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1 引言
　　城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种垃圾焚烧日处理废物能力为1～350t，余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，垃圾焚烧发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。一般来说，大型电厂的主机控制系统是无法采用PLC来控制的，只有一些辅机系统才能够使用PLC。但是，随着现场总线技术及微处理器性能的突飞猛进，PLC集散控制系统已经成功应用在中型及较复杂的控制领域中，例如，垃圾焚烧发电厂就可以使用PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的成本。
　　本文将介绍广东省南海市垃圾焚烧发电厂PLC控制系统，此控制系统由珠海市广东亚仿科技股份有限公司成功开发，并一次成功投入生产运行。
2 控制系统总体方案介绍
制系统采用Siemens S7-400系列PLC，Siemens公司的S7-400系列PLC是90年代推出的S7系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯能力，特别是总线之一的Profibus，得到很多厂家的支持，非常有利于分布式控制系统的使用，Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps。S7-417H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰动自动切换，可用在安全性能要求极高的控制系统中。但是S7-417H双机热备系统造价相对昂贵，为了减少硬件投资，可以选用软件双冗余（用416CPU进行双机热备），采用分布式I/O的Profibus-DP现场控制总线，上位机与PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行通讯, 上位机采用Intouch7.1组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进美国Basic公司的专利技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到国际环保要求, 一期日焚烧处理垃圾200t。该工艺技术在我国具有实际推广的应用价值。
（1） 工作原理
　　垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收。余热锅炉产生的高温高压水蒸汽推动汽机发电，燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此停留时间不少于2s, 使有毒的烟气迅速分解，后经烟气处理设备及除尘设备（电除尘、布袋除尘）处理合格后排入大气。
（2） 环保发电厂主要设备
① 焚化炉锅炉2台，每台主要的技术参数如下:
垃圾处理量: 8.33t/h
产生蒸汽量: 22.5t/h
过热蒸汽压力: 4.0MPa
过热蒸汽温度: 400℃
炉膛温度: 980℃
给水温度: 145℃
② 汽轮机发电机组一套，主要的技术参数如下:
主蒸汽压力: 3.9MPa
主蒸汽温度: 390℃
③ 发电机主要的技术参数如下:
功率: 12000kW
出线电压: 10.5kV
频率: 50Hz
额定转速: 3000r/min
功率因数: 0.8
励磁方式: 无刷励磁系统
④ 烟气处理系统两套
⑤ 配套电气供配电系统
　　该PLC集散控制系统I/O点数有3000余点，其中模拟量300余个。全厂的PLC集散控制系统图如附图所示。


附图 全厂PLC集散控制系统图
3 上位机监控系统配置
　　系统共设4台操作员站，1台工程师站。其中2台操作员站用于炉侧设备的监控，包括焚烧炉、锅炉两套系统，烟气脱硫系统，除灰系统;另2台操作员站用于机侧设备的监控，包括汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它部分。炉侧的两台操作员站和机侧的2台操作员站均为双机热备。炉侧和机侧的操作员站之间功能独立，不能互换操作。工程师工作站，进行系统软件开发组态和警报顺序事件记录，工程师站将能够作为任一操作员站完成相关控制监测功能。工程师站、操作员站及PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行互连通讯。操作系统采用中文bbbbbbs NT 窗口操作系统。1 前言
　　某钢铁厂造型生产线一直以来使用美国TEXAS INSTRUMENTS 公司的MEDEL 560 PLC系统，采用模拟盘操作显示（系统框图见图1）。由于该系统为上世纪80年代的产品，已经严重老化，没有备件更新。因此，生产线急需进行改造。

