西门子6ES7223-1HF22-0XA8当天发货

1 、引言
在化工生产中，过程控制系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等功能，它对tigao化工生产线的作业率，改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期起着极其重要的作用。其特点是对生产过程进行实时控制，控制过程复杂，监控参数多且数据变化快，数据处理及存储量大。根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程控制要求，应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经济高效地完成生产任务。
目前，国内先进的大中型过程控制基本上以采用PLC和DCS为主，但是，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。下面简要分析一下PLC、DCS及FCS在不同的化工生产过程控制中的应用特点及选型原则。

2 、各种控制系统的特点
（1）PLC系统的主要特点是：工作可靠，运行速度快；积木式结构，组合灵活；良好的兼容性；程序编制及生成简单、丰富；网络功能强。
PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模/数（A/D）数/模（D/A）转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。

（2）DCS具有以下主要特点：功能全；采用网络通讯技术；完备的开放系统；可靠性高；具有综合性和性；实现了人机对话技术；系统扩展灵活；管理能力强。

（3）FCS主要有以下特点：FCS系统的核心是总线协议，即总线标准，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。FCS系统的基础是数字智能现场装置，系统结构具有高度的分散性；通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。因此，系统安全性高，扩展灵活，可大大降低安装成本。

3、 控制系统的选择
随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展，PLC和DCS的性能都有了较大的改进，PLC大大tigao了数据处理能力和监控功能，DCS系统向开放性发展，操作站采用工控机，操作系统采用通用的bbbbbbs NT或bbbbbbs2000操作平台，PC机丰富的软件资源得以应用，因而大大降低了系统的繁琐程度和价格，tigao了系统的性价比。PLC和DCS在抢占市场的过程中，两者相互借鉴、渗透、融合，极大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时，由于各种控制系统生产制造厂较多，产品更新换代快，也给系统选择带来了一定困难。而走向实用化的FCS，也正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上新型的控制系统。下面依据PLC、 DCS和FCS的不同特点，针对化工新项目建设和老项目改造，对控制系统的设计选型和应用归纳总结以下原则进行选择。

3.1 按过程控制系统的控制规模及复杂程度
不同的化工生产过程，过程控制系统规模与复杂程度不同，通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时优先选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来，它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算，能完成各种复杂的、繁琐的调节控制计算，因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。1994年在我厂的合成氨扩建和第二套尿素工程设计中，根据此项原则，过程控制系统选用了美国罗斯蒙特公司的RS3 DCS系统，取得了较好效果，系统配置如图一所示。 RS3系统和其他DCS系统一样，包括以下几个部分：控制单元、操作单元、I/O单元、数据总线。

3.2 按投资规模和项目经济效率合理选择
在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应优选选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。如在2003年，我厂新上一套化工废水处理系统，根据此项原则选用了西门子公司生产的S7-300系列PLC系统，也取得了较好效果。该系统配置如图二所示。

3.3 考虑系统连续性、兼容性及通讯性能
在一些化工改造项目中，如果原项目中已有计算机控制系统，则要考虑系统的连续性、兼容性及技术的连续性。1996年，我厂新建甲醛生产装置，控制系统采用美国罗斯蒙特公司的RS3，1999年系统扩建，新上有机胺生产线，考虑到系统使用年限较长，个别卡件已明显老化，并且备件价格较高，部分卡件已停止生产，故对系统进行升级换代，新增ROS系统，保证了系统的先进性、连续性、兼容性，方便了各工序间的通讯联系和化工生产管理网络的建设，减少了控制软件组态重复繁琐的劳动，降低了库存备品备件的成本。系统结构如图三所示：
改造后系统结构的特点：在这种结构中，通讯网络采用冗余技术，可大大减低系统硬件故障给系统带来的影响，因为，只要系统的两个分支有一个工作正常，就至少能保证两个操作站能够正常工作，从而使由于硬件的故障造成的对工艺的影响降到低。

图二

3.4 考虑系统生产厂家技术服务性
目前在中国PLC系统和DCS系统的销售市场，国外生产厂家占有比例很大，并且一般在中国设有产品宣传和技术服务机构。由于国外公司经常进行重组合并或兼并，并且各公司产品结构、销售策略、市场占有方向各不相同，合并或兼并后，在中国市场的技术宣传和服务方面将有些变化，多多少少对企业用户产生一些不良影响因此，我们在选择系统时，应充分掌握信息，考虑系统生产厂家的技术服务性，以保证所选系统的先进性、发展性，以保证具有充分的技术支持和备品备件供应。

3.5 考虑系统先进性、发展性
FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。为保证所选系统的先进性、发展性，我们在选择系统时，特别是一些大型化工项目，可优先考虑采用FCS。

4 、结语
，系统选型的原则可以从以下几个方面考虑：系统规模、复杂程度、系统的兼容及通讯性能，以及生产厂家技术支持和售后服务及系统的先进性、发展性等。在化工生产过程控制系统中，根据过程对象复杂程度不同，以及针对控制系统的可靠性合理选择的不同控制系统，对保证生产过程控制系统的自动化水平，降低工程造价有着十分重要的意义

