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1.  概述

 随着环保要求的越来越高，对电厂排放超标的烟气举行脱硫处置惩罚已是现代电厂建设的主要组成部分。现在，我国已有石灰石/石膏湿法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、常压循环流化床法、海水脱硫法、电子束法、烟气循环流化床等 10 多种要领，其中石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺在烟气脱硫工艺中约占 90 %以上。而就全天下而言，脱硫工程最多的国家如日本、美国、德国，他们主要接纳烟气脱硫的要领，并且其中 85%以上是用石灰石/石膏湿法工艺。蓬勃国家的履历批注,石灰石/石膏湿法烟气脱硫手艺是一种最成熟的脱硫工艺手艺。现基于SIEMENS公司的PCS 7系统，为某新建电厂的 2×300MW 燃煤机组设计石灰石/石膏湿法烟气脱硫控制系统。

SIMATIC PCS 7 是 SIEMENS 公司团结先进的电子手艺、网络通讯手艺、现场总线手艺、图形及图像处置惩罚手艺、盘算机手艺和先进的自动化控制理论，在 S5、S7 系列可编程控制器及 TELEPERM 系列集散控制系统的基础上，面向所有历程控制应用场合开发的先进控制系统。系统既接纳了 DCS 的系统构架，拥有一个全局数据库，又使用了 PLC 的硬件平台，可谓综合了 PLC 和 DCS 的优点，是一个先进的全集成(TIA)自动化控制系统。

2.  湿法脱硫系统概述

锅炉引风机倾轧的烟气通过布袋除尘器除尘后，经增压风机增压以战胜脱硫系统的阻力，进入烟气换热器（GGH）举行降温，降温是为；の账的内部结构。经降温的烟气进入吸收塔与喷淋的石灰石浆液接触，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及加入的氧化空气举行化学反应，最后天生二水石膏，由吸收塔排浆泵倾轧，进入一、二级石膏脱水系统，最后由传送带运至石膏储仓。脱硫后的净烟气依次经由除雾器除去水滴，再经由烟气换热器加热升温后，通过原有烟囱排入大气。湿法脱硫系统工艺如图1。

凭证上述工艺，在控制系统中，兼顾到操作画面切换速率和辖档枉程的完整性，把整个工艺流程分为如下几个子系统：

a) #1 单位机组脱硫系统：烟气系统、烟气换热系统、增压风机系统、吸收塔系统和吸收塔集水坑系统；

b) #2 单位机组脱硫系统和#1 单位机组脱硫系统划分相同；

c) 公用系统：石灰石卸料系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、石膏储仓系统、氧化空气系统、压缩空气系统、工业水及工艺水系统、事故浆液池系统和废水处置惩罚系统；

d) 电气系统：脱硫 PC 段电气系统和脱硫保安段电气系统。

3.  控制系统简介

PCS 7 控制系统所有软件都放在 SIMATIC Manager 治理器下集中治理，主要具有以下功效：建设项目、硬件组态及参数设定、硬件网络设置、控制逻辑组态、调试程序和人机界面设计。下面凭证脱硫控制系统设计流程详细先容各功效的实现。

3.1 硬件组态及参数设定

控制系统设计的第一步就是建设个项目，然后在 HW Config 界面下，从 PCS 7 系统库里选择所需的硬件，好比 CPU、I/O 卡件、通讯？榈，以适当的方法组织起来，再针对响应的硬件举行详细的参数设定。硬件组态实质上是对控制系统主站硬件的软件形貌，在此基础上凭证 I/O 测点清单建设符号表，举行硬件通道分派。

3.2 硬件网络组态

硬件网络组态即为工程师站、效劳器、操作员站和控制系统主站的 CPU 设置通讯网络，实现相互间的通讯。在 SIMATIC Manager 治理器的 Network Configure 编辑界面下对硬件网络举行设置。

3.3 控制逻辑组态

控制逻辑是用SIMATIC Manager治理器下的CFC（一连功效图）来组态的，CFC是一种用于一连历程自动化控制的图形组态工具。系统预界说了差别的功效块，如PID控制、阀门控制和电机控制等，只需要凭证现实控制工具，从库里找到响应的功效块并放在适当的位置，组态参数，通过强盛的自动寻径和完整的新闻组态函数实现毗连。

3.4 人机界面（HMI）设计

WinCC（Windows Control Center）是一个功效强盛的 HMI 系统，首先，通过 WinCC图形编辑器可以很利便的设计操作和监视画面，并且 PCS 7 系统拥有一个全局数据库，以是 WinCC 可以直接会见已在硬件组态中界说的符号表，从而建设了自动化系统和 HMI 系统之间的通讯链路；其次，报警和新闻系统可以通过 WinCC 报警纪录编辑器来组态，但在 PCS 7 系统中可以直接在控制逻辑组态时选用响应的功效块，通过编译自动天生报警和新闻变量，而不必在 WinCC 中单独组态，提高了系统应用的便当性；再次，还能通过 WinCC 变量纪录编辑器用来组态归档系统，归档是在 Microsoft SQL Server 2000 数据库中完成的，并可以通过历史趋势曲线来审查变量在差别时刻的值。并且 WinCC 照旧一个开放式的系统，可与种种 PLC 毗连。

4.  控制系统硬件设置

本控制系统分为 1 号和 2 号两套完全相同的烟气脱硫系统，约莫有 1556 个控制装备：模拟输入信号（AI）410 点、输出信号（AO）16 点，热电阻（RTD）163 点，信号类型有 4～ 20 mA，1～5 VDC，和热电阻输入信号等？亓渴淙胄藕牛―I）1534 点，输出信号（DO） 726 点？刂乒ぞ哂蟹拧⒌缁 PID 执行机构等，基本包括了历程控制系统温顺序控制系统中所有典范装备,是一个重大的大型控制系统。