图1、系统框图
　　根据现场情况，拟设计一套控制系统对生产装置进行控制。新系统要求有数据采集和存储、流程显示及控制、连锁、报警报表, 安全维护等功能。而且稳定可靠，监控画面符合操作习惯。
2 现场总线选择
　　在现场总线领域内,近十年来,世界上出现了多种有影响的现场总线.现已成为德国和欧洲标准的PROFIBUS现场总线,是一种开放的、不依赖于生产厂家的通信系统,是一种比较成熟的总线.
　　此造型生产线系统工艺复杂，I/O点较多且位置分散，其中数字I/O信号184点，模拟信号64路，这些信号分布在整个车间，控制并监测着每部机器的正常运行。基于上述原因,我们在此生产线技术改造工程中采用了PROFIBUS-DP过程现场总线技术, 实现了生产过程的通信、分布式控制、上位机的集中监控及可视化等功能.
3 PLC控制系统设计
　　PLC选型根据通用性、标准性、可靠性等原则，并考虑高的性能价格比，故新建系统采用德国SIEMENS S7-400 PLC作为数据采集控制系统，上位机采用WINCC5.0作为组态软件。
　　SIEMENS 公司是国际上的大公司，其PLC系统成熟、性能稳定、价格适中、备件方便，是一款性能价格比比较高的PLC系统。SIEMENS S7-400 PLC系统采用工业PROFIBUS 局域网形式，结构安全、稳定、可靠、可扩充性强。本设计考虑PLC和扩展单元之间PROFIBUS连接，PLC和总站之间使用ETHERNET连接。这样的设计使得PLC系统相对独立，而操作站与其他网络的连接较为灵活。
　　3.1系统设计
　　控制系统网络结构图如图2所示。

图2 系统网络结构图
　　系统网络结构分为二层，即下层控制网和上层管理网。
　　下层控制网采用双芯屏敝电缆，适合PROFIBUS，满足现场信号的采集、处理和控制器的通讯，为PROFIBUS-DP现场通讯网。
　　上层管理网分为TCP/IP协议的管理以太网，通过OS站、ES站上的网卡连接，主要实现工程师和操作员站之间文件管理。
　　3.2软件及组态设计
　　操作员站OS和工程师站ES均采用微软中文版bbbbbbS 2000和Internet explorer 6.0，使得除工程师组态以外的所有信息、界面均实现汉化。
　　操作员站另加载了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、PDM等监控软件。
　　硬件组态也是一种图形化的组态方式，十分方便。对某一过程站而言，实际带有若干ET200远程 I/O，组态画面中，就在该过程站后的PROFIBUS-DP网络线上拖放几个IM153模块形成几个ET200远程I/O接点（本系统根据实际需要选用7个从站）。硬件组态中的所有模块，都可以从S7提供的元件库中找到相应型号、定货号的模块，将其拖放至与实际安装相对应的位置即可。
　　硬件组态配置完成后，下载到相应的过程控制站。这样，就使得实际硬件安装模件和硬件组态相一致，从而，I/O模块上的每一点的点号地址就得以确定。
　　系统欲留网络接口可以同公司局域网连接，相关信息画面通过IE浏览的方式在局域网上实现信息共享，为管理层提供必要的信息。
4 上位机及组态软件选型与设计
　　上位机选用DELL计算机，DELL 21"平面直角CRT并配打印机。组态软件选用 SIMATIC 公司WinCC5.0组态软件。
　　主站部分主要软件流程图如3所示。

图3 主站软件流程图
　　系统主要特性为：
　　⑴图形用户界面（GUI）
　　WinCC5.0允许用户使用易于理解和配置的工具为他们的应用程序快速开发定制的屏幕。
　　⑵分布式的历史数据系统
　　分布式的历史趋势数据系统允许用户动态地为趋势图的每支笔指定不同的历史文件数据源。这种特性允许操作员在同一
　　个趋势图中查看本地WINCC的历史数据和SQL Server的历史数据。
　　⑶动态引用地址
　　用户可以更改对数据源的引用，以便使用同一个标记名称定位多个数据源。
　　以PC机为基础和标准的操作系统;可选不同容量规模;所有SCADA功能（开放的系统内核）：图形系统，报警信息系统，变量存档，用户档案库，报表系标准接口，编程接口;各种PLC系统的驱动软件。该软件全面开放，易于学习、使用，利于开发应用、维护管理。
5 结束语
　　经实践证明，采用PROFIBUS-DP和Ethernet组建的工业网络控制管理系统实现了分布式控制，可大大降低现场连接工作量和费用，tigao信号的传输精度与灵活性。采用SIEMENS S7-400 PLC以及WinCC5.0实现了控制手段的更新和控制效率的tigao,使人机交互可视化以及生产管理与控制的一体化，给系统的安装、调试和设备维护带来方便。

