一、項(xiàng)目簡介
1、工程簡介
內(nèi)蒙霍煤鴻駿鋁電自備電廠位于內(nèi)蒙古霍林格勒市，屬于內(nèi)蒙霍煤集團(tuán)總公司。一期20萬千瓦機(jī)組即將投產(chǎn)發(fā)電，二期30萬千瓦機(jī)組已開工建設(shè)。采用火電蒸汽輪機(jī)組發(fā)電，除塵系統(tǒng)采用空壓機(jī)氣力輸灰自動(dòng)控制系統(tǒng)。
2、項(xiàng)目的大致情況
本控制系統(tǒng)采用西門子S7400系列中的CPU414-4H容余系統(tǒng)，上位機(jī)使用WINCC實(shí)時(shí)操作和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)使用了西門子工業(yè)光纖交換機(jī)OSMTP62實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)通訊，CPU414-4H采用H960同步子模塊構(gòu)建了硬件冗余系統(tǒng)，使用CP443-1工業(yè)以太網(wǎng)模塊通訊，WINCC上位機(jī)使用CP1613通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與冗余PLC的通訊。現(xiàn)場控制系統(tǒng)采用冗余的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)IM153-2從站，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集和控制。
二、系統(tǒng)介紹
1、項(xiàng)目的簡要工藝
本系統(tǒng)包括1號(hào)2號(hào)流化爐輸灰系統(tǒng)、3號(hào)4號(hào)燃煤爐輸灰系統(tǒng)、各輸灰系統(tǒng)的灰斗氣化系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、灰?guī)烨袚Q閥控制和灰?guī)鞖饣到y(tǒng)、撈渣碎渣除渣設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
空壓機(jī)系統(tǒng)為輸灰系統(tǒng)的氣動(dòng)設(shè)備控制、灰?guī)斐龎m器和除渣系統(tǒng)脫水倉排渣門提供氣源。在輸灰前必須保證空壓機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)正常運(yùn)行，1號(hào)2號(hào)流化爐、3號(hào)4號(hào)燃煤爐各有4個(gè)除塵電廠組成，每個(gè)除塵電廠可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制，各電廠的循環(huán)時(shí)間、進(jìn)灰時(shí)間、輸灰時(shí)間可以單獨(dú)設(shè)定，灰?guī)烨袚Q閥可以根據(jù)進(jìn)灰的料位高低手、自動(dòng)切換。當(dāng)各電廠閥位和密封圈故障、空壓機(jī)壓力低故障等發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警或停機(jī)，數(shù)據(jù)庫并且會(huì)自動(dòng)記錄。
2、項(xiàng)目當(dāng)中使用的西門子自動(dòng)化產(chǎn)品
CPU：CP414-H、H960同步冗余模塊 ;通訊卡：CP443-1、 CP1613 ；
工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)：OSMTP62 ；ET 200M（包含了 PS、IM、DI，DO，AI HART，AIRTD，AI TC，AO，和其他通訊模塊等等）。
三、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、整個(gè)項(xiàng)目中的硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （如下圖Figure 1-1 所示）



(硬件組態(tài)圖)
2、軟件平臺(tái)
本計(jì)算機(jī)采用WINDOWS2000操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用西門子STEP7軟件平臺(tái)（用于控制系統(tǒng)組態(tài)和編程）以及WINCC（上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件）開發(fā)。通過STEP7軟件編好的程序已下載固化在控制器中，操作員只需在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上通過畫面信息和執(zhí)行操作以保證輸灰的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)采用雙監(jiān)控WINCC系統(tǒng)，一主一備，當(dāng)一臺(tái)監(jiān)控電腦出問題時(shí)，可以直接使用另一臺(tái)備用電腦監(jiān)控和操作。同時(shí)一臺(tái)電腦工作，另一臺(tái)電腦可以實(shí)時(shí)不中斷修改PLC程序并且下載。
四、控制系統(tǒng)完成的功能
1、PLC程序的簡要介紹
本系統(tǒng)的PLC控制程序采用結(jié)構(gòu)化編程如下簡圖所示：

