西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8详细使用

西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8详细使用

 石景山热电厂2号机组DCS改造采用和利时公司的HS－2000CAS分散控制系统，改造范围包括MCS、SCS、DAS、DEH系统。1999年1月完成系统整体方案设计，包括硬件配置、DEH、CCS、MCS、SCS方案。2月完成系统硬件成套及软件组态。3月完成系统联调及全面测试。4月中旬至6月中旬进行现场各系统的静态调试。6月26日，机组正式运行，开始MCS、DEH的动态调试，其余各系统投入使用并做局部调整。7月下旬系统投运基本完成，所有系统投入使用，工作正常。

    系统硬件配置为：共设5个操作员站，2个工程师站，10个控制站（10号～19号），其中控制站机柜20个单柜，继电器柜2个单柜，主机柜2个单柜，扩展柜1个单柜，配电柜1个单柜。控制站（10～12号）为MCS系统，控制站（13～16号）为SCS系统，DAS系统由两个控制站（17号、18号）组成，DEH系统占一个控制站（19号）。

    1HS－2000CAS系统介绍

    该系统是和利时公司较新开发的系统，其基本结构由4部分组成，即系统网络、操作员站、工程师站、现场控制站。操作员站、工程师站、现场控制站作为逻辑意义相同的节点挂接在系统网络上。系统网络为和利时公司开发的ARCNET双冗余工业实时网，双令牌总线（TOKENBUS），网络速率为5M。操作员站和工程师站利用网络控制板与系统网络连接，而现场控制站利用主控模件与系统网络连接。

    现场控制站由主控模块、智能输入／输出模件、电源模件和专用机柜组成，系统由UPS实现双路供电，主控模块、电源模件、模出模件全部采用双冗余配置，有模件在线自诊断功能，诊断结果可由操作员站或工程师站的系统画面显示。在主控模块、智能输入／输出模件别固化实时控制软件和智能输入／输出处理软件。每个控制站机柜附带一个端子柜，便于信号电缆接线。实时控制软件运行在一个嵌入式多任务处理系统中，完成信号转换与处理、控制运算（石热项目控制运算周期MCS和SCS为250ms，DAS为1s，DEH为100ms）、通信、自诊断、双主控模块切换时保持数据一致等功能。智能输入／输出处理软件完成采样、滤波、模／数转换、小信号非线性补偿、冷端补偿、工程单位换算、过程点质量判断等功能。

    操作员站和工程师站由高可靠工业微机配以外设组成（石热项目采用研华工业控制微机）。操作员站运行HS－2000CAS系统专用实时软件，该软件完成图形显示与会话、控制调节、趋势显示、报警管理和显示、报表打印及事故追忆等。工程师站运行HS－2000CAS系统组态软件包，软件运行环境为PWIN32。软件包有10个汉字工具软件，具有方便的人机界面，主要功能为：系统管理、数据库生成、功能块图生成、梯形图生成、计算公式生成、引用生成、历史库生成、追忆库生成、图形生成、报表生成。操作员站和工程师站都有分级别保护措施，只有以正确口令登录，才能执行相应操作。

    2系统设计方案

    （1）MCS系统共设计31套自动调节系统，包括：

    协调控制系统

    燃烧控制系统

    送风控制系统

    引风控制系统

    全程给水控制（单、三冲量）系统

    1～5号磨风量控制系统

    1～5号磨出口温度控制系统

    左右侧一级减温控制系统

    左右侧二级减温控制系统

    左右侧再热汽温控制系统

    除氧器水位控制系统

    轴封供汽压力控制系统

    氢温控制系统

    冷油器控制系统

    热网加热器温度控制系统

    MCS在立盘保留13个后备手操，包括：

    1号给水泵转速控制系统

    2号给水泵转速控制系统

    给水调节阀控制系统

    左侧送风控制系统

    右侧送风控制系统

    左侧引风控制系统

    右侧引风控制系统

    左侧一级减温控制系统

    右侧一级减温控制系统

    左侧二级减温控制系统

    右侧二级减温控制系统

    左侧再热汽温控制系统

    右侧再热汽温控制系统

    （2）设计SCS逻辑时尽量采用电厂实际使用中的逻辑，参照原运行规程，并听取运行人员的意见。这样做，一方面吸取原有控制逻辑的优点，一方面使运行人员不必改变或较少改变原有的操作习惯。SCS控制范围包括：

