西门子6ES7517-3AP00-0AB0详细说明

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1、概述

　　随着工业的发展，人们的物质生活的**，同时也产生了对我们的生活环境的污染。环境是人类赖以生存的空间，是人类索取基本生活物质的宝库。一旦被破坏，被污染则直接影响人类的生活和发展。因此，对环境污染的治理将是不可或缺的一项重要工作。

2、系统构成

　　为了保证系统的稳定性和可靠性，设计中采用了两级控制方案对整套污水处理系统进行监控，上位机选用两台工业控制计算机，下位机可选用硕人时代的PAC，系统构成图如下：

　　上位机提供一个人机交互界面，使操作人员可以通过CRT和模拟屏直观的了解现场各工艺参数及故障报警，发出相应的控制指令。大容量存储器记录历史数据。控制核心采用PAC，编程后的PAC能够按照内部程序对系统进行实时监控，程序启停现场设备。

　　由于现场监控点多、布局分散，且各工序工艺独立，为简化电缆铺设、降低系统成本、**系统稳定性，采用两台PAC对生产工艺进行监控。其中1PAC控制**泵站、沉砂池、氧化沟、二沉池、回流污泥泵站的所有设备及传感器。从PAC控制剩余污泥泵站、储泥池、加药间、脱水间的所有设备及传感器。1、2号PAC数据通过TCP/IP进行数据交换，实现数据共享。

　　操作人员通过上位机向PAC发出相应的控制指令后，由PAC对现场进行直接控制。此时即便上位机出现故障（如死机、掉电等），也不会影响系统的正常工作。PAC能够对现场的设备进行欲处理，此时PAC相当于工控机加PLC的优点就表现出来了。

3、测控方式

　　整套污水处理流程可有多个监控点，包括液位、PH值、溶氧、浊度、频率、泵运行状态等。各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号，通过屏蔽电缆接至PAC的AI模块。信号从PAC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应变频器、启闭阀门。数字输入信号为24V直流电信号，通过电缆接至PAC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号，从PAC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号：故障、运行/停止、手动/自动；和一个启动信号。为了使现场与PAC完全隔离，PAC所有数字量模块与现地箱中间必须加辅助继电器。所有输出信号（包括模拟量和数字量）由PAC内部程序或上位机指令控制。

4、软件设计

（1）、上位机软件

　　上位机软件可采用的是组态软件组为开发平台，整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、**泵站与除砂池、氧化沟、二沉池、泥路、加药脱水间。其通过指示灯表明设备运行状态。在电机运行方式为手动时，用鼠标点击画面下排电机启动按钮可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面，可在分布工艺流程图中直接点击按钮进入。整个软件界面呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表2种。

下面的图形是HOMS5.0在电脑上显示的相关设备的监控画面

（2）、PAC软件和显示面板

　　使用硕人时代的PAC分别进行编程。显示面板直接和PAC主机相连，同样采用树形结构设计，依据不同的生产工艺区，将所有控制设备分成：**泵站、沉沙除沙池、氧化沟、二沉池、回流污泥泵站、剩余污泥泵站、储泥池、加药间、脱泥间设备。所有传感器量均归属于各自的子界面。

5、总结

　　系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。通过以上设计可使，大大降低了工人的劳动强度，**了管理水平。该系统为城市污水处理全自动化设计提供了极好的物质参考。

一、 综述
锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉40多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数热水锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。**热效率，降低耗煤量，降低耗电量，是用低成本自动化技术武装传统设备的一项具有深远意义的工作。
采暖锅炉目前存在的主要问题：首先是依靠调节挡风板和煤层厚度来满足需用量的变化，这样做的结果是供热量过大或过小。再就是，锅炉设计过程中，在按照负荷计算好应使用的泵和风机以后，都要打出设计安全系数。这些因素造成锅炉不在佳状态运行，浪费煤电。

二、锅炉控制的主要目的和经济性
1． 直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等众多运行参数量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误；
2． 可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；
3． 在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数，使锅炉一直保持在佳燃烧；
4． 减少了现场显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率和各种干扰；
5． **锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前**5-10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率**5%计，全年节煤800吨。
6． 锅炉系统中包含鼓风机﹑引风机﹑循环水泵﹑补水泵等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制**，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%；
7． 锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化，故而理想控制应该采用模糊控制方案。
8． 锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；
9． 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉，杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。

三、锅炉自动燃烧控制系统
1、 实时数据采集
能够对锅炉本体和辅助设备各种运行数据(包括总供回水温度、压力、**、省煤器进出口水温度﹑压力烟气温度、除尘器进出口烟气温度压力、鼓引风压力、炉膛温度压力含氧量、煤层厚度、室外温度、鼓引风炉排电机频率速度电流状态、除渣除尘状态) 等信号通过总线进行动态采集，控制中心能够实时监控到锅炉本体﹑锅炉上煤﹑除渣等辅助设备的运行情况。
2、完整的报警机制
当锅炉调节系统发生异常情况时或报警时，上位机人机界面自动接受控制系统器发送报警信号，将报警状态及异常点在上位机上进行显示，并诊断提出相应问题大概原因，提供相应的处理办法提示，系统自动能把报警分为高中低三种报警级别，低级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中级别报警发生时需要做相应处理，别报警发生时系统能立即连锁停炉，并发出尖锐声光报警和相关提示信息，等待工程师处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入数据库备份，供以后随时查询和故障诊断和决策处理。
报警内容有：
系统报警
包括DCS控制器自诊断硬件或致命软件命令错误
自动启动燃烧失败
通讯建立连接失败
数据报警
炉膛温度超高低报警
炉膛负压超高低报警
锅炉出口温度超高低报警
锅炉出口压力超高低报警
锅炉回水温度﹑压力超高低报警
引风机风压高低报警
鼓风机风压高低报警
别报警
引风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警
鼓风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警
炉排机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警
连锁控制保护报警
上煤系统综合保护报警
除渣系统综合保护报警
3、循环水控制系统
循环水是锅炉系统与外界交互的接口，循环系统通过泵不断的把热水源源不断的输送给用户或热站，把经过热释放后的二次低温水循环到锅炉系统再加热。我们采用保持循环水进、出口温差恒定，通过改变循环**来控制热负荷的方式，是一种新方式。热负荷Q为
　
式中 T为循环水进、出口温差；W为循环**。循环水泵采用变频运行方式，连续改变循环**从而连续控制热负荷，循环泵控制系统框图如图1所示，