 问题提出

　　目前, 我国正在运行的电梯七八十年代生产的占有相当大的比例, 特别是工业生产用电梯。这类电梯绝大部分都是以继电器接触控制系统为主, 运行过程中故障率高、维修工作量大、使用效率低, 严重影响了电梯用户的生产和管理。大多数用户由于资金原因不能及时更换, 但是这样电梯的机械部件都较好。国家政策从安全生产考虑, 劳动和建设管理部门又强制停用这类电梯, 因此, 对电梯老用户原有电气系统进行技术改造,tigao电梯安全运行保障生产和管理是行之有效的途径, 尤其对经济欠发达地区更有实际意义。

2 PLC改造电气控制系统方案的确定

　　电梯电气控制系统分为调速控制部分和逻辑控制部分 。调速性能的好坏影响电梯运行中的舒适感, 逻辑控制是保证电梯安全运行的关键, 需改造和电梯其控制方案必须满足上述两方面的要求。

　　2. 1 电梯电力拖动系统的设计方案

　　老型号电梯多数拖动的电动机为交流双速电动机, 电动机在起动、换速、制动时采用电抗器切换方法, 无论如何调节, 都有明显的“台阶”感, 其舒适感和平层精度都难以满足目前电梯标准对电梯运行性能的要求。因此在改造中换掉原有曳引电动机功率相匹配的变频器, 即可对电机的运行、调速进行理想的速度控制。图一所示为电梯速度运行曲线。

　　因为电梯运行属于位能性负载, 电动机将作四象限运行, 变频器的选择采用电流源型变频器（M ICOV ERT2000）是比较合理的, 这样就可以防止泵升电压过高的损坏变频器, 保证拖动系统的安全稳定运行。图二所示为电力拖动系统的控制框图。

　　变频器中的编程参数是根据电梯的速度运行曲线参数来确定的, 至于电梯何时起动、换速以及电梯的运行方向是由外招信号、内选信号、减速信号等外感信号作出决策的。PLC控制装置接收到控制信号后, 向变制器发出指令, 变频器就按速度运行曲线运行。经过改造后的电梯其电力拖动系统便成VVVF拖动方式。样就可大大的改善电梯运行的舒适感和平层精度, tigao电梯的运行性能。

　　2. 2 电梯逻辑控制系统的设计方案

　　原有电梯采用继电器控制, 线路复杂、故障率高, 改用 进行控制, 具有接线少、工作可靠、维修方便的特点。根据改造电梯的层站数可确定PLC的输入、输出点数, 选择与之相符要求的PLC型号（Fx 2—64 MR）、扩展模块（Fx—64 EYR）、功能单元（Fx2—40AW）。综合电力拖动控制系统和逻辑控制系统, 图三所示为电梯电气控制的原理图。

　　逻辑控制各部门（外招指令控制, 内选指令控制、主令控制、楼层显示控制等）的梯型图略。

3 结束语

　　经过改造后的电梯控制系统, 实践证明电梯运行平稳、舒适感好、系统的可靠性、技术性能有了较大的tigao, 运行效率也tigao了, 并减少了维修工作量。通过对旧电梯的改造, 可以使将要 或已废弃 的电梯重新投入使用, 具有良好的经济效益。

 1 安装高压变频器的目的及意义 

    注水泵是满足油田注水，保证地层压力的源设备，随着油田开采进入中后期，油田注水量也将逐年加大，注水耗电已占生产用电的 19% 、注水电费占总电费的 16% ，并呈逐年显上升趋势。在高压注水系统中，高压电机中大马拉小车的现象比较普遍，注水泵泵压与注水管线干压之间存在较大的压差，必须靠控制泵出口高压回流阀门来保证注水管网的注水压力，这样既造成大量的电能被白白的消耗掉，同时又由于泵压较高，对机泵的运行，管道的使用十分不利。安装高压变频调速装置后，依据注水管网需要的压力进行参数设定，自动调节注水量，既可节约大量的电能又能降低机泵的损耗，对降低生产成本有着十分积极的意义。 

