【摘要】 本文敘述西門子PCS7系統在鍋爐供暖和發(fā)電控制系統中的應用，文中闡述了PCS7系統控制的硬件配置、軟件的編程方法、系統對象的控制理論、控制站AS和操作站ES/OS的變量連接、系統畫面的監(jiān)視和操作。系統采用了西門子PCS 7 CPU熱備技術以及環(huán)形型工業(yè)以太網冗余技術。充分滿足了安陽動力廠在供暖以及廠內發(fā)電所需的蒸汽。控制先進，控制參數精確，操作簡單，在同行業(yè)控制領域中有廣泛的應用和推廣價值。 【關鍵詞】 冗余；PCS7；環(huán)形型工業(yè)以太網；ESM；ProfiBus；ES/OS；WinCC；OPC . 【Abstract】The article describe the application of Siemens PCS7 in boiler heating and power generation control systems, several parts are included: hardware configuration, software programming method, control thoery of system, variable level interconnection between control station AS and operation station ES/OS, system display monitoring and manipulations. Besides, in order to meet the need of steam in heating and power generation in Anyang Power Station, Siemens PCS 7 CPU redundancy technology and Annular Industrial Ethernet Redundancy Technology(AIERT) are also involved. Generally, since the system has advantages of advanced control method, precise control parameters, and easy-to-operate, there is no doubt that it will have wide applications in control industry and worth recommendation in consequence. 【Key Words】Redundancy ；PCS7；Ring Industrial Ethernet；ESM ；ProfiBus；ES/OS；WinCC；OPC 一、 項目簡介. 1． 該項目位于河南省安陽市，為安陽動力廠的技術改造項目，是廠內家屬區(qū)2004年供暖工程，廠內稱其為暖人心福利工程。同時可與其它兩臺鍋爐并網發(fā)電，為工廠其它車間提供電能。為了保證職工的正常供暖，必需選用高可靠的控制系統，先進的控制技術，所以企業(yè)選用了西門子的PCS 7系統，也就是西門子的DCS。AS站采用西門子公司的CPU 414-4H。安鋼動力廠是安陽鋼鐵公司的心臟和命脈，擔負著全公司生產、生活所需水、電、氣（汽）的生產供應工作。下設 8 個車間，共 89組分布在安鋼的各個區(qū)域，具有點多、面廣、工種多、技術性強、管理難度大等特點。動力廠生產有三大系列12種產品：1、電（100KV電、33KV電、6KV電）；2、水（地表水、地下水、除鹽水、凈水、軟水）；3、氣（混合煤氣、蒸汽、壓縮空氣、凈氣）。 安鋼動力廠有八個生產車間：熱力一車間、熱力二車間、電氣車間、供水車間、空水車間、燃氣車間、機修車間、計控車間。1958 年安鋼建廠之初就成立了動力籌建組。 1959 年 2月成立了動力部，設有一、二泵站，一、二配電室，鍋爐房，軟水站等生產崗位。1962年精簡下崗下放時，動力部與汽車隊合并，成立了水電汽車隊，1963年同汽車隊分開改為水電隊，歸機械動力室領導。由于動力系統生產車間和設備逐年增加以及業(yè)務范圍的擴大， 1970 年又恢復了動力部建制。1978 年經濟體制改革時，改為動力分廠， 1985 年改為動力廠。 隨著安鋼生產規(guī)模的不斷擴大，動力廠又新上了 220KV 變電站、氧 110KV 變電站、高爐區(qū)循環(huán)泵站、75t/h 鍋爐、汽輪發(fā)電機等多個站所，這些站所技術含量較高，很多都是采用國內或國際上的先進技術，這對保證動力產品的生產供應奠定了物質基礎。目前動力廠已具備年供電125000 萬KWh；混合煤氣 65000 萬m3；工業(yè)水 9400 萬m3;軟水 226 萬噸；壓縮空氣 21500 萬/m3；蒸汽 73 萬噸的能力。軟件層不再依賴具體的硬件設備層，大大簡化了控制系統的開發(fā)。 2．本項目為35T/h燃氣蒸汽鍋爐，系統由四部分組成：燃燒系統、蒸汽產生系統、過熱蒸汽系統、除氧給水系統。最終的產品為過熱蒸汽?？刂葡到y由兩大部分組成：硬件部分和軟件部分。硬件包括控制站（AS）和工程師站或操作員站（ES/OS）。AS站由CPU 414-4H、ET200M、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、現場總線ProfiBus、網絡部件ESM、以太網ITP電纜、PCI通訊以太網卡CP1613和兩臺DELL戴爾計算機。軟件部分由兩套西門子PCS 7 V6.01包括：PO250/RC 8K 和PO/250/RT 8K以及Win 2000Professional 英文操作系統。 3．現場控制設備如下圖1所示：

