西门子6ES7321-1BP00-0AA0接线图形

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1、垃圾焚烧发电机组的特点

近年来，人们对发电机组的环保要求越来越高，垃圾焚烧发电技术在世界范围内得到了迅猛发展和普遍应用。由于垃圾焚烧发电技术具有率处理生活垃圾、节约能源、建设以及有利于环保等特点，我国目前正在逐步加大垃圾焚烧发电机组的资金投入。

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人类对能源的消耗不断增加，由此到来的环境污染问题也日益严重。对能源需求的增加与对污染排放的控制这一矛盾迫使科技工作者不断寻求低污染的燃烧技术，加快新型燃烧装置及环保设备的开发。降、提高性、降低污染排放成为电力行业的追求目标。

垃圾焚烧发电技术作为传统行业派生的新行业，由于其燃料主要是生活垃圾等，因此，燃烧过程可以实现垃圾无害化，而且使垃圾容量大幅缩减，清洁环保；垃圾焚烧机组还有建设，节约能源且环保等优点。故该项技术目前越来越受视，并得到推广和不断发展。
   
    2、垃圾焚烧发电机组的控制系统要求

垃圾焚烧发电机组的主要组成部分有：焚烧锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机等设备。

同常规的火电机组相比，垃圾焚烧发电中以发电为辅，垃圾燃烧为主。反映在燃烧系统上，燃烧的热值变化较慢，燃料成份中非可控因素较多，蒸汽负荷的变动较小，压力的变化较大。因而，对于垃圾焚烧发电，传统的火电燃烧系统的机理和控制方法并不适应于垃圾焚烧发电。垃圾焚烧发电的特之处决定了其对控制系统的要求既等同于常规要求，又在常规要求中有着大的变通性。

1）对分系统强烈的立性的要求：

对于垃圾焚烧，以垃圾焚烧为主，发电为辅，在整个控制系统的构成上，立性的要求明显常规的火电机组。采用分布式的控制系统，不但可以减少整个控制系统的成本，分布式系统的大的灵活性保证了垃圾焚烧发电的现实可操作性和管理的灵活性。从国内已经正式投运的垃圾焚烧电厂的情况看，分布式控制系统的选用是垃圾焚烧电厂的选择方案。

2）对系统网络传输特性的、高要求：

现代化的垃圾焚烧发电厂，对信息的传输与交换比常规的火电机组大。采用的高速控制网络，对整个控制系统的协调、管理系统的交互运作，都可提供强有力的传输网络的支持。

3）对运行成本的迫切的要求：

在垃圾焚烧发电中，对低运行成本的要求集中在两个方面：①灵活、方便的硬件配置可保证系统的功能性要求与硬件系统的合理的配合，从而构成合理的性能价格比②低的设备维护成本和系统管理成本，这就要求选择的自动化控制系统具备良好的可扩充性、开放性（可大限度的利用现有的成熟的信息资源）和长期工业恶劣场所运行的稳定性和性。
   
    3、自动控制系统在垃圾焚烧发电机组的应用

毫无疑问，已在国内外许多大型发电机组上成功应用的分散控制系统（DCS）是可以应用于联合循环发电机组的控制的。但这种传统意义上的DCS具有一定的局限性，如投资较大，分散化程度和开放性程度均不够高，建设周期长等等，均不适合于中小型规模机组的控制应用。

目前，一种新型概念上的自动控制系统已经广泛受视。随着计算机技术、通讯技术和电子技术等领域的高速发展，原有概念上的PLC或中、小规模的控制系统吸纳新技术，形成一种分散度高的现场总线控制系统。它将在中、小规模的应用中大大过了传统的DCS。它的主要特点有：

1) 引入WEB技术，将控制向远程监控发展，实现远方数据浏览、过程监视、组态维护等功能。
    2) 引入ETHERNET局域网技术，使控制系统能与管理网资源共享。
    3) 引入现场总线技术，将系统硬件由集中布置转向分散布置，使之高度分散化。
    4) 提高系统的抗干扰能力，降低控制系统对接地系统及环境的要求，降低工程造价。

