45Th35MPa燃油锅炉的控制技术方案设计.docx

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45Th35MPa燃油锅炉的控制技术方案设计

一、整体设计说明2

1.1总体架构2

1.2网络结构原理配置2

1.3冗余程序的设计5

1.4专为本套锅炉制定的特殊功能介绍5

二、SOE系统组成5

2.1体系结构5

2.2硬件组成7

2．3软件组态8

2.4CFC连续功能控制功能9

三、控制系统构成9

3.1控制网络结构9

3.2现场总线10

3.3实时显示工艺流程及参数10

3.4实时报警数据显示10

3.5自诊断功能11

3.6实时及历史曲线显示11

3.7询及打印功能11

3.8命令、参数及操作权限12

3.9操作记录功能12

3.10其它功能12

四、控制系统技术说明系统测点配置12

五、锅炉监控报警联锁保护13

5.1应检测点的报警、联锁保护13

5.2锅炉燃烧器过程数据表（接入PLC的数据信号表）13

5.3锅炉的自动保护系统14

5.4锅炉保护联锁停炉14

5.5报警联锁：

5.6显示及控制模式15

5.7主要功能15

5.8手动控制15

六、监控系统组成15

6.1系统组成15

6.2调度室计算机监控系统16

6.3现场工作站系统16

6.4远程传输系统16

七、控制回路介绍17

7.1汽水系统17

7.2除氧器水位控制17

7.3烟风系统控制18

7.4系统测点配置19

7.5锅炉报警联锁保护20

7.6各部分功能及方案详述20

燃油锅炉的控制技术方案

一、整体设计说明

1.1总体架构

锅炉控制系统采用S7-414HPLC+计算机的控制方式；PLC具有冗余功能，外加两台工业计算计，确保控制系统的可靠性。

该锅炉控制系统还配有RS-485通讯接口，能够将锅炉的一些相应的工艺参数和设备运行状态上传到装置控制系统（DCS）的操作站上进行监视和报警。

图1系统网络图

冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。

开始时,A系统为主,B系统为备用,当主系统A中的任何一个组件出错,控制任务会自动切换到备用系统B当中执行,这时,B系统为主,A系统为备用,这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。

系统运行过程中,即使没有任何组件出错,操作人员也可以通过设定控制字,实现手动的主备系统切换,这种手动切换过程,对于控制系统的软硬件调整、更换、扩容非常有用,即AlteringConfigurationandApplicationPrograminRUNMode。

根据保护系统所需的输入输出点数、节点容量、系统功能等要求,使用两个西门子CPU7414H做软冗余CPU,使用CP5611连接上位机与PLC,上位机使用WINCC做HMI人机界面。

两块CPU之间使用CP342-5进行实时的数据交换,通过ET200M扩展从站。

特别应当注意的是冗余系统应当使用有源总线模板的导轨及有源总线模板。

1.2网络结构原理配置

网络组态图如图1所示。

网络结构中包括了4条链路:

（1）用于上位机编程和监控的MPI链路;

（2）A站与ET200从站MasterLinePROFIBUS链路;

（3）B站与ET200从站ReserveLinePROFIBUS链路;