    辽河新三联注水站投运一台型号为 DFJ200-170AX11 的注水泵，匹配电机型号为 YB1800S2-2 的 6KV/1800KW 异步电动机，采用直接驱动方式控制，离心泵liuliang通过控制出口阀门的开度进行调节，造成大量节流损失 , 离心泵及电动机运行在低效率工作区，能源浪费严重。目前月注水liuliang为 183210m 3 , 夏秋季节注水量相应降低，运行中离心泵实际泵压为 16.5MPa ，注水管网实际运行压力为 12.5MPa ，由于多泵注水实施并网运行，当注水管网压力升高到目前注水管网实际注水压力以上时，将造成高压注水量减少，无法满足油井注水需求，同时污水量大于注水量将造成污水外排。为此注水电机运行时必须靠调节离心泵出口高压回流阀门来控制注水管网压力，以维持联网注水平衡。这样就造成泵压与管网干压平均压差达到 4 MPa 以上，造成了大量的电能浪费。 

    通过综合调研和考虑，我们选用了山东新风光电子公司 JD-BP37-1800F 型号的高压变频器，通过应用，该变频器有安全性能好，可靠性高，设计合理，易损件寿命长，启动性能好，降耗效果明显，安装、维护和保养都比较方便。 

    2、高压变频器的原理 

图 1 变频调速系统的结构

    JD-BP37 系列高压变频调速系统的结构见图 1 ，由移相变压器、功率单元和控制器组成。 6KV/1800KW 变频器共有 24 个功率单元，每 8 个功率单元串联构成一相。

    2.1功率单元电路 

图 2 单元结构

    每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图 3.2 ，为基本的交 - 直 - 交单相逆变电路， 这不但调试、维修方便，而且备份也十分经济，假如某一单元发生故障，该单元的输出端能自动短路而整机可以暂时降额工作，直到缓慢停止运行。 

    2.2 输入侧结构 

    输入侧由移相变压器给每个单元供电，构成 18 脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近 1 ，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于 5% 。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。 

    2.3 控制器 

    控制器核心由高速 16 位单片机和工控 PC 机协同运算来实现，工控 PC 提供友好的全中文 bbbbbbS 监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器及各控制单元板中采用大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。 此外还有一个单片机 ,负责管理LED显示屏和键盘。 控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，具有很好的抗电磁干扰性能，并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。 

    2.4 控制电源 

    控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况基本相似，给整机可靠性、调试、培训带来了很大方便。

图 3 独立控制电源系统

    3 、现场情况和节能效果统计 

    针对现场存在的问题，系统优化改造主要需解决两方面的问题：，在满足系统配注水量的基础上尽可能减少排量损失；第二，在满足注水压力的前提下尽可能减少泵管压差，即减少压力损失。系统优化拟从动能和势能两方面同时入手，尽可能降低能耗、tigao系统效率。 

