西门子6ES7231-7PB22-0XA8诚信交易

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（1）正常生产过程中，2台压缩机应至少有1台运行，即使在相互切换时，也不允许发生两台机器全部停止的现象。

    （2）保持压缩机出口压力在预定值上。

    （3）能实现对压缩机运行状态进行分析，以实现预测性检修。

    二系统控制原理

    （1）工艺设定压缩机管网正常出口压力为P1，而现场实际测定压力为P2，根据ΔP（=P2-P1）值大小由PLC内PID功能模块进行PID运算，控制变频器来改变电动机转速，达到所要求的压力。当ΔP＞0时，现场压力偏高，则提高变频器输出频率，使电动机转速加快，提高实际风压；当ΔP＜0时，现场压力偏低，则使转速降低，ΔP减小。这样不断调整，使ΔP趋于0，现场实际压力在设定压力附近波动，保证压力稳定。系统结构如图1。

    （2）压缩机长期运行，造成各部件间隙变大，这样引起的振动会越来越大，容易造成压缩机各部件的损坏。由PLC对现场振动情况进行判断分析，可提前对压缩机进行计划性维护保养，这样可大大延长设备的使用寿命，提高设备运行可＊性，减少设备故障引起的非计划性停车。

    三设计方案

    该方案主要由1台SiemensECO1-7500/3变频器、1台S7-200型PLC（CPU215/216，配套EM235扩展模块）以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器和2台振动测量装置（振动变送器）组成，用PLC实现压缩机出口压力单回路闭环PID控制以及压缩机起动、停止、切换、故障处理等各种电气控制功能，由振动变送器对压缩机状态进行监控分析，以实现预测性维护维修。主回路如图2。

    （1）PID运算功能的实现

    S7-200系列中CPU215/216具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能。使用时，只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表（见下表），再执行指令：PIDTABLE，LOOP，即可完成PID运算。其中操作数TABLE使用变量存储器VBx，用来指明控制环的起始地址；操作数LOOP是控制环号（常数，0～7）。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变，可在PLC主程序中设定；编号为1、3、8、9的参数具有实时性，须在调用PID指令时填入。

    由于S7-200输入和输出为开关量，而变频器、压力变送器和振动变送器的信号为模拟量，因此EM235模块要实现D/A转换。一个EM235模块可同时扩展3路模拟量输入通道（接1路压力信号，2路振动信号）和1路模拟量输出通道（接至变频器）。

    （2）起动

    M1和M2各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。

    （3）运行

    正常情况下，电动机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机备用状态。现场压力变送器管网出口压力（4～20mA模拟量信号），并与预定值相比较，经PLC内部PID指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速，达到所需管网压力。

    （4）停止

    按下“停止按钮”，PLC控制所有接触器断开，变频器停止工作。

    （5）切换

    当需从电动机M1切换到M2时，接触器KM2断开，KM1闭合，此时电动机M1工作在工频下，在变频器停止后，KM4闭合，变频器重新起动，电动机M2在变频器驱动下起动；起动后，KM1断开，电动机M1停止，切换操作结束。电动机M2切换到M1过程类似。

    （6）报警及故障自诊断

    通过PLC内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代码，通过4位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：（a）压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送至PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车；（b）增设现场振动传感器，并将信号送至PLC，对压缩机运行状况进行显示和诊断。

    四几点体会和设计中应注意的问题

    （1）采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击；节电效果明显，1年内可回收全部投资。

    （2）采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行加稳定可＊。

    （3）变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。

    （4）系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将增加信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统也可方便接入DCS或上位机，建立人机界面的监控系统等。

    （5）预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高可＊性，减少停车损失，降低运行费用。

    （6）PLC控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。

    （7）PLC须实现KM2和KM4间的互锁，以防止2台电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。

    （8）因2台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按2台电动机负载量考虑。

    1.1桥式起重机工作环境恶劣，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。

    1.2继电—接触器控制系统性差，操作复杂，故障。

    1.3转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有改变传统的控制方式。

    年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件。

    桥式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。

    控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的。

    2.2变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。

    2.3制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。

    桥式起重机大车、小车、副钩、主钩电动机工作由各自的PLC控制，大车、小车、副钩、主钩电动机都运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同，而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现稍有区别。控制小车电动机的变频器与PLC控制原理图如图2所示。

    利用PLC控制的变频调速技术，桥式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速时间都可根据现场情况由变频器设置，调整方便。负载变化时，各档速度基本不变，调速性能好。若是改造原有系统，大小车电动机仍可采用原有的绕线转子异步电动机，将转子绕组引出线短接，去掉电刷和集电环，节省换电动机的费用。

   1、引言

    可编程控制器由于抗干扰能力强，性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

    工业年月机作为控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

    2、控制系统性降低的主要原因

    虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

    影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

    1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；

    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制；

    3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

    影响执行机构出错的主要原因有：

    1)控制负载的接触不能动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；

    2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；

    3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。

    3、设计完善的故障报警系统

    在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。

    2 级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。

    3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平.

