一、項目介紹
1. 公司的業(yè)務范圍主要致力于國內外環(huán)保產(chǎn)業(yè)的BOT 模式建設投資，主要包括城市生活垃圾（工業(yè)危險廢物）焚燒發(fā)電廠、城市醫(yī)療垃圾、城市污水處理廠的投資建設，公司下屬電氣自控工程技術部，主要從事項目整套電氣和自控系統(tǒng)的設計、選型和編程調試工作；從“深圳市醫(yī)療廢物處置中心”項目設計使用S7-300軟冗余系統(tǒng)作為主控制系統(tǒng)；醫(yī)療垃圾處理項目作為我國近幾年來的重點項目，國家環(huán)保總局非常重視，對主體設備和自控系統(tǒng)的要求也非常高。
2.本系統(tǒng)主要是通過檢測現(xiàn)場煙氣溫度和壓力，通過控制調節(jié)風機、水泵以及加藥裝置的頻率和控制開關，從而達到控制煙氣溫度和含量的目的；通過西門子S7-300系列PLC通過采集和控制模塊對設備和現(xiàn)場儀表進行采集和控制，并把信號通過底版總線與CPU處理器傳輸，由CPU處理器完成處理后，再通過以太網(wǎng)與工控機連接；本系統(tǒng)有兩套完全獨立的CPU處理系統(tǒng)，通過IM153-2 分別與遠程的I/O模塊通過PROFIBUS總線通訊，當一套發(fā)生故障時，備用系統(tǒng)自動投入運行；
當PLC把數(shù)據(jù)傳送到工控機后，通過組態(tài)軟件進行編程和組態(tài)，把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，并在屏幕上制作操作開關對現(xiàn)場設備進行遠程控制；并同時自動把數(shù)據(jù)轉換為OPC的數(shù)據(jù)傳輸格式，把需要顯示的數(shù)據(jù)傳送給模擬屏。
3.工廠外貌圖片
二、系統(tǒng)介紹
1. 項目簡單工藝主要針對城市醫(yī)療垃圾進行處理，醫(yī)療垃圾收運后運到處置中心進行焚燒處理，垃圾首先進入焚燒爐和二燃室進行配風焚燒，焚燒后的煙氣通過鍋爐進行降溫、除酸噴霧塔和布袋除塵器進行除酸和除塵，然后通過35米煙囪直接排放；鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電或其它用途，本自控系統(tǒng)主要控制垃圾燃燒后產(chǎn)生的煙氣溫度和煙氣成本含量，保證減少二次污染。
2. 本項目主要使用西門子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模塊選型如下：
·中央處理器模塊 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2塊，工作存儲器128KB；
·電源模塊6ES7307-1EA00-0AA0 2塊給CPU供電；
·通訊模塊6GK7343-1EX20-0XE0 2塊與計算機進行網(wǎng)絡通訊并進行兩個CPU之間的冗余通訊；
·接口模塊6ES7153-2AA02-0XB0 2塊進行PROFIBUS遠程I/O通訊和系統(tǒng)冗余通訊；
·電源模塊6EP1333-2AA00 2塊給ET200供電；
·DI數(shù)字量輸入模塊6ES7321-1BL00-0AA0 5塊 采集現(xiàn)場設備的運轉及故障狀態(tài)；
·DO數(shù)字量輸出模塊6ES7322-1BL00-0AA0 3塊控制現(xiàn)場設備的啟停；
·AI模擬量輸入模塊6ES7331-7KF02-0AB0 2塊采集現(xiàn)場設備的壓力、流量、煙氣成分含量以及風機和加藥泵的頻率信號；
·TC熱電偶輸入模塊6ES7331-7PF10-0AB02塊 采集1000度以上的煙氣和蒸汽溫度信號；
·RTD熱電阻輸入模塊6ES7331-7PF00-0AB02塊采集1000度以下的煙氣和蒸汽溫度信號