    3.1 现场的系统构成

图 4 现场系统构成

    统闭环控制过程如下：由智能传感器对各运行注水泵进行实时数据监控和处理，即采集和传输注水泵、站的运行参数，如：泵的排量 Q 单、电机电流 I 、泵进、出口压力 P 泵，注水站出口干压 P 干、总排量 Q 总、平均单耗等，并将这些控制参数（ Q 单、 I 、 P 泵， P 干、 Q 总、）与其期望值及泵本身的特性曲线进行对比和优化计算。其中，注水站干压和总liuliang是系统所需监测和控制的两个主要参数。本系统中，一方面在泵出口管线上安装一只高可靠性压力传感器，将实测的压力信号与系统的配注压力（期望值）相比，并将其差值送往过程参数调节器（ PID ）进行比例和积分运算，后将输出结果送给可编程控制器（ PLC ）；另一方面在泵入口管线上安装一只liuliang计，用于监测系统实际总liuliang，将该值与系统配注量的差值再进行一次 PID 整定，后将输出结果送给 PLC 。 PLC 根据所接收的两个 PID 整定信号，利用模糊推理的方法，在满足系统干压的前提下，系统及时自动调整高压变频器的输出频率从而控制变频泵的转速。由离心泵原理知，泵转速的变化可引起相应的排量变化，通过频率的变化以达到期望的排量值。通过上述闭环控制，使系统的实际压力和排量与系统的配注压力和配注量相接近。系统设计为闭环控制系统，liuliang和压力为系统的两个主要参数，将系统实测的liuliang和压力信号与地质要求的liuliang和压力（期望值）进行双 PID 调节；通过模糊推理的方法自动寻优控制，根据推理结果，系统及时自动调整高压变频器的输出，并自动计算出变频器的佳运行频率。 

    3.2 节电效果分析 

    3.2.1 由功率和转速的立方成比例： 

    p 1 /p 2 μ （n 1 /n 2 ） 3 （其中， n 为机泵转速， p 为输出功率） 

    可知，泵的功率变化与转速的三次方成正比，也就是说，当泵的转速下降 1 个单位，则泵的功率将以该单位的三次方的关系下降。而变频调速正式通过变频器改变电源的频率来控制泵的转速，这充分说明变频调速是节能的好方法。 

    3.2.2 系统效率tigao，单耗降低 

    系统通过高压变频装置改造后，使各泵在高效区运行的前提下满足系统的注水量，有效tigao了系统效率，降低系统单耗。据分析计算，系统改造后可实现 注水单耗平均降低 0.2～0.4kW/h ，取平均值 0.3kW/h ， 每天 注水量平均为 4100 m 3 /d ， ，每度电以 0.5 元计，则一年可以节约电费为： 

    4100 ′ 365 ′ 0.3 ′ 0.5=22.4 万元（人民币） 

    3.2.3 调整多余水量，节约电能 

    每天平均注水量为 4100 m 3 /d ， 由于要求的 注水量的波动较大（有时需要注 2600 m 3 /d ，有时又需要注 5500 m 3 /d ）且变化频繁（一周或几天一变）。对该站实施高压变频改造，可根据站外要求的水量灵活调整站内泵的运行，使之在满足系统压力要求的前提下尽可能与要求的注水量一致，重大程度减少电能和水源的浪费。 

    当要求注 3600 m 3 /d 水时，泵的能力大于要求的水量，将多注 1500m 3 /d ；当要求注 5500 m 3 /d 时，开 1 台泵水量不够，开 2 台泵将多注 2220 m 3 /d 水，都将造成水源和电能的浪费。根据以上数据及站内运行情况推算，为满足配注量，每天平均多注水 1600 m 3 /d ， 系统单耗为 7.1 kW/h ，按每度电电费为 0.5 元计，改造前每年约有 150 天水量处于不匹配状态，则通过高压变频调节后年节电费为： 

    1600 ′ 150 ′ 7.1 ′ 0.5=85.2 万元（人民币） 

    3.3 实际节电效果 

    该变频器于 2004 年 8 月在新三联 2# 注水电机安装正式运行，使用变频器前后的耗电情况统计见下表： 

    表 1 ： 2004 年 5 月使用变频器前的耗电情况

    表 2 ： 2004 年 8 月 2# 泵使用变频器后的耗电情况

    由表 1 ，表 2 可以看出， 2# 注水泵电机安装变频器前后的注水单耗从 6.79 下降到 5.38 ，不考虑其它方面的影响： 

    节电率 = （安装前耗电 - 安装后耗电） / 安装前耗电 ＊100 ﹪ 

    =（1244246-698215）/1244246＊100 ﹪ 

    =43.88 ﹪ 

    考虑到注水量各方面条件的影响，实际的节电率与计算值有所不同，但根据现场的运行情况来看，不会有太大的出入，总体的节电效果不会改变的。