    66套电动机的开关操作

    3套调节阀的开关操作

    14套电磁阀的开关操作

    98套电动门的开关操作

    36套二次风门的开关操作

    12套周界风门的开关操作

    相关电动门电动机的连锁保护功能

    射水泵、定排、5号磨的程控启停功能

    （3）DEH系统设计功能有：自动升速、自动暖机、自动磨检、自动过临界、自动同期、快卸负荷、一次调频、主汽压力保护、过负荷切阀控保护、阀控／压控／功控模式切换、电液无扰切换、电调故障切液调等。DEH采用HS－2000CAS系统实现，操作员站有相关操作画面，控制盘台上另设DEH专用操作面板。

    （4）DAS系统不仅包括传统的数据采集功能，还包括历史曲线记录、事故追忆、SOE记录及打印等多项功能，利于现场事故分析。所采集的数据除热工信号外，还包括部分电气专业数字量、模拟量信号。此次改造拆除了立盘上的小型巡测仪，将测点直接送入HS－2000CAS系统。

    （5）由于本次改造不涉及锅炉保护系统、点火程控系统和汽机保护系统，为保证整台机组系统的完整，利用HS－2000CAS的通讯站以串行数据通信方式将以上系统的信号引入HS－2000CAS，在操作员站画面显示。同时该通讯站向石热厂级MIS网发送重要数据。

    3控制功能设计特点

    参考在其他电厂成功应用的设计方案，同时考虑到石景山热电厂实际需要，MCS整体控制方案包括：汽机跟踪、锅炉跟踪、机跟炉协调、炉跟机协调等多种协调控制方式；机组供热调节方案；给水泵调节、送引风调节等子回路控制方案；被调量测点选择及处理方案；MCS与SCS之间信号传递及处理方案等。

    当机组需要进入协调控制时，可根据机组实际情况，选择进入不同协调方式，而多种协调方式间的切换是无扰进行的。给水控制系统采用三冲量调节，一、二级减温控制系统采用串级调节。MCS所有重要测点采用双测点冗余方式，可在操作画面上人工选择任一测点作为被调量。

    射水泵组、定排电动门组、5号磨系统设有程控启停功能。将程控／手动选择按钮置程控位，可进行设备顺序启停操作，在程控／手动选择按钮置回手动位之前，有关设备不能进行手动操作。在设备本体保护信号发出时，程控指令中断，执行本体保护指令。如程序执行时间**过规定时间，则显示执行**时报警，程序中断。

    所有电动机、风机、泵（电动门、电磁阀除外）都设计有远方／就地操作切换功能，即如将设备置于就地操作位，被控设备不能由CRT上操作，启／停指令不能发出，此时每个设备图标旁边用红字显示设备在就地位。如需将设备切到远方操作位，选择设备远方／就地切换画面进行操作。此种功能便于设备检修。

    考虑到操作习惯，保留设备联锁功能，逻辑设计中，尽量保持原联锁开关与现联锁按钮功能的一致性。曾经考虑将联锁功能只定义为设备间的互联和运行参数异常联锁，设备本体保护不受联锁投切的限制，这种设计被认为比较安全，符合当今要求，但因与原操作方式不一致，容易引起运行人员误会，较终还是按照旧的联锁功能进行设计。

    设备事故跳闸被定义为无DCS停指令输出而设备停。取DCS系统DO输出做为实际输出指令，如设备启指令已发出，在设备停反馈出现之前，无设备停指令发出，即判为事故跳闸。事故跳闸发生后，设计为按下操作画面上设备停按钮复位事故跳闸信号，这与原操作习惯是一致的。此事故跳闸与热工保护跳闸为两个不同概念，由此可判断设备异常跳闸的原因，分清热工与电气双方的责任。

    需注意一点，即如设备在就地操作位启动后，由于SCS系统没有输出启动指令，当设备停反馈出现，系统将不认为是事故跳闸。为避免发生此种情况，所有设备正常操作均应在CRT上进行，就地操作只作为试验，试验完毕设备应置于停止位。