正是由于这种新型的过程控制系统的上述特点，使其比较适合于垃圾焚烧发电机组的控制应用。目前，比较有代表性的这类控制系统有：Siemens公司的Simatic PCS7控制系统，Honeywell公司的Plant Scale控制系统等。

深圳盐田垃圾焚烧发电厂的控制系统采用了Siemens公司的Simatic PCS7 控制系统，整个系统的总成、设计、组态及调试由深圳能源环保公司和国家电力公司热工研究院自控技术共同承担。
   
    4、工程应用情况介绍

盐田垃圾焚烧发电厂安装两条垃圾焚烧线（每条垃圾焚烧线日处理垃圾能力为225吨），一台6兆瓦凝汽式汽轮发电机组，母管制。全厂设置一套分散控制系统（DCS）， 以全厂集中操作与各工段分散控制相结合的系统运行模式实现垃圾焚烧发电厂整体生产过程的状态监视、生产操作、过程控制、事件报警、运行联锁、保护。完成数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和联锁保护（PRO）等系统功能。

垃圾焚烧发电厂的其他生产过程，如焚烧线燃烧控制、烟气处理系统、汽机数字电调和垃圾吊控制等系统将通过数据通讯方式分别接入分散控制系统（DCS），建立全厂生产运行管理。

根据系统性能价格比尽可能高、系统性能稳定和系统组态维护方便的要求，同时针对本机组的特点和控制要求，经过广泛调研和论证，终确定采用SIEMENS公司的Simatic PCS7（Process Control System）控制系统完成其控制功能。此系统在本工程的基本结构为：

系统共配置3台操作员站（其中一台兼工程师站），2对冗余CPU-417H的控制器：#1控制器主要控制余热锅炉及垃圾焚烧线辅助部分；#2控制器主要控制汽轮机及其辅助设备。本系统的I/O模件采用了S7-300系列I/O模件，通过ET200M远程机架与控制器相连。系统配置的总I/O点数达1800点左右。系统配置了5台打印机，其中报表打印机3台、图形打印机1台、工程师站配打印机1台。

每一对冗余控制器均通过冗余的现场总线Profibus-DP（速率可达12Mbit/s）带一定数量的远程I/O扩展机架ET200M及I/O模件。该系统共配置11个ET200M远程机架，按工艺流程分成11个I/O站，控制器与各I/O站间的通讯是通过PROFIBUS-DP现场总线完成的，传输介质为双绞线，网络速率1.5Mbit/s。

1) 操作员站按服务器――客户机方式配置，一对冗余服务器通过冗余的工业以太网（速率100MHz）与三台客户机相连。
    2) CPU由二对冗余的控制器AS－417－H组成，CPU之间、CPU与冗余服务器间的数据通讯是通过100MHz的冗余工业以太网来实现的，工业以太网务器完成操作员站与CPU以及CPU间的数据交换功能。
    3) 每一对冗余CPU均通过冗余的现场总线Profibus-DP（速率12M）带一定数量的远程I/O扩展机架ET200M及I/O模件。
    4) SOE系统采用PCS7的SICAM系统。

机组投产后，运行人员在主控室，就可以完成全厂各部分的控制，包括焚烧锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机等等。该机组的自动化水平在全国的垃圾焚烧发电机组中处于地位。

该系统经过紧张的组态设计、调试阶段后投入使用，目前已稳定运行了一年。
   
    5、结束语

随着垃圾焚烧发电技术的发展，控制系统性能的不断提高，可以预见，PCS7控制系统在垃圾焚烧机组控制领域具有广阔的应用前景。随着对现场总线控制系统（FCS）的了解和研究的深入，智能化现场仪表和设备将应用到电厂，构成完整的FCS，会进一步提高垃圾焚烧发电机组的自动化和管理水平