·AO模擬量輸出模塊6ES7332-5HF00-0AB02塊通過程序的PID自動調節(jié)控制風機和加藥裝置的頻率；
三、控制系統(tǒng)構成
1．本項目的硬件設備主要分為三個大部分：PLC部分、現(xiàn)場設備以及模擬屏部分，主要系統(tǒng)結構選用標準拓撲式結構，現(xiàn)場儀表和設備采集數(shù)據(jù)連接到PLC的輸入模塊、并接收PLC的命令對現(xiàn)場設備進行控制和調節(jié)；PLC接收現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)傳輸給計算機并傳誦計算機下達的控制命令，并內部通過強大的內部運算國內進行PID自動調節(jié)，具體組成和選型依據(jù)如下：
PLC 選用西門子的S7-300系列PLC，設計為軟冗余系統(tǒng)，PLC本體與遠程I/O通訊為PROFIBUS 協(xié)議的串口通訊，PLC與計算機采用以太網(wǎng)，并以以太網(wǎng)作為冗余網(wǎng)絡；中控室計劃設計為兩臺工業(yè)計算機模擬屏等設備，與計算機的通訊采用RS232直接串口通訊，軟件選用WINCC.0組態(tài)軟件。
現(xiàn)場采集和顯示控制設備，基本選用國產(chǎn)元件，一般選用的測量1200度以上的溫度S分度熱電偶，1200度以下500度以上用S分度熱電偶，500度以下用PT100熱電阻測量，直接與相應的PLC模塊連接，不需要任何的變送器元件；壓力選用壓力差壓變送器把壓力信號變成4-20mA的標準信號送到AI模塊；電機的轉速通過變頻器調節(jié)，頻率信號通過AI 模塊輸入，頻率的設定通過AO 模塊輸出4-20mA的標準信號進行控制，啟停控制通過DO模塊控制，設備狀態(tài)信號通過DI模塊輸入。
2．附加系統(tǒng)設備主要有變頻器、壓力變送器、溫度傳感器、智能儀表和控制繼電器等，大部分設備與PLC之間全部采用硬連接，硬件配置及網(wǎng)絡結構見下圖：
3.多種方案的比較
過于系統(tǒng)選型方案的比較，由于以前工程的冗余控制系統(tǒng)一直使用國內的DCS系統(tǒng)或者PLC的硬冗余系統(tǒng)，但從使用效果以及造價成本方面考慮，國外DCS系統(tǒng)價格非常昂貴，國內DCS系統(tǒng)又不是特別穩(wěn)定；用PLC硬冗余系統(tǒng)也存在價格比較貴的原因；通過比較，決定用價格相對便宜而性能又比較穩(wěn)定的西門子軟冗余系統(tǒng)嘗試使用。
四、控制系統(tǒng)完成功能
1．本系統(tǒng)的主要工作分以下幾個方面：
（1）軟冗余功能的完成
軟件冗余是西門子公司實現(xiàn)冗余功能的一種低成本解決方案,可以應用于對主備系統(tǒng)切換時間要求不高的控制系統(tǒng)中，節(jié)約成本。但在垃圾焚燒項目中對設備的控制要求非常嚴格，也就是說控制設備在冗余切換中絕對不能斷開，所以本人根據(jù)西門子公司的軟冗余手冊進行調試和編程，最后效果非常好，絕對不會出現(xiàn)切換設備中斷的現(xiàn)象，所以給下面的工作帶來了巨大信心，具體調試過程在西門子的“軟冗余文章”全部有描述，在此不做過多的描述。
（2）控制功能的完成
本系統(tǒng)的自動控制功能主要分以下幾個部分：
·一次風機、二次風機以及引風機的聯(lián)動控制
在本系統(tǒng)中，焚燒系統(tǒng)的焚燒爐體轉動的速度、加料電機的轉速、一次風機、二次風機以及引風機的運轉頻率全部聯(lián)動控制；當引風機開啟后，一次風機、二次風機才能開啟，根據(jù)溫度和煙氣的氧氣含量控制爐體轉動的速度、加料電機的轉速、一次風機、二次風機的頻率進行調速控制，直接利用STEP 7的PID 模塊，直接可通過DB 模塊直接設定設定值以及積分時間，非常簡便；一燃室的煙氣溫度控制到850度，二燃室的煙氣溫度控制到1200度，使之不產(chǎn)生二惡英；一燃室溫度過高時增大進料電機速度，同時減小一次風風機速度，同時要保證煙氣的氧氣含量在19-21之間，反之亦然；二燃室溫度過高時增減小一次風風機速度，同時增加二次風風機速度，同時要保證煙氣的氧氣含量在19-21之間，反之亦然；并且在控制一二次風的時候，必須自動調節(jié)引風機速度，保證煙道壓力保證在-150PA左右。