2、WINCC監(jiān)控操作畫面

3、程序控制主要功能
①、燃煤爐輸灰系統(tǒng)控制
燃煤爐輸灰包括3號(hào)燃煤爐輸灰和4號(hào)燃煤爐輸灰，各自獨(dú)立運(yùn)行。每個(gè)鍋爐輸灰包括四個(gè)電場的輸灰控制。以3號(hào)燃煤爐輸灰為例（4號(hào)燃煤爐輸灰與之相同）：
\3號(hào)燃煤爐輸灰前必須滿足的條件
1)空氣壓縮機(jī)已啟動(dòng)，且滿足6kg的氣源壓力
2)3號(hào)燃煤爐輸送氣壓力接點(diǎn)閉合
3)燃煤鍋爐灰斗氣化系統(tǒng)正常運(yùn)行
4)各電場就地柜上的控制方式設(shè)定為遠(yuǎn)程控制模式
5)各電場進(jìn)料閥和出料閥的開關(guān)正確且能及時(shí)反饋正確的開限位和關(guān)限位信號(hào)
6)進(jìn)料密封閥和出料密封閥的開關(guān)正確且能及時(shí)反饋正確的對應(yīng)密封壓力信號(hào)
7)各發(fā)送器的料位計(jì)能正確判斷是否有料（有灰）
8)自動(dòng)輸灰工作參數(shù)設(shè)定正確（在[系統(tǒng)參數(shù)]畫面內(nèi)設(shè)定，T2<T3）
9)輸灰管道切換閥指示的下料灰?guī)斓牧衔晃吹礁呶?BR>（2）、各電場輸灰時(shí)必須滿足的條件
1)同一時(shí)間只允許有一個(gè)電場在輸灰，不允許二個(gè)以上的電場同時(shí)輸灰
2)某個(gè)電場在輸灰前其余電場的出料閥必須關(guān)閉到位，出料密封圈必須加壓且出料密封壓力到
3)各電場無報(bào)警指示，如有，必須將其復(fù)位（點(diǎn)擊控制按鈕，在彈出的控制畫面中按下發(fā)送器報(bào)警復(fù)位按鈕）并排除故障。
（3）、各電場輸灰控制模式
各電場的輸灰控制分為就地手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)3個(gè)控制模式。
就地手動(dòng)：當(dāng)就地控制柜的控制方式開關(guān)設(shè)為就地時(shí)為就地手動(dòng)模式，操作員手動(dòng)操作電磁閥的開啟和關(guān)閉來控制氣動(dòng)閥門的開關(guān)，此時(shí)在上位計(jì)算機(jī)畫面上無法進(jìn)行對設(shè)備的控制。
遠(yuǎn)程手動(dòng)：當(dāng)就地控制柜的控制方式開關(guān)從就地設(shè)為遠(yuǎn)程時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)模式，此時(shí)操作員可在計(jì)算機(jī)畫面上實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，操作員可根據(jù)畫面上閥門的開關(guān)限位反饋信號(hào)判斷當(dāng)前閥門位置（除進(jìn)料閥和出料閥外其余閥門沒有限位反饋信號(hào)）。在遠(yuǎn)程手動(dòng)模式下操作員可按照輸灰流程圖（在[系統(tǒng)參數(shù)]畫面中）對各電場進(jìn)行手動(dòng)輸灰。
遠(yuǎn)程自動(dòng)：當(dāng)就地控制柜的控制方式開關(guān)從就地設(shè)為遠(yuǎn)程時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)模式，操作員可點(diǎn)擊對應(yīng)電場的控制按鈕，在彈出的控制畫面中將遠(yuǎn)程控制方式設(shè)定為遠(yuǎn)程自動(dòng)，系統(tǒng)將該電場輸灰投入自動(dòng)運(yùn)行。操作員可查看輸灰畫面右面的各電場自動(dòng)輸灰工作狀態(tài)來獲取輸灰的自動(dòng)執(zhí)行情況。
故障復(fù)位：就地手動(dòng)和遠(yuǎn)程手動(dòng)操作時(shí)因系統(tǒng)不監(jiān)視設(shè)備反饋信號(hào)所以不會(huì)發(fā)出報(bào)警。在自動(dòng)輸灰時(shí)系統(tǒng)將嚴(yán)格監(jiān)視設(shè)備的反饋信息，如果自動(dòng)輸灰時(shí)發(fā)生故障，系統(tǒng)將中止該電場輸灰，所有閥門保持報(bào)警前的狀態(tài)，此時(shí)操作員可根據(jù)畫面最上面的報(bào)警提示框內(nèi)容和畫面報(bào)警信息（故障設(shè)備圖標(biāo)閃爍）作出故障判斷，點(diǎn)擊對應(yīng)電場的控制按鈕，在彈出的控制畫面中按下發(fā)送器報(bào)警復(fù)位按鈕，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)將控制模式轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)，操作員可在控制畫面中手動(dòng)控制故障設(shè)備，確認(rèn)排除故障后再次恢復(fù)遠(yuǎn)程自動(dòng)模式。
控制模式優(yōu)先選擇：
輸灰時(shí)如滿足以上1、2條件，操作員優(yōu)先選擇遠(yuǎn)程自動(dòng)模式，如遠(yuǎn)程自動(dòng)不能正常進(jìn)行，可選擇遠(yuǎn)程手動(dòng)模式，若遠(yuǎn)程手動(dòng)無法正常操作，選擇就地手動(dòng)模式。
單個(gè)電場輸灰控制流程：參見如下[系統(tǒng)參數(shù)]畫面中的控制流程圖。