图1中T※为循环水进、出口温差设定值。该方法能始终维持循环水进、出温差基本恒定，有利于锅炉稳定、安全运行；同时，能保持用户各散热设备之间的负荷均衡，**采暖效果。
4、燃烧控制方案
所谓燃烧控制指燃煤量随大气温度和设定供水温度改变时，给煤量和鼓风量作相应调节以达到经济燃烧的通称。典型的燃烧控制方式是保持佳风煤比并根据烟气中氧含量的多少进行对鼓风量二次校正，由于烟气含氧量的检测不稳定，在实际运行时该法得不到如期效果。考虑到采暖控制的特殊性—负荷变化范围大（由零到满负荷），系统力求筒单、可靠并突出主要性能，我们选取了如下燃烧控制方案：
系统自动根据设定温度加室外温度修正量与燃料控制器进行模糊计算，查找出在当前温度和煤层厚度下的给煤量，由于基本模糊控制缺乏对具有较大纯时间滞后对象的控制能力，因此，我们在模糊控制系统中此入SMITH预估控制，以**模糊控制器对趴有纯时间滞后对象的控制能力。常用的模糊控制器环节有比例输出和积分输出两种形式，前者阶跃响应快，但为有差控制，后者可接近无差控制，但响应慢，且超调较大。本系统采用二者相结合的比例积分输出结构，具有超调小、暂态时间短的优点。给煤量发生变化后，燃烧系统从一个稳态状态发生了阶跃变化，风煤比控制器此时开始工作，判断在当前煤量下燃烧情况，由于锅炉的出力主要取决于燃煤量，煤层厚度与煤种有很大关系，炉膛内燃烧状况通过炉膛内温度分布及煤层风阻来确定。良好的燃烧炉膛内中部温度高，炉排尾部距挡渣器前煤已燃尽，温度降低。鼓风机则根据进煤量的增减而增减，同时通过排烟的含氧量终确定风量的进一步校正。

炉膛负压控制系统框图如下图的所示。由于送风量增大，炉膛负压升高，在炉膛压力调节器输入端产生偏差，使炉膛压力调节器输出增加，引风机速度升高，引风量增大，从而使炉膛负压回复到给定值上。当炉膛压力回复到给定值时，其调节器输入偏差为零，炉膛压力调节器的输出就不再变化，引风要的速度的就稳定在新的值上，炉膛压力调节系统也经历了一个从平衡到不平衡的平衡调节过程。在炉膛压力调节系统中，由于有风量的微分信号加入到调节器的输入端，因此风量增加，而在炉膛负压还来不及变化时，引风机的速度由于调节器输出增大而升高了。这样可以使调节过程比较平缓，不易产生超调现象。

5、锅炉输煤控制系统
输煤系统是整个锅炉房原料供给的主要设备，他的可靠安全运行同样是锅炉控制系统中不可缺少的，自动控制分别可对输煤线，包括给煤机、皮带机、除铁器、振动筛、破碎机等设备，为了保证生产运行的可靠性，输煤系统采用自动（联锁）、手动（单机）两种控制方式，自动、手动方式由开关进行切换。由于输煤廊环境恶劣，全部操作控制都在主控制室里进行，仪表盘上设有各个设备的启、停按钮。当选择自动时由控制系统根据煤料启停输煤设备。设备状态监测和皮带跑偏监测以及事故纪录功能则由上位人机界面完成。 为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该输煤系统实现了以下功能：
• 输煤时，各设备的启动、停止遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；
• 各设备启动和停止过程中，可通过上位机人机界面设置设备启动时间间隔（延时），以保证各输煤皮带上无剩余煤；
• 运行过程中，某一台设备发生故障时，系统立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车；
• 各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自动停车；
•上位机可显示各机电设备运行状况，并对输煤过程有关情况（报警、自动停机等）做出实时纪录


图1－1为典型上煤系统监控画面

图1－1


6、锅炉输渣控制系统
输渣控制系统是锅炉辅机设备控制系统的重要组成部分。由于环境保护对锅炉的飞灰、排渣、脱硫、除尘、噪声、废水排放等提出的高要求，使得除渣等辅机控制系统受到越来越多的重视，促使其自动化水平得到很大的**。除渣控制系统的任务是及时、高效、清洁地将灰渣从锅炉底部的灰渣斗输送到灰场。
输渣自动控制包括对主要设备；捞渣机、皮带机、炉排等设备的连锁控制，其主要实现了以下功能
• 输渣时，各设备的启动、停止遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；
• 各设备启动和停止过程中，可通过上位机人机界面设置设备启动时间间隔（延时），以保证各输煤机和皮带上无剩余的渣，同时皮带速度可在人机界面上调节；
• 运行过程中，某一台设备发生故障时，系统立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车；
•各输渣皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自动停车；
•可显示各机电设备运行状况，并对输渣过程有关情况（报警、自动停机等）做出实时纪录
图1－2为典型输渣系统监控画面