    输入信号性研究

    要提高现场输入给信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。

    在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图

    程序设计方法，对现场模拟信号连续采样次，采样间隔由转换速度和该模拟信号变化速率决定。次采样数据分别存放在数据寄存器中，当后次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器中

    提高读入现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。

    5、执行机构性研究

    当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。

    X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。

    当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b

    所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。

    6、结论

    我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统性运行是行之有效的。

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的其编程语言都具有以下特点图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎,明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如等中的变量和常数以及其取值范围有

    简化的程序结构:的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念

    4.简化应用软件生成过程：使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。强化调试手段：无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

 1 系统结构

    辽化鞍山炼油厂催化主风机组(以下简称“鞍炼机组”)选用GEFanuc公司的90-30PLC，设计上主要保证系统处理时间块、性高及(图1)。

    PLC主机及I/O站组成本系统的基本控制层。PLC主机采用的是5槽底版，其上的卡件分别为一块PWR卡，一块CPU卡，两块GBC卡，一块ETH卡及一块空卡。用户通过编程器，使用其强大的内部控制指令来实现逻辑控制。I/O站采用的是VersaMax，本套系统总共挂接了5组VersaMax，每组VersaMax由一个网络接口单元(NIU)及多8个现场I/O模块构成。

    上位控制层采用的是两台性能优良的ADVANCE工控机，其主要任务是控制和管理，并通过数据通讯对PLC进行监视与控制，进入PLC的信号通过以太网可在工控机上显示。

    2 系统特点和组态

    两组PLC控制器互为冗余，双机热备软件MaxON负责管理两PLC之间的主、备切换以及数据的交换。正常情况下，主PLC控制器完成系统操作，一旦主PLC控制器失效，则备用PLC将立刻接管对整个系统的控制。主、备控制器的确定可以人为(％M1020)，也可以由系统根据情况确定。

    PLC与VersaMax进行通讯的Genius总线采用冗余结构。正常情况下，系统从GeniusA总线数据，同时检测GeniusB总线的状态，一旦系统检测到GeniusA总线故障，则会对GeniusB总线存取数据，从而保证了系统的运行。

    GBC模块可以自动报警及某些PLC故障。在一个总线扫描周期，只有一条诊断信息发送，设备保存其余的诊断信息直到下一个可获得的总线扫描周期。GBC保存其接收到的任何诊断信息，该信息被CPU自动读取，并在Versapro软件的PLC故障表中显示。

    CPU的扫描既可以尽可能快的进行也可以被分配一个恒定的时间段。不管是否使用恒定的扫描时间，CPU的扫描总是从执行逻辑程序及变I/O开始，其余的时间用于通讯及后台任务。

    GE90-30系列PLC有两种冗余方式，本套系统采用的是HBR冗余中的“HotStandby(热备)”模式。

    Maxon主要用于完成冗余系统(PLCA，PLCB)之间用户数据范围的定义、冗余变量的定义及冗余软件与VersaPro之间的结合。由于Maxon1.5与VersaPro2.02之间的版本兼容性问题，VersaPro的组态包括PLC硬件配置的组态及逻辑组态两部分，由编程器执行逻辑及配置信息的下装。

    I/O系统的硬件配置由编程器来完成。通过编程器可设置NIU在Genius总线上的地址，所挂I/O模件的类型，每个通道的信号形式、范围与通讯有关参数的设置等。通过接口线缆将编程器的COM口和每个I/O站的NIU接口连接，并将相应组态文件下装。

    PLC硬件组态包括CPU的组态、GBC(2个)的组态及以太网卡的组态。

    本系统所选用的CPU为IC693CPU364，在CPU的组态过程中，需要注意的问题为：(1)对于双机热备的控制系统，在CPU的组态中，主PLCCPU的ChksumWrds被设置为11，备PLCCPU的ChksumWrds被设置为12，对于单片机系统该值为8。(2)SWEEPMODE通常设置为“NORMAL”。