輸灰的自動(dòng)控制執(zhí)行規(guī)則：
各電場的自動(dòng)輸灰控制采用任務(wù)優(yōu)先級控制，當(dāng)某電場從遠(yuǎn)程手動(dòng)模式切入遠(yuǎn)程自動(dòng)模式時(shí)，該電場將啟動(dòng)進(jìn)料延時(shí)，當(dāng)料位信號(hào)到或進(jìn)料時(shí)間到，電場發(fā)送器將自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥、平衡閥并將進(jìn)料密封閥加壓，密封壓力到后該電場將進(jìn)入系統(tǒng)輸灰任務(wù)列表（排在最后），當(dāng)系統(tǒng)輸灰任務(wù)列表中排在前面的所有電場輸灰完畢后它才啟動(dòng)輸灰。自動(dòng)輸灰結(jié)束后開始進(jìn)料，同時(shí)進(jìn)料定時(shí)器重新開始定時(shí)。
對系統(tǒng)輸灰任務(wù)列表來說，所有電場的輸灰執(zhí)行先進(jìn)先輸灰的原則。
在發(fā)生以下情況時(shí)，該電場將從任務(wù)列表中自動(dòng)刪除：
* 該電場輸灰完成
* 該電場在輸灰過程中發(fā)生故障
* 該電場未輪到輸灰，但操作員將其切換成遠(yuǎn)程手動(dòng)或就地手動(dòng)

燃煤爐自動(dòng)輸灰工作狀態(tài)指示
在燃煤爐輸灰畫面右面可看到3號(hào)燃煤鍋爐自動(dòng)輸灰工作狀態(tài)指示，可能出現(xiàn)的工作狀態(tài)有：

當(dāng)前無輸灰任務(wù)

準(zhǔn)備一電場輸灰，正在關(guān)閉二三四電場出料閥

啟動(dòng)一電場輸灰

出料閥關(guān)閉出錯(cuò)！所有電場已轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)

準(zhǔn)備二電場輸灰，正在關(guān)閉一三四電場出料閥

啟動(dòng)二電場輸灰

出料閥關(guān)閉出錯(cuò)！所有電場已轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)

準(zhǔn)備三電場輸灰，正在關(guān)閉一二四電場出料閥

啟動(dòng)三電場輸灰

出料閥關(guān)閉出錯(cuò)！所有電場已轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)

準(zhǔn)備四電場輸灰，正在關(guān)閉一二三電場出料閥

啟動(dòng)四電場輸灰

出料閥關(guān)閉出錯(cuò)！所有電場已轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程手動(dòng)

輸送氣接點(diǎn)壓力故障， 檢查空壓機(jī)系統(tǒng)！

各電場飛灰發(fā)送器輸灰狀態(tài)指示
可能出現(xiàn)的輸灰狀態(tài)指示有：

就地手動(dòng)

遠(yuǎn)程手動(dòng)