 包钢220吨转炉自动化控制系统包括氧、炉本体、散料铁合金、汽化冷却、气回收(OG)、地下料仓、煤气加压站和副共八个子系统。每个子系统用一个西门子SIMATIC 400站进行控制，这八个站通过西门子通讯模块CP443挂在一个工业以太网——SIMATIC H1网上。同时还有八套工业微机通过西门子网卡CP1613也挂在同一个SIMATIC H1网上，作为人机界面完成转炉自动化控制系统的监视和控制。二级管理系统包括一套服务器和一套工业微机，完成对转炉系统的管理任务，及时下达炼钢的计划和命令。 
 
1、 硬件组成 
包钢转炉自动化控制系统的硬件包括：8个西门子SIMATIC 400站（每个站包括1个电源模块、1个CPU、1个CP443通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）、8套研华工业微机、8个西门子CP1613网卡。 
2、 软件组成 
包钢转炉自动化控制系统的软件包括：bbbbbbs NT 4.0中文版操作系统、Inbbtion FIX 7.0软件、STEP 7西门子编程软件。 
3、 系统配置（见附图） 
包钢转炉自动化控制系统中8个SIMATIC 400站通过西门子CP443接口模块挂在一个SIMATIC H1工业以太网上完成控制功能，同时8套研华工业微机也通过西门子CP1613网卡挂在同一个SIMATIC H1工业以太网上完成监视和操作功能。其中，转炉本体控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线Profibus DP网与转炉倾动控制系统的SIMATIC 300站交换数据；氧控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线Profibus DP网与氧提升系统的两个SIMATIC 6RA24交换数据，并且在同一个Profibus DP网上挂了一个工业键盘PP17-II对氧的现场设备操作；散料铁合金控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线Profibus DP网挂了两个工业键盘PP17-II对散料和铁合金的现场设备操作；气回收（OG）控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线Profibus DP网挂了两个工业键盘PP17-II对OG的现场设备操作。 
4、 硬件评估 
SIMATIC H1网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。包钢转炉自动化控制系统采用粗的同轴电缆作为SIMATIC H1网的连接介质，有效地实现了工业以太网过程中的抗干扰功能，保证了系统运行的性；SIMATIC Profibus DP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC（可编程序控制器）与现场设备（如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等）之间交换数据。包钢转炉自动化控制系统采用屏蔽双绞线作为Profibus DP网的连接介质。SIMATIC 400站是西门子公司的拳头产品，无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵活性各方面讲都处与PLC产品的地位，研华（ADVANTECH）工业微机是早得到推广使用的工业微机，因此包钢转炉自动化控制系统选用了这两种产品。 
 