（4）A站和B站之间进行数据同步的SynchronizationLinePROFIBUS链路。

附件7414H完整参数表

电源电压

额定值

•DC24V耗用电流

来自背板总线DC24V，最大值

来自背板总线DC5V，最大值

来自DC5V接口最大值

缓冲器电池

•缓冲电流，典型值

•缓冲电流，最大值

否

150mA

1.7A

90mA

190Aμ

660Aμ

•输入，可调整

•输出，可调整

•输入，预设

•输出，预设

•数据，最大值

•在过程映像中持续存取数据

分量过程映像

•分量过程映像数量，最大值

8KByte

256Byte

244Byte

是

存储器

存储器类型

•工作存储器

•集成

•集成（用于程序）1

•集成（用于数据）•可扩展

•装载存储器

•可扩展FEPROM

•可扩展FEPROM，最大值

•集成RAM，最大值

•可扩展RAM

•可扩展RAM，最大值

2.8MByte

1.4MByte

否是

64MByte

256KByte

是64MByte

数字通道

•输入

•输出

•输入，其中的集中式输入

•输出，其中的集中式输出

模拟通道

•输入

•输出

•输入，其中的集中式输入

65536

4096

•存在

•带电池

•不带电池

是

否

•输出，其中的集中式输出

4096

CPU/组件

•数量，最大值

•尺寸，最大值

4095

64KByte

硬件扩展

中央设备最大值

•扩展设备最大值

•多值计算

否

•数量，最大值

•尺寸，最大值

•数量，最大值

•尺寸，最大值

2048

64KByte

2048

64KByte

•插拔式最大值

•IM460最大值

•插拔式IM463数量，最大值

•尺寸，最大值

•时间报警OB数量

•延迟报警OB数量

•闹铃数量

•过程报警OB数量

64KByte

DP主站数量

•集成

•关于CP

•允许的IM+CP混合模式

否

每优先级等级

错误OB中的附加等级

CPU/处理时间

对于位运算，最小值

对于词语运算，最小值

对于整数运算，最小值

对于浮点运算，最小值

时间/计数器及其剩磁

IEC计数器

•存在类型

S7计数器数量剩磁可调整下限上限

•计数范围

•下限上限

241

0.045μs

0.135μs

是

SFB2048是

20470

999

运行的FM和CP数量（建议）

•PROFIBUS和EthernetCP1

时间

时钟

•硬件时钟（实时时钟）

•分辨率

运行时间计数器

•数量

是

1ms

S7时间数量

剩磁可调整下限

•上限

•时间范围

•下限

•上限

IEC计时器

•存在

•类型

数据范围及其可保留性可保留数据范围，全部标记

•数量，最大值

•当前保留

•时间标记数量

地址范围

外设地址范围

•输入

•输出

2048

02047

10ms9990s

是SFB

整个工作和装载存储器（附

带缓冲电池）8KByte

是

8Kbyte

8KByte

时间同步支持在MPI上，主站

•在MPI上，从站在DP上，主站

在DP上，从站

在AS中，主站

•在AS中站

S7消息功能

•消息功能的可注册站点数量最大值

•与符号相关的消息

•与组件相关的消息

•报警8组件

•传导技术消息

是

否

是

S5兼容通讯

•支持

•每个作业的用户数据，最大值

标准通讯（FMS）

•支持

连接数量

•全为PG通讯预留

•可调整用于PG通讯，最大值

•为OP通讯预留

•可调整OP通讯最大值

•为S7基本通讯预留

•可调整S7基本通讯，最大值通讯可调整的S7-通讯，最大值预留用于路由可调整路由，最大值

是

8KByte

是；通过CP和可装载

试运行功能测试

状态/控制

•变量状态/控制

强制

•强制

•组件状态

•各个步骤

•控制点数量

诊断缓冲器

•存在

•条目数量，最大值

是

3200

•可调整

•预设

通讯功能

•PG/OP通讯

•路由

全局数据通讯

•支持

S7基本通讯

•支持

S7通讯

•支持

•作为服务器

•作为客户机

•每个作业的用户数据，最大值

是

120

是

否

是

64KByte

•LAD

•STL

•FBD

•SCL

•CFC

•GRAPH

•HiGraph®

•箝位层应用程序保护/密码保护尺寸

