西门子PCS7在余热发电DCS中的应用

1、西门子PCS7在余热发电DCS中的应用摘要:利用水泥生产工艺中的中、低温废气进行余热发电，不对环境产生二次污染，是当前国家缓解能源紧张、环境污染等问题的一项重大举措。本文从DCS系统的网络结构分析和系统软硬件的设计入手综合分析西门子PCS7在余热发电DCS中的应用。关键词:PCS7系统冗余DCS系统随着我国经济的快速发展，能源紧张的问题日渐突出，利用水泥生产工艺中的中、低温废气进行余热发电，不对环境产生二次污染，是当前国家缓解能源紧张、环境污染等问题的一项重大举措。我公司日产5000吨熟料生产线所配套的9000kW纯低温余热发电系统，其中DCS采用西门子的PCS7是基于全集成自动化的思想与Pr

2、ofibus现场总线技术熔为一体、功能强大、面向工艺的新一代过程控制系统。1系统的网络结构1.1冗余的中央控制器在系统中，中央控制器是系统的核心，系统的冗余功能也是由中央控制器来完成的。在PCS7系统的中央控制器中支持冗余技术的有CPU414-4H和CPU417-4H两款控制器，综合考虑系统的点数及程序量大小，选用CPU414-4H作为本系统的中央控制器。冗余中央控制器是一对互为备用的控制器，在正常工作状态，其中一个控制器作为主控制器，另一个控制器作为从控制器。两者通过CPU上的同步模块和同步光纤完成同步数据交换。为了减少主从控制器之间的通讯量，节约通讯时间，主从控制器之间的数据交换采用事件驱

3、动，当系统内有事件发生，将此事件作为数据交换的标记，保证了数据交换完整的同时也减少了通讯量。一旦主控制器出现故障，从控制器将变为主控制器，冗余系统将工作在单机模式，待故障排除后，系统恢复为冗余模式，此时原来两CPU的关系从主从关系改变为从主关系。1.2工业以太网环网的高速冗余工业以太网是中央控制器与操作站之间传递数据的媒介，其结构组成为：(1)工业站中的工业以太网卡。(2)工业以太网控制器(CP443-1)。(3)两个工业交换机，一条作为物理媒介的工业网线，当通讯链路中的一点或某一段出现问题时，环网链路打开，但保证以太网通讯的正常工作。出错后的快速网络重构是工业应用不可缺少的特性。否则，连接终

4、端会关闭逻辑通讯连接，导致控制过程停止或系统的紧急停机。为了达到所需要的快速响应时间，SIMATICNET使用特殊开发的冗余控制过程。用这种过程，可以在几分之一秒的时间内重构一个可用网络。1.3PROFIBUS-DP网的冗余由于锅炉控制系统、汽轮机综合保护、供水系统等在余热发电工艺中有着较高的可靠性、稳定性、快速性的要求，在DCS系统引入控制器冗余的同时也引入了PROFIBUS-DP网的冗余，当系统中任意一个DP网络节点出现问题时均能快速切换至另一个网络通道保证系统正常运行,进一步提高系统的可靠性。2系统软硬件的设计2.1根据工艺要求及现场设备布置，将DCS系统分成了四个部分汽轮机房部分，冗余

5、的控制器CPU414-4H、上位机、工业交换机以及汽机房的远程I/O站分布在这里，完成汽机房内各设备的信号采集、运算处理及设备控制等功能。窑头锅炉部分，设有冗余的Profibus-DP网络接口，是控制窑头锅炉主机、辅机等设备的远程I/O站，完成窑头各设备的信号采集与传递。窑尾锅炉部分，设有冗余的Profibus-DP网络接口，是控制窑尾锅炉主机、辅机等设备的远程I/O站，完成窑尾各设备的信号采集与传递。循环水泵房，同样设有冗余的Profibus-DP网络接口，主要负责循环水系统的远程I/O数据采集及传递。2.2I/O控制点数统计模拟量输入：300个,信号类型有两线制和四线制420mA及PT10

6、0三种类型。模拟量输出:32个,信号类型均为420mA电流信号。数字量输入:350个,信号类型为无源数字量输入信号。数字量输出:250个,信号类型为无源数字量输出信号。2.3系统硬件选配机架:冗余机架UR2-H,18个插槽。电源模块:标准电源模块PS40710A,交流电源供电,120V/230V,10A,一路来自UPS输出,另一路来自厂用电。CPU模块;CPU414-4H,工作内存1.4MB(代码),1.4MB(数据);0.1ms/1000条指令,8kBDI/DO寻址，集成MPI、PROFIBUS-DP接口可以作为MPI网或PROFIBUS-DP网主站。以太网通讯处理模块:CP443-1为S7

7、系统用于工业以太网的通讯处理模块，支持TCP/IP协议(使用S7库中SEND/RECEIVE和FETCH/WRITE块,支持长数据传送,UDP、TCP、ISO、S7等通讯协议,模块重置无需编程器，速率10/100Mbps,固定MAC地址。PROFIBUS-DP网络通讯及接口，用于构成PROFIBUS-DP网,从现场I/O读取和发送数据。分布式智能I/O模块:ET200M是基于SIMATICS7-300的模块系列，将所有的S7-300I/O模块通过接口模块IM153与PROFIBUS-DP现场总线相连。因此能够提供一系列I/O模块;从简单的I/O模块到用于计数,控制和定位的功能模块,将现场数据通过I/O模块及PROFIBUS-DP传送给CPU。参考文献潘淑琴，王中伟.DCS系统在水泥厂的应用及维护J.新世纪水泥导报，2004(增刊):113-114.孙星寿，周贺国内外水泥行业对比研究及政策思考J中国水泥,2002(7):6467.国家统计局中国统计年鉴M.北京：中国统计出版社,2006:24.张忠伦，隋同波,丁洪涛，等.水泥工业的应用研究