·堿液站的自動控制
在除酸噴霧塔中需要噴灑堿液以保證煙氣的酸堿度，同上面一樣直接利用STEP 7的PID 模塊，直接可通過DB 模塊直接設定設定值以及積分時間，非常簡便；
·布袋除塵器的自動控制
設定溫度值，利用PLC 內部的比較指令，溫度范圍在130-190度之間時，啟動布袋除塵器，超出范圍時，通過PLC程序啟動旁通閥，保護布袋。
·鍋爐給水自動控制
鍋爐汽包水位是確保安全生產(chǎn)和維護正常供汽的主要條件，一般要求水位維持在設計水位的±50mm 范圍內；設定鍋爐給水水位，通過PID 模塊自動調節(jié)給水閥門的開度，從而達到控制鍋爐水位的功能。
系統(tǒng)最終檢測結果：
·PLC 系統(tǒng)采集正常，數(shù)據(jù)顯示和動作控制的時間不超過500ms ,數(shù)據(jù)交換的準確率為100%；
·PROFIBUS 傳輸正常，沒有掉落模塊的情況出現(xiàn)；
·PLC 數(shù)據(jù)傳輸精確，模擬量的精確度可以達到13BIT；
·冗余系統(tǒng)正常，沒有出現(xiàn)主從系統(tǒng)切換時中斷，切換時一切控制正常，包括控制繼電器不會斷開、模擬量輸出控制變頻器轉速不會丟失等；
·模擬屏顯示正常、數(shù)據(jù)刷新正常，數(shù)據(jù)刷新速度為1000ms；
2．在本項目的調試過程中，應該說是非常順利的，只是在最開始的時候由于軟冗余系統(tǒng)在深圳比較少用，所以在剛開始調試時比較擔心，但經(jīng)過西門子公司的技術支持，調試非常順利，在剛開始就確認冗余切換沒問題。
3.工藝及主要設備組態(tài)界面
3.1工藝圖界面
3.2 變頻器控制畫面
3.3 堿液站控制畫面
五、結束語
本系統(tǒng)于2005年2月投入使用至今已近20個月，運行順利，用戶非常滿意；目前本系統(tǒng)已經(jīng)成功推廣到南昌、長沙、成都、青島、大連等地的醫(yī)療垃圾處理系統(tǒng)以及廣東番禺綠由工業(yè)危險廢物焚燒發(fā)電廠中，用戶反映非常良好。
該SIEMENS S7-300軟冗余系統(tǒng)已在生產(chǎn)中得到實際使用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益，在該系統(tǒng)中，PLC系統(tǒng)的應用得到了充分的展示，這種冗余配置廣泛的推廣到其它行業(yè)應用提供一定的參考價值。
六、應用體會
本系統(tǒng)自選型以來，經(jīng)歷了許多困難，因為以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它品牌的DCS系統(tǒng)，但由于上述系統(tǒng)造價非常昂貴，而部分國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，我們的項目為BOT 項目而且有要求條件不是太高，所以既要降低成本，又要保證性能，所以通過比較，決定“深圳市醫(yī)療廢物處置中心”項目實驗，如果可行就進行推廣，目前已經(jīng)在公司項目正式批量使用，甚感欣慰。
通過上述項目，證實西門子S7-300軟冗余系統(tǒng)完全可以滿足“垃圾焚燒發(fā)電廠”的技術要求，基本實現(xiàn)無擾切換。并且通過WINCC6.0開放的OPC接口，完成了與模擬屏的數(shù)據(jù)通訊，積累了一定的應用經(jīng)驗。