圖2為系統CPU控制柜，圖3為整個系統控制柜和ES/OS站。 二、 系統介紹. 1) 鍋爐計算機控制系統的目的是產生用戶供暖的過熱蒸汽或向蒸汽母管提供蒸汽以便供汽輪機發(fā)電，整個系統工藝流程是，水通過除氧器加熱，除去水中的氧之后，由給水泵和給水閥給鍋爐汽包供水。混合煤氣在爐膛內與空氣進行燃燒，汽包內的水通過水冷壁管在爐膛內循環(huán)，水冷壁管內的水通過吸收爐膛內燃燒產生的熱量產生汽水混合物，汽水混合物通過汽包的汽水分離系統產生飽和蒸汽，飽和蒸汽通過鍋爐燃燒后煙道內余熱的二級減溫過熱氣產生過熱蒸汽，供給用戶。一般把鍋爐整個工藝過程分成以下4個系統：給水系統、燃燒系統、蒸汽發(fā)生系統、減溫減壓系統。后面詳細介紹各個系統的控制目標和西門子PCS 7控制系統如何實現。 2) 在本控制系統使用的西門子PCS 7系統的產品包括以下產品如表格：

系統所控對象：除氧器的液位、除氧器的溫度、除氧給水泵、給水調節(jié)閥；鍋爐混合煤氣流量、空氣流量（送風機機的頻率）、爐膛負壓（引風機的頻率）、煙氣含氧量、汽包液位、汽包壓力、主蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度調節(jié)等控制。 三、控制系統構成. 1） 整個系統由控制站（AS）：包括硬件冗余的CPU414-4H中心處理單元和5個ET200M從站，采用PROFIBUS-DP現場總線主從結構，通訊速率為1.5Mb/s構成。CPU414-4硬件冗余技術為西門子專利產品，采用容錯技術，使兩個CPU在工作時實時互相交換數據，當一個CPU做主（MASTER）進行工作時，另一個CPU處于熱備冗余狀態(tài)，一旦主CPU出現故障，熱備CPU立即自動運行，處于主CPU進行工作，保證系統在CPU出現故障，系統完全不會出現停機，避免給用戶造成巨大損失。PROFIBUS-DP為國際標準的現場總線，它的特點是通訊速率快，最高可到12Mb/s，連接方便，可用西門子公司的專用PROFIBUS電纜通過接IM153口模塊進行連接，而且可以完全采用S7-300系列的模塊，降低系統硬件的成本。采用這種結構還有利于系統的擴充，PROFIBUS-DP主從系統最多可以形成126個從站。工程師站或操作員站（ES/OS）和AS站之間采用西門子工業(yè)以太網交換機（ESM）采用西門子工業(yè)以太網和環(huán)形以太網冗余技術構成。ESM自動地檢測雙絞線端口處的傳輸速率（10或100Mb/s）以全雙工工作。ESM還可以通過一條電氣線路構成一個環(huán)，利用ESM上的冗余管理器，連續(xù)監(jiān)視網絡功能。ESM檢測環(huán)路中的傳輸線路或ESM的故障，并在最大0.3秒內啟動備用線路。保證AS和ES/OS之間的正常通訊。 2） 系統硬件配置圖如圖4所示；系統網絡配置圖如圖5所示。

系統結構總圖如圖6所示：

OS站的監(jiān)控畫面如圖7、8所示

圖7、8分別為安陽動力廠監(jiān)控系統的總體畫面和鍋爐啟停操作畫面。PCS 7 V6.01 版過程控制系統，該系統必須運行在英文操作系統，為了操作人員操作方便，我們對系統的畫面進行了漢化處理，使用戶操作起來十分方便，可以滿足不同知識水平操作人員的操作。 3）采用西門子PCS 7系統，在硬件上不但保證系統的可靠和穩(wěn)定，同時為用戶在以后的系統擴充上也提供了很大的便利。用戶在中心主CPU不更改的情況下，可在從站系統上進行系統進行充分的擴充，保證了用戶的有效的投資。在軟件上采用PCS 7提供的CFC和SFC以及SCL編程工具，對系統的控制對象極易實現。在ES/OS站由于上位監(jiān)控軟件采用的是西門子公司的WinCC V6.0 SP1,該軟件提供了豐富的圖庫，在制作流程圖畫面時十分容易，而且采用圖形樹管理技術，畫面布置比較方便。安陽動力廠1#鍋爐采用航天院自己生產的國產DCS控制系統，該系統穩(wěn)定性能比較差，I/O卡件經常出現問題，我們在現場調試過程中，廠家還到現場為用戶進行系統維護和升級。與西門子PCS 7 系統的性能相比簡直相差甚遠。 四、控制系統完成的功能. 1） 除氧器液位和溫度的控制。為了鍋爐正常運行，保證鍋爐汽包的正常水位，同時保證供給鍋爐汽包優(yōu)質的水，必須將工業(yè)用水在除氧器中除氧，所謂除氧就是將除氧器中的水的溫度控制在103～105℃，以及除氧器的液位控制在1.25米，控制精度在?0.5米內。除氧器的溫度通過調節(jié)蒸汽調節(jié)閥進行控制。它和除氧器的液位為相互耦合系統，當蒸汽調節(jié)閥動作時，供給除氧器的蒸汽流量發(fā)生變化，蒸汽流量加大，除氧器的溫度升高，相反液位下降。當水位調節(jié)閥加大時，反過來又影響溫度下降。在調節(jié)的同時又要保證除氧器內的壓力不要過大，否則除氧器壓力開關閥自動跳閘，除氧器中的水往外溢出。西門子PCS 7提供了連續(xù)PID調節(jié)功能塊FB61,如圖9

該功能塊是西門子公司為過程自動化提供的典型連續(xù)PID塊，用戶使用它可以構成各種復雜的過程控制系統，如串級、解耦等。在調試過程中只要根據不同對象的動態(tài)特性，調節(jié)比例、積分