遠(yuǎn)程自動(dòng)：等待料位到或時(shí)間間隔到

準(zhǔn)備輸灰：關(guān)進(jìn)料閥、關(guān)平衡閥

準(zhǔn)備輸灰：進(jìn)料閥1未開到位報(bào)警！

準(zhǔn)備輸灰：進(jìn)料閥2未開到位報(bào)警！

準(zhǔn)備輸灰：進(jìn)料閥密封圈加壓

準(zhǔn)備輸灰：密封圈壓力未到報(bào)警！

準(zhǔn)備輸灰：等待輸灰允許

輸灰開始：出料閥泄壓

輸灰開始：開出料閥

輸灰開始：出料閥未開到位報(bào)警！

輸灰開始：開進(jìn)氣閥、開補(bǔ)氣閥

正在輸灰

吹堵開始：關(guān)進(jìn)氣閥、關(guān)補(bǔ)氣閥

正在吹堵：開吹堵閥

吹堵結(jié)束：關(guān)吹堵閥

吹堵結(jié)束：開進(jìn)氣閥、開補(bǔ)氣閥

輸灰結(jié)束：關(guān)進(jìn)氣閥、關(guān)補(bǔ)氣閥

輸灰結(jié)束：關(guān)出料閥

輸灰結(jié)束：出料閥未關(guān)到位報(bào)警！

輸灰結(jié)束：出料密封圈加壓

輸灰結(jié)束：出料密封壓力未到報(bào)警！

輸灰結(jié)束：進(jìn)料密封圈泄壓

輸灰結(jié)束：開進(jìn)料閥、開平衡閥

輸灰結(jié)束：進(jìn)料閥1未開到位報(bào)警！

輸灰結(jié)束：進(jìn)料閥2未開到位報(bào)警！

堵灰報(bào)警：吹堵次數(shù)超過2次！

在自動(dòng)輸灰時(shí)出現(xiàn)的倒計(jì)時(shí)為輸灰間隔定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。
（4）、灰?guī)旒俺O(jiān)控系統(tǒng)
灰?guī)旒俺O(jiān)控系統(tǒng)包括灰?guī)炝衔槐O(jiān)視、4個(gè)輸灰切換閥和4個(gè)切換密閉閥的監(jiān)控、2個(gè)布袋除塵器的啟?？刂啤⒒?guī)鞖饣到y(tǒng)及除渣系統(tǒng)（包括燃煤爐的4個(gè)撈渣/碎渣機(jī)、2個(gè)沖渣水泵、1個(gè)渣漿提升泵、3個(gè)排泥泵和2個(gè)高效濃縮機(jī)和流化爐的4個(gè)鏈斗輸送機(jī)、6個(gè)滾筒冷渣機(jī)）。
灰?guī)烨袚Q閥的控制
當(dāng)操作員選擇[去灰?guī)煲籡時(shí)，控制系統(tǒng)先將密閉閥泄壓，等待密閉閥壓力信號(hào)消失后，切換閥關(guān)閉，切換閥關(guān)限位到后再將密閉閥加壓。
當(dāng)操作員選擇[去灰?guī)於時(shí)，控制系統(tǒng)先將密閉閥泄壓，等待密閉閥壓力信號(hào)消失后，切換閥打開，切換閥開限位到后再將密閉閥加壓。
系統(tǒng)在等待切換閥的開關(guān)限位和密閉閥壓力信號(hào)超過5秒后將產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息。
布袋除塵器的控制：每個(gè)灰?guī)煊幸粋€(gè)布袋除塵器，當(dāng)系統(tǒng)檢測到某一灰?guī)煊谢疫M(jìn)入時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)該灰?guī)斓牟即龎m器，輸灰結(jié)束后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉布袋除塵器。操作員也可手動(dòng)啟動(dòng)除塵器，但在灰?guī)爝M(jìn)灰時(shí)是不允許關(guān)閉的。
提示：當(dāng)自動(dòng)輸灰進(jìn)行前系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前輸灰管道進(jìn)灰的灰?guī)炝衔皇欠褚训礁呶?，若已到高位，輸灰程序?huì)自動(dòng)切換灰?guī)?。操作員也可在輸灰前遠(yuǎn)程手動(dòng)切換灰?guī)欤谧詣?dòng)輸灰正在進(jìn)行時(shí)不允許切換灰?guī)臁?BR>注意：灰?guī)飚嬅嬷械哪承┏O(shè)備遠(yuǎn)程控制目前無法進(jìn)行，畫面上一些除渣設(shè)備的控制按鈕已經(jīng)設(shè)定動(dòng)作，請不要隨意點(diǎn)擊！如果需要遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場必須有人監(jiān)視，并能和主控室隨時(shí)聯(lián)系。
（5）、系統(tǒng)參數(shù)
[系統(tǒng)參數(shù)]畫面提供了自動(dòng)輸灰所需的一些時(shí)間參數(shù)。其中：
T1：進(jìn)料時(shí)間（10-9990秒），單位：10秒
T2：最小輸灰時(shí)間（0-999秒）15秒
T3：最大輸灰時(shí)間（0-999秒）5分鐘
T4：吹堵時(shí)間（0-999秒）
目前只有2號(hào)流化爐輸灰和3號(hào)燃煤爐輸灰參數(shù)可以設(shè)定。