水力发电机组甩负荷抬机具有严重的危害性，必须予以彻底根治。我们只要正确认识发生抬机的根本原因，采用高新技术产品可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC，它把计算机技术与继电器控制技术有机地结合起来）实施PID控制使转轮室-尾水管段不发生水击，就可以根治抬机。

1．水力机组抬机根治的必要性

　在水力发电生产实践中，水轮发电机组事故甩负荷后，为防转速飞逸要求导水叶快速关闭，而造成过水liuliang急剧下降导致转轮室真空度急剧变大，转轮室-尾水管段产生水力冲击波（又称水锤，传播速度1000m/s左右）。水锤反冲力与反向水推力之和大于机组转动部分重量时发生抬机，即Pm－Hsρ＞Kz时发生抬机（式中Pm----水击产生后顶盖下大正压强，单位化为kg/cm2；Hs----水轮机的吸出高度值（一般为负）；ρ----水的重度；Kz----机组转动部分相对重量kg/cm2）[1]。过去苏联专家及国内专家对压力引水钢管内的水锤给予了足够重视，但对转轮室-尾水管段产生水锤带来危害没有给予足够重视。

抬机次数不多似乎不会造成对机组结构的破坏，人们也习惯于从tigao材料强度和技术粗糙地减轻抬机程度等方面去应付抬机，无疑这些措施在过去很有积极意义。然而事实上，只要抬机存在，累积的结果就会破坏设备，发生重大事故。湖南省1965年8月水府庙水电站4#机、1985年10月安仁大石水电站2#机、1987年9月麻阳马颈坳水电站某台机组等都因抬机而砸断主轴卡环凹处，转子跌落于制动闸上；1988年3月怀化市红岩水电站4#机抬机落下时把主轴卡环凹处砸断一边未及时发现，之后机组重新起动后转动部分偏心旋转，转子四周冷却用风扇叶擦刮发电机定子，定子线棒（绕组）绝缘层被刮掉，强大的内部短路电流使发电机着火，令人触目惊心。

今设抬机高度为h(m)，抬起落下后推力瓦碰撞镜板前的速度近似为V＝√2gh，若h＝m（微抬），则V≈0.443m/s，这个值虽不大，但应注意推力瓦碰撞镜板Δt（非常小）时间后，V变成零；又设推力瓦碰撞镜板时的平均作用力与反作用力大小为F（牛顿），机组转动部分的质量为M（东江M＝532000kg；葛洲坝小机M＝1266000kg；葛洲坝大机M＝1494000 kg；三峡M＝2500000kg），则有FΔt＝MV，∴F＝MV／Δt，从而我们可以发现F大的惊人，并令α＝F／Mg。

表1 水力发电机组微抬h＝m落下后推力瓦与镜板间平均作用力F（N）与α的值

可见Δt俞小，F俞大，冲击应力应变及材料疲劳问题使材料强度再大也难承受，特别是F传递到卡环凹处时就容易造成对主轴的破坏，材料强度大只不过承受碰撞的次数多些罢了，所以根治水力机组抬机十分必要。

2．水力机组抬机根治的正确思路

文献[1]分析了传统的防抬机措施及其存在的原理性缺陷：即强迫式真空破坏阀由调速环下斜块速压而动作，阀之出气位置处顶盖下转轮室四周压力较高区，转轮室内进气量很小；自吸式真空破坏阀动作时已形成大真空度，加之水击波在t＝（2×25～2×50）／1000＝0.05～0.1秒后返回，入气位置虽佳仍进气极少；两段关闭导水叶法只能略微减轻不能消除转轮室-尾水管段水击，对解决小Kz值的机组抬机几乎无效，例如葛洲坝大江电厂14#机在1987年7月4日甩负荷抬机25mm。我们注意到转轮室-尾水管段水击是抬机的根本原因与症结所在，所以根治水力机组甩负荷抬机的正确思路是：机组甩负荷后为防转速飞逸要求导水叶快速关闭造成转轮室-尾水管段过水liuliang急剧下降时，为使转轮室-尾水管段不发生水击，应立即不延时自动向转轮室中心区域（压力较低区）补入与过水liuliang减小值相等的压缩空气liuliang（换算到转轮室压力状态下），以时刻维持转轮室压强在甩负荷前稳定流状态情况下。实现这一目标，利用高新技术是易行的，我们可以通过具有PID回路指令的可编程控制器（PLC）根据其CPU进行PID（比例-积分-微分）运算，再用PID运算输出控制电动调节阀调节进气量，重申控制目标就是：时刻维持转轮室压强与甩负荷前稳定流状态下压强一致。

3．水力机组抬机根治PLC控制系统硬件与控制程序

3.1 为监测监控转轮室压强，在水轮机顶盖过流面直径为(D1＋Dz)／2的分布圆周上（D1为转轮标称直径；Dz为主轴直径）沿＋X、＋Y、―X、―Y方向分别布置1号、2号、3号、4号四只压力传感器。