    事故跳闸采用常规首出项锁定逻辑，将首出显示复位功能设计为设备重新启动后自动复位，也可由手动按钮复位。这样设计，既方便运行人员操作，又保首出显示的正确性和实时性。

    在操作画面上为运行提供足够的显示信息，例如，在主要设备图标旁提供跳闸首出弹出窗口，便于查找设备跳闸原因，此窗口同时显示设备启动许可条件，运行人员可根据提示，在设备启动前检查设备情况。MCS中也增加了闭环系统强制切手动原因的首出判断逻辑，便于事故分析。

    4改造中遇到的问题及解决方法

    4．1机柜接线问题

    在系统测试中曾发现HS－2000CAS机柜内部连线有虚接现象，经查实为和利时公司机柜出厂前配线作业不当所致，后将所有内部配线彻底，问题解决。

    4．2固态继电器问题

    在设备传动中发现作为DO指令输出的固态继电器有*开路或*断路的情况，怀疑为固态继电器损坏，更换固态继电器后回路正常。后又多次发生此类事情，在二次风门回路等频繁操作的设备中尤其**，只得反复更换固态继电器，较终确定为固态继电器本身耐压能力不够，导致固态继电器损坏。

    4．3控制反应时间问题

    调试初期，在操作画面上操作设备时，由发出指令到看到设备反馈需很长时间，经检查发现控制器控制周期设置过长，将SCS顺控站运算周期加快至250ms，节省了多次中间处理时间。修改后，回报总时间已缩短至2s，满足运行要求。

    4．4MCS与DAS系统测点安排问题

    MCS与DAS系统位于不同控制站中，但由于测点安排不尽合理，部分MCS系统所需的测点被安置于DAS控制站中，当DAS系统内的测点需要检修，MCS系统将会受到不同程度的影响。曾经由于此类原因，MCS系统的一子回路发生异常波动并强切到手动。

    4．5电磁阀运行**时振荡问题

    所有电磁阀都为单线圈形式，单指令输出控制。

    按照HS－2000CAS控制方式，电磁阀行**时后控制指令回零，电磁阀将向关方向动作，到位后，由于开指令仍被记忆，电磁阀又将被打开，如此反复。解决方案为使用RS触发器，排除运行**时、命令记忆情况下的振荡；同时适当增大运行时间参数。

    4．6主参数画面动态点显示过小

    HS－2000CAS操作画面中的动态点显示偏小，不利于运行人员监视，为此修改图形文件中数值型动态点，增加“放大”选项修改汉字库，更新HZK16文件，在线软件做相应处理。

    4．7电流表指示花屏现象

    为适应运行人员的监视习惯，特意在显示画面中加入盘装电流表模拟画面，由于图形处理软件的局部问题，导致显示出现花屏现象，后经在线软件的图形处理部分，显示恢复正常。 4．8顺控F站故障

    由于离线组态软件在系统链接时错误地将I／O站内目标数据文件的目标代码的校验位减少了“1”，使站内模件不存在且通讯出错。为此重新离线编译软件，正确生成校验位，问题得到彻底解决。

    4．9操作员站死机

    2号、3号操作员站CRT在调试初期曾出现3次死机。经逐渐检查发现2号、3号主机画面数量由近400幅删至160幅后，至今未发生死机，初步断定是画面过多所致。为此清理操作员站画面，删去实际运行后不需要的测试图。

    此次改造采用分散控制系统，较好地实现了DEH、CCS、MCS、SCS、DAS多项功能，采用CRT／鼠标或键盘操作方式，取消绝大部分常规显示仪表和手操设备，增加了协调控制、顺序控制、电调等功能，提高了机组的自动化程度。

哈萨克斯坦扎那诺尔凝析油气田已建设气举压缩机站一座，作为压缩机站的神经**，站控制系统设计采用了北京安控科技发展有限公司提供的高可靠性的DCS系统。

    1气举压缩机站DCS控制系统功能

    本系统包括一个现场控制站、三个操作员站，软件版本为SmartProV3.02。系统采用冗余配置，bbbbbbsNT操作平台，可靠性强，同时具备良好的开放性和扩展性，便于与其它系统相连和扩展。

    （1）显示功能。按流程画面分组动态显示全站各工段工艺流程和参数。系统所有人机界面采用中文、英文和俄文三种语言显示，在线完成无扰切换。系统可提供标准的静态和动态人机界面显示，画面在屏幕上可动态缩放，画面之间的切换一般采用定义功能键及屏幕菜单方式进行。