    本系统所选用的以太网卡为IC693CMM321，在以太网卡的组态过程中需设置的内容为：(1)IPAddress(IP地址)：用于标识TCP/IP主机的32位地址。(2)SubnetMASK(子网掩码)：辨别某IP地址是在本地网络还是在远程网络。

    本系统所选用的GBC卡为IC693BEM331，在GBC的组态过程中，需要注意的内容为：(1)PLCA中的两炔GBC的SBA均为31，PLCB中的两块GBC的SBA均为30。(2)对于冗余系统，GBC中bbbbbDef选项为OFF，Outatatart选项为DISABLE。

    本系统的上位控制层采用的是美国GEFanuc公司推出的能够提供企业级解决方案的人机界面和数据采集与监督控制软件CIMPLICITYHMI6.0。

    3 软件编程

    PLC接收的现场输入模拟信号在CPU中是以0～32000的数值形式表示的，但是，由于各被测参数的测量范围不同，使相同的信号输入，代表的实际工业值却不同，大大降低了程序的可读性，同时给报警的测定运算带来不便，因此，我们对输入信号进行了相应的转换，利用VersaPro软件提供的乘、除运算模块先计算出相应的工程单位值，再进行数值比较，具体公式如下：

    (PV*量程/32000)=工程单位值

    其中PV代表以0～32000表示的现场输入信号值。

    在VersaPro中提供了PID模块，“鞍炼机组”工程中有10个PID控制回路。下面以“主风机润滑油压力控制回路—1412”为例来介绍此模块的用法：

    (1)PIDISA模块    

    PIDISA模块从％R4201开始到％R4240，共占用了40个％R寄存器，其中14个即％R4214就是PID模块的输出“CV”。在PIDISA模块中填上相应的“测量值PV”、“给定值SP”、“手/自动切换开关量MAN”等参数地址，就构成了一个完整的PID控制模块。由于是在上位机HNI中用脚本来控制手动情况下PID的输出，所以“UP”、“DN”参数可以只定义地址，但不使用。

    (2)无扰动切换的实现

    在闭环控制回路中，当进行手/自动切换时要求输出无扰动。实现的办法是在手动状态下，“给定值SP”始终跟踪“测量值PV”的变化，只有这样才能实现从手动到自动状态时输出无扰动。

    经济发展使得人们的生活水平逐渐的提高，但同时也使人们周围的生活环境不断恶化，人们逐渐意识到环境污染的危害，并提出了经济与环境协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关，因为它会直接造成人群死亡率增加，破坏生态系统，造成的经济损失。而火电厂、炼钢厂等工业所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此，国家有关部委了法规要求电厂增加脱硫系统。当前行业内对减排的主要方法有：烟气脱硫。将锅炉烧煤后的烟气通入石灰水中洗气，将硫产物吸收，石灰水洗气后加入氢氧化钠NaOH再生，这就是脱硫。目前应用较为广泛的烟气脱硫工艺有：石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、烟气循环流化床脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫。国内针对过200MW的大型机组考虑采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫。本文结合西门子电气公司西门子系列PLC在山西某自备发电厂（简称弘电）2×200MW机组烟气脱硫系统的实际应用，着重探讨石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫监控系统部分设计与实际应用。

    2、湿法脱硫工艺简介

    石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺采用易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水磨制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与气接触混合，烟气中的与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，终反应产物为石膏。其反应原理可用以下化学反应方程来描述：

    CaCO3+SO2=CaSO3+CO2

    2CaSO3+O2=2CaSO4

    弘电脱硫工艺系统由三个子系统组成：#1炉系统，#2炉系统和公用系统。其中#1炉系统与#2炉系统的组成结构基本一样，分别负责来自1号和2号锅炉烟气的脱硫任务，按功能分成烟道功能子系统和吸收塔功能子系统。公用系统是指#1炉和#2炉共同使用的功能设备的统称，按功能划分为公用辅助系统、石灰石卸料与磨制系统和废水处理系统等。

    3、脱硫控制系统

    根据上述脱硫系统的特点，整个控制系统也划分三个子系统，共采用三对西门子电气公司的西门子系列PLC300系列控制器组成冗余的控制系统和网络，控制器通过西门子系列N以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站，采用双机热备运行方式。

    脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流，从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有：锅炉的负荷、锅炉油工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有：旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行，所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。

    #1炉和#2炉设备是相对立的，它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统，#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护，这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输，从而节省了重复的IO电缆铺设费用。脱硫DCS系统主要实现的功能有：数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），组态软件和顺序控制系统（SCS）。