注意：參數(shù)設(shè)定請?jiān)诟鳡t輸灰停止時(shí)進(jìn)行，在輸灰運(yùn)行中不可更改參數(shù)！注意T2應(yīng)小于T3！，T1允許輸入的最大時(shí)間為9990秒。
（6）、報(bào)警記錄
[報(bào)警記錄]畫面記錄系統(tǒng)所有的歷史報(bào)警。最大儲(chǔ)存1000條歷史報(bào)警，第1001條將覆蓋第1條報(bào)警記錄。
每條報(bào)警信息包括：日期、時(shí)間、類型、來源、狀態(tài)、內(nèi)容、提示和操作員。
類型：包括故障、警告、提示
故障：設(shè)備發(fā)生故障，需要人為干預(yù)并排除
警告：設(shè)備當(dāng)前接近臨界狀態(tài)，需要操作員特別注意
提示：一些涉及系統(tǒng)控制的重要操作信息
來源：指示該消息來自何處
狀態(tài)：分到達(dá)、離開、確認(rèn)
到達(dá)：該信息發(fā)生，若為故障，指示該故障產(chǎn)生
離開：該信息消失，若為故障，指示該故障消失
確認(rèn)：操作員通過報(bào)警確認(rèn)按鈕確認(rèn)了該條記錄。
系統(tǒng)確認(rèn)：該消息或故障產(chǎn)生后又自動(dòng)消失
操作員：指示當(dāng)前操作員（登陸者）名稱
（7）、注意事項(xiàng)
本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，但仍需很好的維護(hù)，工作中請注意以下幾點(diǎn)：
1）、保持控制室的清潔并維持正常的室內(nèi)溫濕度。
2）、控制器為電子精密儀器，不要隨意觸摸，維護(hù)計(jì)算機(jī)和液晶顯示器的清潔。
3）、監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)不應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存一些與系統(tǒng)無關(guān)的外來文件或游戲以防病毒進(jìn)入系統(tǒng)，必要時(shí)安裝正版殺毒軟件并及時(shí)更新病毒庫。
4）、不要隨意更改控制柜內(nèi)接線，若確實(shí)需要，請聯(lián)系設(shè)備廠家并嚴(yán)格按圖紙執(zhí)行。
5）、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，任何一個(gè)從站的電源不能切斷，否則PLC將會(huì)報(bào)警停止運(yùn)行，
如果任何一個(gè)從站發(fā)生意外掉電情況，造成PLC停機(jī)無法正常運(yùn)行，必須首先恢復(fù)從站電源，PLC便會(huì)自動(dòng)投入正常運(yùn)行，如果PLC還是紅燈報(bào)警，可以復(fù)位PLC便可消除故障。
6）、所有閥的到位開關(guān)信號(hào)要定時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)信號(hào)不到位，可能是到位開關(guān)堵灰，要立即清理。
（8）、項(xiàng)目中的難點(diǎn)和體會(huì)
在1#燃煤爐、2#燃煤爐的四個(gè)電廠全部投入自動(dòng)輸灰時(shí)，四個(gè)電廠需要采取隨即先到先輸?shù)哪Ｊ竭\(yùn)行，壓棧、出棧程序就完成了這個(gè)任務(wù)。程序采用先進(jìn)先出的邏輯進(jìn)行，需要首先開辟4個(gè)緊連的順序地址區(qū)，指針并且要指到第一個(gè)索引地址區(qū)，當(dāng)任何一個(gè)電廠完成進(jìn)灰階段準(zhǔn)備輸灰時(shí)，就把自己的序號(hào)壓進(jìn)第一個(gè)地址區(qū)（稱作為壓棧），指針然后遞減到下一個(gè)索引號(hào)；當(dāng)前電廠的輸灰任務(wù)完成時(shí)，自己的輸灰序號(hào)自動(dòng)從順序地址區(qū)彈出（稱作為出棧），指針然后遞增返回前一個(gè)地址索引號(hào)。
壓棧/出棧子程序的難點(diǎn)就在于對指針的靈活運(yùn)用和對壓棧、出棧概念的理解，一旦指針的索引出錯(cuò)，整個(gè)輸灰程序就會(huì)亂套，無法完成輸灰任務(wù)。
五、 結(jié)束語
自2005 年6 月投產(chǎn)以來，氣力輸灰除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作靈活方便，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。電氣故障率相對較低，從而為電廠發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。有效地提高了生產(chǎn)效率。
六、附圖

參考文獻(xiàn)
1、WinCC使用手冊SIEMENS
2、S7-300、S7-400語句表編程參考手冊SIEMENS
3、STEP 7 V5.2編程使用手冊SIEMENS
4、SIMATIC NET使用手冊SIEMENS
5、S7-H系統(tǒng)使用手冊SIEMENS

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