包钢转炉自动化控制系统配置图 
5、 软件评估 
bbbbbbs NT是美国Microsoft微软公司出色的产品之一，也是世界上应用为广泛可信赖的软件平台，因此包钢转炉自动化控制系统选用bbbbbbs NT 4.0中文版操作系统。Inbbtion公司是美国一家专门生产工业软件的软件公司，它的产品广泛应用于世界各大工厂，它的数据库、画图、显示、历史趋势、配方紧密结合，不但可以画出逼真的图形，还能将现场数据快速显示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按钮来取代真正的按钮完成对现场设备的操作；它能将数据库的数据按时间存放在数据文件里供历史趋势文件调用显示，这样就能把几小时、几天、甚至几个月前的数据用数据曲线的形式展示给工程师们，以便分析事故和改进工艺；它可以利用bbbbbbs DDE（动态数据交换）功能把FIX数据库的数据传送到Office Excel文件和Office Access文件，从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7是西门子公司为S7-400和S7-300系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制；它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求；它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断请求；它的符号表（Symbol）可以输入中文方便进行程序注释。因此，bbbbbbs NT 4.0、Inbbtion FIX 7.0和STEP7可以说是包钢转炉自动化控制系统中的“三剑客”，共同完成了对转炉系统的监视控制任务。 
6、 疑难与解答 
1） 数据通讯。 
这里的数据通讯包括SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 400 PLC之间，SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 300 PLC之间，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 6RA24之间，SIMATIC 400 PLC与Inbbtion FIX之间的数据通讯。其中，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 400 PLC之间是通过SIMATIC H1工业以太网通讯，编程使用FC5（发送数据功能块）和FC6（接收数据功能块）；SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 300 PLC之间是通过现场总线Profibus DP网通讯，编程使用SFB15（存放数据功能块）和SFB14（得到数据功能块）；SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 6RA24之间是通过现场总线Profibus DP网通讯，编程使用SFC14（DP读功能块）和SFC15（DP写功能块）；SIMATIC 400 PLC与Inbbtion FIX之间的数据通讯通过SIMATIC H1工业以太网通讯，使用SIMATIC NET软件完成CP1613网卡的设置。值得注意的是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14、SFC15这些功能块在OB32（1s时间中断组织块）中调用。 
2） 氧定位 
转炉控制系统的关键是氧定位，因为一旦定位不准就会影响炼钢的质量，甚至引发喷溅或爆炸。包钢转炉自动化控制系统引进了两套限来为氧定位，一套是电器送过来的限开关，另一 套是变频电机自整角机送过来的计数脉冲。为接收计数脉冲，特 选用西门子高速计数模块，软件使用FC0（高速计数功能块）。 鉴于这次的自整角机产生的脉冲只有600pps，建议下一工程取消自整角机，直接将编码器装到电机的输出轴上，这样可以接收多的脉冲，定位加准确。 
3） PID调节 
转炉炼钢过程中有很制对象，诸如氧气流量、氧气压力、氧冷却水等都需要稳定的值。以前这些模拟量的调节采用智能仪表，现在有了西门子SIMATIC 400 PLC就可以取代这些智能仪表，PID调节在STEP7中使用FB41（连续PID调节控制）；在Inbbtion FIX 7.0中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。 
4） 汽包三冲量调节 
汽包的液位调节在PID调节中难度很大，因为汽包的容积越大，它的容水量就越小。当液位过低时由于缺水就会造成爆炸事故，当液位过高时由于水多就会造成满水事故。由于汽包进口给水量和汽包出口蒸汽量的突然变化都会导致虚液位，因此根据汽包液位、给水流量和蒸汽流量对汽包进行三冲量调节。具体的方法是先对汽包液位的变化进行PID调节运算，然后再加上给水流量的变化，后再减去蒸汽流量的变化，把后的计算结果送给终的液位调节阀输出；给水流量和蒸汽流量则采用单的PID调节，以保持给水流量和蒸汽流量的稳定。 
 


 
5） 标准化编程 
大型的自动化控制系统很难一个人完成，因此需要很多人的分工与合作。标准化编程就是要使软件工程师编写的程序整齐划一，通用性和可读性强，除了作者本人的阅读者也能轻而易举地理解作者的编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员不再纠缠编程的枝节问题，缩短编制程序的时间，集中精力解决加困难的工艺上的问题；而且有利于维护人员对程序的理解，为生产保驾提供了加宝贵的经验。标准化编程的实现是多方面的，根据设计图纸编制各系统的点号表（用EXCEL表格）；再根据点号表填写Inbbtion FIX数据库；再根据点号表编制STEP7符号表（SYMBOL）；再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义下列STEP7使用的中间线圈点号：模拟手/自动转换选择开关；启动按钮、停止按钮（对单线圈的泵或电磁阀）；开启按钮、关闭按钮、停止按钮（对双线圈的电动阀）；手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（对PID调节阀）；再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序；后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。 
6)画面强制 
大型工厂自动化控制系统涉及的控制设备很多，控制工艺复杂，导致控制过程中的逻辑连锁非常复杂，主要设备动作的诸多条件很难同时满足。为了调试程序的需要，在画面上增设许多选择开关，当某开关置“1”时，就设此条件满足。当所有条件满足时，程序就可以对设备进行操作，而不必等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障，为不影响正常生产，也可以在画面上强制，继续生产，直到设备修好，再把强制解除即可。 