    （1）数据采集系统（DAS）

    数据采集系统按所选定的数据采集设备的采样速率，周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示，作为运行人员监视和操作现场设备的依据。

    数据采集系统的基本功能有：数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。

    数据采集系统是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态，然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后，将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的，脱硫DCS系统拥有两个数据库：一个是控制器数据库，另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接，按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化，并同时对上位机数据库与画面显示进行新。

    （2）模拟量控制系统（MCS）

    模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能，脱硫控制系统的主要闭环调节回路有：增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节，还有公用系统中的滤饼厚度调节等。

    ●增压风机入口压力调节

    增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值，测量实际运行的压力，然后进行比较得出偏差，偏差经过控制算法计算，得出调节量作用在增压风机的调节导叶上，使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。

    增压风机入口压力闭环调节控制算法通常是PID调节，这是因为PID算法简单而且能够满足工程的要求。为了提高压力调节的响应速度，将锅炉负荷作为前馈量引入到调节中，从而缩短了调节时间和减小了调量。

    ●吸收塔液位自动调节

    高温气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水，使得浆液变稠，脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水，通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行。除雾器冲洗系统由32个电磁阀组成，每组8个，共四组。它们是按一定的顺序轮流开关，两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节。

    在所能参考的资料中还没有的吸收塔液位与气流量关系的数学模型，根据热力学原理，由进入吸收塔内的气流量及其在塔内的热量交换可以计算出蒸发与饱和作用带走的水量率，定吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间为常数，只要烟气所带走的水量率按时间作积分所得的值等于每次冲洗所能的水量时，则进行冲洗。由此得到了吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔，它随着烟气流入量的波动而变化。

    在弘电项目的吸收塔液位调节算法中，增加了一个阈函数，意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。其基本原理是当吸收塔液位偏差的大于预先设定的阈值时，吸收塔调节时间将乘以一个惩罚系数，促使调节往收敛方向加速发展。惩罚系数可以是偏差函数或者是常数，在弘电的脱硫系统中，液位偏差落在偏差阈值内时，惩罚系数为1，当出现正偏差并出阈值时，惩罚系数可取为大于零而小于1的数值，这样就能减少除雾器冲洗门两次冲洗的等待时间；当出现负偏差并出阈值时，可将惩罚系数取为大于1的数值，从而延长冲洗间隔时间，添加了惩罚系数能使控制效果得到好的改善。

    ●石灰石供浆流量调节

    石灰石供浆流量调节的目的在于调节吸收塔内的pH值，使烟气与石灰石浆液在适合的pH值下发生化学反应，这是保证脱硫质量的关键之处。

    采用普通的PID控制时，由于pH值具有较大的滞后，控制效果并不理想。考虑到影响吸收塔pH值的主要因数是烟气中的硫元素与浆液中的钙元素的摩尔比，因此在弘电脱硫系统中使用了串级PID控制的思想。引入了硫钙比闭环调节的石灰石供浆流量调节后使得系统的反应速度和调量等都有了较大的改善。

    硫元素和钙元素的摩尔比不能直接测出，只能经过间接的方式求出。脱硫系统安装有原烟气分析仪和烟气差压计，经过流体力学中的伯努利方程计算可以粗略得到烟气的流量值，进一步算出硫的摩尔数，将主控回路中的输出作为修正系数算出与硫摩尔数对应的钙摩尔数，根据现场安装的石灰石浆液密度和供浆流量算出钙的摩尔数，比较得出偏差，经副控回路计算后作用在供浆调节阀上。

    ●滤饼厚度调节

    石膏浆经过旋流后，底流将输送到真空皮带进行真空脱水，为了保证脱水效果，滤饼厚度要控制在一定的范围之内。滤饼的厚度往往容易受到底流浆液密度和流量变化的干扰，因此通过设立一个滤饼厚度调节降低操作人员手动介入操作的频率，降低操作人员的劳动强度。

    滤饼厚度调节是通过测量滤饼的厚度与工艺设定值做比较，进行偏差抑制的PID运算，得到的输出作用在真空皮带的变频器上，以达到运行的期望。其原理比较简单，采用常规的PID算法即可。实际南通弘电石膏滤饼厚度测量仪表安装位置不当，造成了为严重的滞后，采用常规PID算法会出现不稳定的效果。为此，在工程中应用了其他的控制方法，譬如适当延长PID调节的采样周期或者采用智能控制方法，都可以使系统稳定在一定范围之内，效果有了较大的提高。