3.2 为向转轮室补入适量气体，在压缩空气供气总管与水轮机顶盖近中心区域入气口之间的供气支管（支管又开四叉输气，它可与调相压水结合）上串联一只电动调节阀调节进气量。若设支管内大输气速为24m/s，则供气支管管径d≈33√Qsm（mm；Qsm为水轮机大过水liuliangm3/s）。

3.3 在微机-PLC-PLC控制系统中设一台SIMATIC S7-222型PLC（8输入／6输出共14个数字量I／O点）并带一个EM235型（4路模拟量输入／1路模拟量输出）模拟量扩展模块。

3.4 首先给出输入、输出信号内存变量地址分配见表2，然后编写控制程序如后，为优化程序结构，减小扫描周期，采用主程序、子程序、中断程序的程序结构形式。

　　　表2 输入、输出信号内存变量地址分配表

MAIN
LDN I0.0 机组出口断路器跳开后DL辅助触点引出通过上位机使I0.0置0
A I0.1 导水叶开度位置在空载以上～全开间时DKW通过上位机使I0.1置1
A I0.2 启动机组事故信号后通过上位机使I0.2置1
A I0.3 上位机发出停机指令后，I0.3置1
＝ M0.0
LD M0.0
＝ Q0.0 给电动进气调节阀加上工作电源
LD M0.0
A SM0.1
S Q0.1 电动进气调节阀立即开至全开
LD M0.0
XORD AC0，AC0 清空累加器AC0
XORD AC1，AC1 清空累加器AC1
XORD AC2，AC2 清空累加器AC2
XORD AC3，AC3 清空累加器AC3
MOVW AIW6，AC3 把4号压力传感器信号（模拟量）存入累加器AC3
／I 4，AC3 取4号压力传感器信号量的1/4
MOVW AIW4，AC2 把3号压力传感器信号（模拟量）存入累加器AC2
／I 4，AC2 取3号压力传感器信号量的1/4
MOVW AIW2，AC1 把2号压力传感器信号（模拟量）存入累加器AC1
／I 4，AC1 取2号压力传感器信号量的1/4
MOVW AIW0，AC0 把1号压力传感器信号（模拟量）存入累加器AC0
／I 4，AC0 取1号压力传感器信号量的1/4
＋I AC1，AC0
＋I AC2，AC0
＋I AC3，AC0
ITD AC0，AC0 把16位整数转换成32位整数
DTR AC0，AC0 把32位整数转换成实数
／R 32000.0，AC0 标准化AC0中的值作为PID运算设定值SPn（0.0~1.0 之间）
LD SM0.1
A M0.0
CALL SBR_0 调用子程序
LDN I0.3
R Q0.1 电动进气调节阀立即全关


SBR_0
LD SM0.0
MOVR AC0，VD104 装入回路表设定值SPn（0.0~1.0之间）
MOVR Kc，VD112 装入回路增益Kc（比例常数）
MOVR 0.004，VD116 装入采样时间0.004s
MOVR Ti，VD120 装入积分时间Ti分钟
MOVR Td，VD124 装入微分时间Td分钟
MOVR 4，SMB34 设定定时中断0的时间间隔为4ms
ATCH INT_0，10 设置定时中断以定时执行PID指令
ENI 允许中断
LDN I0.3
CRET


INT_0
LD SM0.0
XORD AC0，AC0
XORD AC1，AC1
XORD AC2，AC2
XORD AC3，AC3
MOVW AIW6，AC3
／I 4，AC3
MOVW AIW4，AC2
／I 4，AC2
MOVW AIW2，AC1
／I 4，AC1
MOVW AIW0，AC0
／I 4，AC0
＋I AC1，AC0
＋I AC2，AC0
＋I AC3，AC0
ITD AC0，AC0 把16位整数转换成32位整数
DTR AC0，AC0 把32位整数转换成实数
／R 32000.0，AC0 标准化AC0中的值作为PID运算过程变量PVn（0.0~1.0之间）
MOVR AC0，VD100 将AC0中的值存入回路表VD100
LD M0.0
PID VB100，0 执行PID指令
LD SM0.0
XORD AC0，AC0
MOVR VD108，AC0 把PID运算输出送到AC0（输出Mn，在0.0~1.0之间）
＊R 32000.0，AC0 将AC0中的值刻度化
ROUND AC0，AC0 四舍五入将实数转换成32位整数
DTI AC0，AC0 将32位整数转换成16位整数
MOVW AC0，AQW0 将16位整数值写到模拟量输出寄存器，去控制调节阀进气开度
LDN I0.3 上位机传送水力发电机组停机进程完毕
CRETI 中断返回

4．后语

在技术粗糙时代，抬机是水力发电机组尤其是低水头轴流转桨机组十分头疼的问题，随着高精度高新技术的出现，棘手问题便迎刃而解，我们要做的应当是追本溯源用高新技术去滲透处理解决水力发电生产中有一定普遍性的传统问题