6ES7222-1HD22-0XA0参数选型
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。 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，提高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提高,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。
1 引言
随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说，装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安全生产水平，实现“无人值班”的重要环节。
2 原有设备问题分析
2.1 原有现地单元
原有现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Modicon984-145型PLC，参见图1。该PLC属于凑型的PLC，基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB+网方式通信，该PLC仅具有一个RS-233口，协议固定为MODBUS，规约只能是MODBUS从站。
图1 原有盘柜布置图
2.2 原系统存在问题
（1） 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的安全运行形成隐患;
（2） 对外通信扩展不方便控制工程网版权所有，许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
（3） 随着外部控制设备的更新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
（4） 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
（5） 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行更新改造。
3 技改方案分析
结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
（1） 全部更新
把原有设备全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
（2） 扩展DI/DO新屏
扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
（3） 扩展PLC新屏
原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUS PLUS网络的站间通讯（Peer Cop）技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和可靠性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
4 系统设计
系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。
图2 原配盘柜与扩展盘柜
4.1 数据采集和处理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
4.2 控制和调节功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
4.3 人机界面
在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
（1） 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
（2） Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。
5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
（1） 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点.
（2） 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
（3） 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
（1） 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
（2） 对所有采集到数据进行处理分析;
（3） 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）等多PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。
6 结束语
本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法完全可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量控制工程网版权所有，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。