    （3）组态软件的选择

    在众多的组态软件中，常见的组态软件有wincc、ifix、intoch和国内开发的组态软件组态王等。其软件各种开发功能各有千秋。其中IFIX软件是美国的工控组态软件，在美国工控软件中。IFIX软件适用于各种PLC,例如支持西门子200300400,三菱A系列，Fx系列;，GE等。支持各种工控板卡，RS_232，RS_485，honywell公司R_150，R_160，S9000，各种智能变送器。也可用于工业控制管理网络。IFIX是一个软件系统。其部分提供了各种基本功能，这些功能使得应用程序可以执行的任务。其中两个基本的功能是数据采集和数据处理。IFix提供了大量的IO驱动器。这些驱动器具有查错、报告、恢复、内置数据以及支持冗余通讯。IFIX软件还支持DDE服务器。IFix提供和特殊的IO设备的各种IO驱动程序，由于每个IO驱动支持特定的硬件，因此每个IO驱动由各自的手册介绍。IFIX软件是真正32位软件,支持bbbbbbSNTbbbbbbS2000。IFIX软件具有强大的网络功能,支持NetbiosTcpip。IFIX软件支持200多种国内外PLC,DCS,IO板卡产品,可为产品定做驱动程序。

    ●IFIX软件采用DLL通讯方式，采样速度快，性高；

    ●IFIX软件具有强大的ODBC技术，支持Oracle，Sybase，FoxPro等关系数据库；

    ●IFIX增加了OPC功能(OLE方式的IO设备驱动程序接口)；

    ●IFIX内嵌VBA,以及双机热冗余功能。

    采用那种组态软件并不重要，关键是利用软件实现工程设计中的控制思想和控制模式。IFIX软件有这么多优点，把它作为自控系统的开发软件是的选择之一。

    （4）顺序控制系统（SCS）

    顺序控制系统（SCS）可以使操作人员在控制室内监视和控制脱硫系统的所有电机、阀门，并实现设备的连锁及保护。顺序控制系统（SCS）能完成大量设备的高度智能化控制，它将设备按功能相关原则归组和划分为功能组和功能子组，按照所编写的程序一步一步执行下去，从而减少了操作人员的手动介入，降低了操作人员的劳动强度和误操作风险。

    系统中的任一种设备或功能组都可以抽象为一个函数模块。根据设备的不同，其函数模块也会表现为形式参数、内部条件判断和输出的不同。

    函数模块一般都包括以下形式参数操作员输入指令;自动控制输入指令;保护连锁输入指令;各种指令屏蔽条件;指令互锁;设备状态反馈。

    函数内部条件判断是编程人员依据工艺的要求编写的判断程序,以保证各种指令按照人们的期望执行下去。

    输出则是输入经过内部判断所希望得出的，譬如说某电机或功能组具有自动控制ON指令输入并且内部条件判断满足，则输出为电机或功能组启动。

    脱硫系统的主要顺序控制组有：烟道系统、挡板密封风机、气气换热器、净化风机、增压风机、吸收塔系统、石灰石浆液泵、循环浆泵、除雾器、石膏排出泵、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水系统、工艺水泵、废水处理系统和石灰石输送及制浆系统等。

    每个单元的热工保护直接在各个单元控制器中实现，它们作为设备函数模块的保护参数输入驱动设备。一些参与保护的重要模拟量的采用三取二的表决原则或采用双重测量方式，以保证系统运行的性。由于旁路挡板在脱硫系统中的特殊地位，在远程操作站上专门设有紧急开启按钮，直接通过硬接线操作旁路挡板和向DCS控制系统发送紧急开启信号。

    4、分析及讨论

    弘电脱硫系统#1炉单元和公用系统已投运，#2炉单元也将在年底投运。由#1炉实际运行效果来看，采用西门子系列PLC控制后大大降低了操作人员的劳动强度和系统运行的性与连续性，能够实现大型DCS控制系统的功能，并且它们的运算处理时间相差并不大，而在成本与开放性上PLC比DCS有较大的优势。自控系统是烟气脱硫工程的神经，是地把脱硫工艺和工业自动化系统结合起来，达到大脱硫效果。自控系统的好坏直接决定了脱硫工程项目实施的成败，国内烟气脱硫项目在工程施工和调试阶段暴露很多问题，而这些问题直接的原因是自控系统的设计不合理。脱硫工艺有上百种，只有把脱硫工艺和自动化系统的结合起来，才能发挥大的效益；当两者结合到一起时也带来了许多技术方面和工程方面的难题，值得国内业界**的思考和探索。