(du)(du)，使(shi)之(zhi)不(bu)產生二(er)(er)惡英；一(yi)燃(ran)(ran)室溫度(du)(du)(du)(du)(du)過高時(shi)(shi)(shi)增(zeng)大進(jin)料電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)，同(tong)時(shi)(shi)(shi)減(jian)(jian)小一(yi)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)，同(tong)時(shi)(shi)(shi)要(yao)(yao)保證煙(yan)(yan)氣(qi)的(de)氧氣(qi)含(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)19-21之(zhi)間，反(fan)之(zhi)亦(yi)然(ran)；二(er)(er)燃(ran)(ran)室溫度(du)(du)(du)(du)(du)過高時(shi)(shi)(shi)增(zeng)減(jian)(jian)小一(yi)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)，同(tong)時(shi)(shi)(shi)增(zeng)加二(er)(er)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)，同(tong)時(shi)(shi)(shi)要(yao)(yao)保證煙(yan)(yan)氣(qi)的(de)氧氣(qi)含(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)19-21之(zhi)間，反(fan)之(zhi)亦(yi)然(ran)；并且在(zai)(zai)控制(zhi)一(yi)二(er)(er)次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)時(shi)(shi)(shi)候，必須自動(dong)調節(jie)引風(feng)(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)(du)，保證煙(yan)(yan)道壓力(li)保證在(zai)(zai)-150PA左右。

堿液站的自動控制

在除酸(suan)噴霧塔中需要噴灑堿(jian)液以保證煙氣的酸(suan)堿(jian)度，同(tong)上面(mian)一(yi)樣直接利用STEP 7的PID 模塊，直接可(ke)通(tong)過DB 模塊直接設定設定值(zhi)以及積分時(shi)間，非常簡便；

布(bu)袋除(chu)塵器的自動控(kong)制

設定溫度(du)值，利(li)用(yong)PLC 內部的比較指令，溫度(du)范圍(wei)在(zai)130-190度(du)之間(jian)時，啟(qi)動布袋除塵器，超出范圍(wei)時，通過PLC程序啟(qi)動旁通閥(fa)，保護(hu)布袋。

鍋(guo)爐給水自動控制(zhi)

鍋(guo)(guo)爐(lu)汽包水(shui)位(wei)(wei)是確保(bao)安全生產和維護正常供汽的(de)主要(yao)條(tiao)件，一般要(yao)求水(shui)位(wei)(wei)維持在設(she)計水(shui)位(wei)(wei)的(de)±50mm 范圍內；設(she)定(ding)鍋(guo)(guo)爐(lu)給水(shui)水(shui)位(wei)(wei)，通過PID 模塊自動調節給水(shui)閥門的(de)開度，從而達到控制鍋(guo)(guo)爐(lu)水(shui)位(wei)(wei)的(de)功(gong)能。

系統(tong)最終檢測結果：

PLC 系統(tong)采集(ji)正常，數據顯示和動作(zuo)控制的時間不超(chao)過(guo)500ms ,數據交換的準確率為100%；

PROFIBUS 傳輸(shu)正常，沒有(you)掉落模塊的情況出現(xian)；

PLC 數據傳(chuan)輸精(jing)確，模擬(ni)量的精(jing)確度可以達到(dao)13BIT；

冗(rong)余系統正(zheng)常(chang)，沒有(you)出現主從(cong)系統切(qie)換時中斷，切(qie)換時一切(qie)控制(zhi)正(zheng)常(chang)，包括控制(zhi)繼(ji)電器(qi)不(bu)會(hui)斷開、模(mo)擬(ni)量輸出控制(zhi)變頻(pin)器(qi)轉速不(bu)會(hui)丟失等；

模擬屏顯(xian)示正常、數據刷新正常，數據刷新速度為1000ms；

2．在(zai)本項目的(de)調試過程中，應(ying)該說是(shi)(shi)非(fei)常順利的(de)，只是(shi)(shi)在(zai)最開(kai)始(shi)的(de)時候(hou)由于軟冗余(yu)系統在(zai)深圳(zhen)比(bi)較少(shao)用，所以(yi)在(zai)剛開(kai)始(shi)調試時比(bi)較擔心，但經過西(xi)門子(zi)公司的(de)技術支持，調試非(fei)常順利，在(zai)剛開(kai)始(shi)就(jiu)確(que)認冗余(yu)切換沒問題。

3.工(gong)藝(yi)及主要設(she)備(bei)組態界面(mian)

3.1工藝(yi)圖界面

工藝圖界面

3.2 變頻(pin)器控制畫面

變頻器控制畫面

3.3 堿液(ye)站控制畫(hua)面(mian)

堿液站控制畫面

五、結束語

本(ben)(ben)系統于(yu)2005年(nian)2月投(tou)入使用至今已(yi)近20個月，運行(xing)順利，用戶非(fei)常滿意；目前本(ben)(ben)系統已(yi)經成功推(tui)廣到南(nan)昌、長沙、成都、青島、大連等地的醫(yi)療垃圾處理系統以及廣東番禺綠由工業危險廢物焚燒發電廠中，用戶反映非(fei)常良(liang)好。

該(gai)SIEMENS S7-300軟(ruan)冗余系(xi)(xi)統(tong)已在(zai)生產中(zhong)得到(dao)實際使(shi)用，為(wei)企業帶來(lai)了(le)可觀(guan)的經濟效(xiao)益，在(zai)該(gai)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)，PLC系(xi)(xi)統(tong)的應用得到(dao)了(le)充分的展示，這種冗余配置廣泛的推廣到(dao)其它行業應用提供一定的參考價值。

六、應用體會

本(ben)系(xi)統自選型以(yi)來，經歷了許多(duo)困難，因為以(yi)前都使用硬(ying)冗余的PLC ，比如(ru)AB的PLC5系(xi)列或者其它品牌(pai)的DCS系(xi)統，但由于上述系(xi)統造價非(fei)常昂貴，而部分國產的DCS系(xi)統非(fei)常不穩定，我(wo)們的項(xiang)(xiang)目為BOT 項(xiang)(xiang)目而且有要求條件不是太高，所以(yi)既要降低成本(ben)，又要保(bao)證性能(neng)，所以(yi)通過比較(jiao)，決定“深圳市醫療(liao)廢物處(chu)置(zhi)中心”項(xiang)(xiang)目實驗(yan)，如(ru)果可行就進行推廣，目前已經在公(gong)司項(xiang)(xiang)目正式(shi)批(pi)量使用，甚感欣慰。

通過(guo)上述項目，證(zheng)實西(xi)門(men)子(zi)S7-300軟冗余系統(tong)完全可以滿足“垃圾(ji)焚(fen)燒發電廠”的技(ji)術要求(qiu)，基本實現無(wu)擾切(qie)換。并且通過(guo)WINCC6.0開(kai)放的OPC接口，完成了(le)與模擬屏的數據通訊，積累了(le)一定的應用(yong)經驗。

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