  西门子PLC按照小型、中型、大型分为三种，依次为：S7-20， S7-300， S7-400系列，近年来又开发出LOGO！系列，西门子PLC的选型与一般PLC选型原则无异。


一、输入输出（I/O）点数的估算
二、存储器容量的估算
三、控制功能的选择
四、机型的选择

1、200PLC的处理器是多少位的

S7-200 CPU的处理芯片数据长度为32位.从CPU累加器AC0/AC1/AC2/AC3的数
据长度也可以看出.

2、如何进行S7-200的电源需求与计算

S7-200 CPU模块提供5VDC和24VDC电源:

当有扩展模块时CPU通过I/O总线为其提供5V电源,所有扩展模块的5V电源消耗
之和不能过该CPU提供的电源额定.若不够用不能外接5V电源.
每个CPU都有一个24VDC传感器电源,它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模
块继电器线圈提供24VDC.如果电源要求出了CPU模块的电源定额,你可以增加一
个外部24VDC电源来提供给扩展模块.
所谓电源计算,就是用CPU所能提供的电源容量,减去各模块所需要的电源消耗量.

注意:

EM277模块本身不需要24VDC电源,这个电源是通讯端口用的.24VDC电源
需求取决于通讯端口上的负载大小.
CPU上的通讯口,可以连接PC/PPI电缆和TD 200并为它们供电,此电源消耗已
经不必再纳入计算.

3、200PLC能在零下20度工作吗
S7-200的工作环境要求为:

0°C-55°C,水平安装
0°C-45°C,垂直安装
相对湿度95%,不结露

西门子还提供S7-200的宽温度范围产品(SIPLUS S7-200):

工作温度范围:-25°C-+70°C
相对湿度:55°C时98%,70°C时45%
其他参数与普通S7-200产品相同
S7-200的宽温型产品,每种都有其单的订货号,可以到SIPLUS产品主页查询.
如果没有找到,则说明目前没有对应的SIPLUS产品.
文本和图形显示面板没有宽温型产品.
还要注意国内没有,如需要请和当地西门子办事处或商联系.

4、数字量输入/输出(DI/DO)响应速度有多快 能作高速输入和输出吗

S7-200在CPU单元上设有硬件电路(芯片等)处理高速数字量I/O,如高速计数器
(输入),高速脉冲输出.这些硬件电路在用户程序的控制下工作,可以达到很高
的频率;但点数受到硬件资源的限制.

S7-200 CPU按照以下机制循环工作:

读取输入点的状态到输入映像区
执行用户程序,进行逻辑运算,得到输出信号的新状态
将输出信号写入到输出映像区
只要CPU处于运行状态,上述步骤就周而复始地执行.在二步中,CPU也执行通讯,
自检等工作.

上述三个步骤是S7-200 CPU的软件处理过程,可以认为就是程序扫描时间.

实际上,S7-200对数字量的处理速度受到以下几个因素的限制:

输入硬件延时(从输入信号状态改变的那一刻开始,到CPU刷新输入映像区时能够
识别其改变的时间)
CPU的内部处理时间,包括:
读取输入点的状态到输入映像区
执行用户程序,进行逻辑运算,得到输出信号的新状态
将输出信号写入到输出映像区
输出硬件延时(从输出缓冲区状态改变到输出点真实电平改变的时间)
上述A,B,C三段时间,就是限制PLC处理数字量响应速度的主要因素.

一个实际的系统可能还需要考虑输入,输出器件的延时,如输出点外接的中间继电
器动作时间等.