    （2）控制功能。对系统中的重要工艺参数进行调节和控制。系统控制以现场控制单元为中心，实现回路的连续控制，以及顺控和联锁保护、报警功能，并且可进行手操、单回路、串级、比值、前馈和PID等多种常规控制。控制操作包括调节器在自动状态下设**的调整，当控制器为手动时输出值的调整，以及调节器从自动变为手动或以内部设置变为串级的无扰动切换，反之亦然。控制操作（数字或模拟回路）可通过操作编组画面或动态画面显示。

    （3）报警功能。包括系统工艺参数报警和硬件报警。报警有四种不同优先级：普通、次急、紧急及特急，根据需要分组。不同级别的报警通过声光来区别，可快速区分并从相应的组画面中调出。报警以严格的时间顺序打印（如：数据传送系统延迟不影响报警顺序）。

    （4）报表功能。调用Excel可随时生成生产运行日报表并打印。系统支持类似Excel格式的报表打印，用报表组态软件即可建立和修改报表，并可以对报表的各个字段进行组态。报表可*任一台打印机完成打印。

    （5）趋势功能。实时、历史趋势单独显示，并在线进行趋势成组。

    （6）数据、信息存储和查询。历史数据、报警信息、操作信息的存储，单独画面查询显示并可在线打印输出。

    （7）在线诊断功能。系统状态画面可显示当前系统控制器和卡件的运行状况。系统具备自诊断功能。诊断功能能自动并连续运行，不需操作人员干预，自动诊断的特点是在系统完全丢失前发现控制系统故障或错误的情况和发生部位。诊断系统对错误的分析处理方式同正常系统报警一样；故障或错误的细节由专用的显示画面（系统状态画面）显示出。诊断系统可指示出系统内所有故障卡件。

    （8）系统安全保护功能。操作级别分工程师、操作工两级，设置操作权限，保证系统运行安全。对操作权限的限制，系统提供至少三种操作方式，限制对应于该方式下用户的操作权限，以确保系统软、硬件的安全及避对系统的破坏。操作方式切换以专用钥匙或其它专用工具为益，防止系统瘫痪时口令的无法使用。

    （9）通讯功能。系统提供标准的通讯接口，方便与其它系统及关系数据库进行数据交换，控制站支持现场总线及RS485方式，操作员站支持OPC、DDE、ODBC等，与YOKOGAWA公司控制系统之间的OPC通讯，与汉诺华压缩机间的通讯。（10）控制功能。主控单元的回路控制功能包括各类反馈、前馈、串级、**驰及科学计算功能。主控单元支持基于IEC1131-3标准的面向过程的编程语言：功能模块、梯形图、结构化文本、计算公式、顺序功能图。

    2 系统主要特点

    （1）安全、可靠性。冗余结构、智能模块化设计及各种故障检测和保护措施保证系统能够长时间运行。重要设备双重化。对主控模板、I/O模板、通讯线、网卡、直流电源以及系统电源等重要部件采用冗余设计，并可实现冗余设备的**自动切换。

    （2）先进性。灵活的Client/Server结构，适合于大规模控制系统的I/O、Alarm、Report、Trend、Time服务器设置，既保数据一致，又负荷均担。可开发出各种丰富的HMI界面。

    （3）开放性。系统具备良好的开放性，操作站和控制站均提供标准的通讯接口，便于与其它系统连接。

    （4）扩展性。可根据用户的不同需求，对软硬件系统进行合理的设计，使系统具备良好的可扩展性和灵活性，更便于系统升级。主控单元具有足够的存储空间和性，保证完全满足执行高级语言程序和标准组态的用户程序所需的空间，并保证按标准周期执行所有的控制功能。

    （5）经济性。现场总线的系统设计，可大量节约投资，降。

    （6）易用性。良好的人机界面显示，支持多语言，操作简单、方便，操作员*很高的专业知识，稍加培训后即可熟练操作。

    （7）延续性。采用通用系统平台，可随计算机水平不断提高而同步升级。

    3结语由于系统采用高可靠性的DCS系统，功能强、扩展灵活，投运后气举压缩机站完成了工艺生产过程并满足安全的要求。特别是在运行六个月以后，在利用已有的控制系统的此基础上，增加信号输入和输出卡件，在不停产的状况下顺利投入二期控制系统，产生了巨大的经济效益。