4.1 控制系统主站（DPU）

本系总共有５个控制系统主站（DPU），其中＃１、＃２脱硫系统各１个，公用系统２个，事故追忆系统（SOE）１个。除事故追忆系统主站设置了中央控制器（CPU）S7 414-3 （可以知足对程序规模和指令处置惩罚速率以及重大通讯的更高要求）、电源模件 PS 405 20A、时钟同步模件 MCP、通讯模件 CP443-1 和 3 个 32 通道的 DI 模件外，其余主站都配有两套CPU（S7 414-4H 型）互为冗余，是控制系统站的焦点，并通过 PROFIBUS-DP 现场总线扩展若干层 ET200M I/O 站（包括 AI/AO、DI/DO 和通讯模件）。

4.2 上位机监控系统

本系统由 7 台工控机组成，运行平台为 Windows 2000。详细分派如下：

a) 1台作为工程师站，接纳P4 2.8G处置惩罚器、１G内存、２块120G硬盘组成磁盘阵列、千兆以太网卡和CP1613通讯处置惩罚器（工业以太网卡）。其设置组态设计工具PCS7 V6.0，用于对系统举行组态设计,如硬件设置、通讯网络组态、一连温顺序历程运行组态、操作和监控战略设计、通道监测、历程趋势和参数的整定、以及对效劳器和操作员站组态和下载等等。

b) 2 台作为效劳器兼做数据归档效劳器，硬件设置与工程师站基内情同，可是多一个用于设置冗余效劳器系统的串口。两台效劳器互为热备，若其中任何一台爆发故障，则 WinCC 客户机自动切换到目今正常运行的效劳器，提高了系统的可靠性。效劳器设置了 WinCC 效劳器版。

c) 4 台作为操作员站，硬件设置了P4 2.8G CPU、512M 内存、80G 硬盘，操作员站和效劳器以 Client/Server 模式设置运行。设置 WinCC 运行版作为上位机监控系统，并且互为热备冗余，包管了上位系统运行的可靠性。

图 2：系统网络设置

4.3 网络设置

整个控制系统有三层通讯网络组成：以太网、工业以太网和 PROFIBUS-DP 现场总线。整个网络设置示意图如图 2 所示。

a）以太网层：由光纤交流机（OSM）组成的环形光纤网络，可实现 100Mbps快速以太网毗连，用于操作员站、2 台效劳器和 1 台工程师站之间的交流数据。并且，OSM还具有冗余环网治理功效，任何一个节点断开都不影响到网络的正常运行。

b) 工业以太网层：同样由 OSM 组成的环形光纤网络，把效劳器和工程师站设置的通讯处置惩罚器（CP1613）和 5 个控制系统主站（DPU）设置的通讯处置惩罚单位（CP 443-1）毗连起来，实现效劳器、工程师站与各控制系统主站的 CPU 之间的通讯。

c) 现场总线：PROFIBUS-DP 现场总线是一种高速（数据传输速率 9.6Kbps～12Mbps）、经济的装备级网络，带有令牌总线和主从模式的混淆会见历程，用于控制系统主站的 CPU （主站）和漫衍式 ET200M I/O 站（从站）之间的数据通讯，实现现场信号的收罗和处置惩罚。

5.  控制功效实现

DCS 系统主要具备模拟量控制（MCS）和开关量顺序控制（SCS）的功效，在 PCS 7 控制系统中可以很利便的实现这两种功效。

5.1 石灰石浆液流量控制

石灰石浆液流量控制实质上是包管有足量的Ca²⁺和SO₂反应，以是主控回路是凭证烟气中SO₂脱硫量的需要调理供应吸收塔的石灰石浆液流量。脱硫量是通过丈量原烟气流量和吸收塔收支口的SO2含量而获得。由于CaCO3流量的调理影响着吸收塔反应池中浆液的PH值，为了使化学反应更完全，应该将PH 值坚持在5.8～6.2之间；当PH值降低，所需的CaCO3流量应按某一修正系数增添。在机组负荷转变较量大的时间，PH值不加入控制回路的修正，只由主回路举行浆液流量调理；而当机组负荷较稳固的时间，将现实丈量的PH值与设定值举行较量，通过PH值控制器爆发一个修正系数，对所需的CaCO3流量举行修正。将经PH值修正后的所需CaCO3流量与现实的CaCO3流量举行较量，通过PID控制器控制石灰石浆液调理阀的开度？刂苹芈啡缤3所示。在PCS 7 系统库中，有设计好的PID调理器功效块，可直接在CFC中拖放使用，既应用利便又节约了设计的时间和事情量。

5.2 开关量顺序控制

辅机的联锁；ず推敉？刂埔约耙恍┲饕诺目湛刂朴 DCS 中的开关量顺序控制系统（SCS）来完成，实现功效组或子组级的控制，以减轻运行职员劳动强度避免误操作。好比石膏旋流器底流到吸收塔的顺序控制：

办法 1：翻开石膏旋流器底流到吸收塔的阀门；

办法 2：关闭石膏旋流器到脱水机的阀门；

办法 3：竣事；

应用 CFC 设计这样的顺序控制逻辑很是利便，由于 PCS 7 系统库提供了 SGC 和 STEP 功效块。SGC 功效块具有步治理功效，可用于顺序启动温顺序关闭的控制历程，并且在 WinCC 中有标准的控制面板，可以利便的监视执行流程，若是在某步泛起故障，系统会给出报警提醒，还可以由运行职员执行强制跳步功效。STEP 步功效块可以很利便的设置每步要执行的下令，以及每步执行时需要期待、监视和强制跳步的时间。在设计控制逻辑的时间只需要凭证预先设计好的流程把功效块以适当的方法毗连起来即可，如图 4 所示。