•宽度

•高度

•深度

所需插槽

重量约

是

50mm

290mm

219mm

995g

电势分离功能

•MPI

•DP主站

•DP从站MPI

•连接数量

•服务

•PG/OP通讯

•路由

•全局数据通讯

•S7基本通讯

•S7通讯

•传输速率，最大值

DP主站连接数量，最大值

是

否

是

否

是

12Mbit/s

2.接口电势分离

•功DP主站DP从站

DP主站

•数服务

•PG/OP通讯路由全局数据讯

•S7基本通讯

•S7通讯

•等距离支持

•SYNC/FREEZE

•激活/关闭DP从站

是

否

是

否

是

否

•服务

•PG/OP通讯

•路由

•全局数据通讯

•S7基本通讯

•S7通讯

•等距离支持

•SYNC/FREEZE

•激活/关闭DP从站

直接数据交换（横向连接）

•传输速率，最大值

•DP从站数量，最大值

•每个DP从站的用户数据

•每个DP从站的用户数据，最大值

是

否

是

否

12Mbit/s

244Byte

•直接数据交换（横向连接）

•传输最大值DP从站最大值

•每个DP从站的用户数据

•每个DP从用户数据，最大值

RUN模式下的CiR配置

CiR同步时间，基本负载CiR同步时间，每个E/A从站的时间CPU/编程项目工程软件STEP7

否

12Mbit/s

244Byte

100ms

25μs

是

1.3冗余程序的设计

冗余程序需要西门子提供的冗余软件包及STEP7。

在A站的Block中插入OB1（主循环程序块）、OB35（定时中断组织块）、OB100（暖启动调用程序块）、OB80（在主系统与备用系统切换时间超时时,调用该块）、OB82，（DP-SlaveET200站上的IM153-2模块出错报警,调用该功能块）、OB83（DP从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块）、OB85（程序运行出错或DP从站连接失败调用该块）、OB86（主从站通讯出错调用该块）、OB87（通讯失败调用该块）、OB122（外围设备访问出错调用该块）、OB121等组织块,并对其中的OB100、OB35、OB86进行编程。

首先,用户需要在初始化程序中（OB100）定义冗余部分的数据区,该数据区可以包括:

一个过程映象区（processimagearea）,一个定时器区（IECtimerarea）,一个计数器区（IECcounterarea）,位地址区（memoryaddressarea）和一个数据块区（datablockarea）,S7-400同步的最大数据量为64kBytes。

1.4专为本套锅炉制定的特殊功能介绍

锅炉具有SOE介绍

SOE为英文SequenceOfEvent的缩写，即事件顺序记录。

而一般的事件记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，这就给事故分析造成了很大的困扰而SOE就能更精确地反映事件情况，它能以毫秒级的分辨率获取事件信息，为事故分析提供有力的证据。

SOE系统的输入信号全部为开关量信号，它以高分辨率分辨各个信号状态变化的先后次序，帮助在事故情况下分辨故障的原因找出首出故障因此SOE成为分析事故的主要记录手段。

二、SOE系统组成

2.1．体系结构

　　PCS7的SOE系统，基于S7-400系列AS站，其上有一时钟同步模块，使整个PCS7系统的时间同步。

当事件发生时，高时间分辨率的DI模块根据这个时间来记录，通过PCS7的SOE驱动功能块，将事件打上时间标签，送到上位机操作员站，产生SOE报告记录，如图1为SOE系统体系结构图。

2.2硬件组成

　　SOE系统硬件一般包括：

S7-400系列CPU，时间同步模块SICAMMCP，信号记录输入模块SICAMDI32和外部时钟。

（1）S7-400系列CPU

S7-400系列CPUI是西门子自动化站（AS）的核心，其根据自身的优化程序实现本工段内的设备调节和优化控制功能；采集本工段内的模拟量、数字量、脉冲量等信号，通过工业以太网将信号传输到操作员站，并接收操作员站的控制设定指令。

S7-400的CPU集成了Profibus-DP接口和工业以太网接口，可以同自动化控制系统现场I/O单元或操作管理层连接，非常适合作为PCS7的自动化站。

（2）SICAMMCP模块

SICAMMCP模块，是SIMATICS7-400自动化站的时钟同步模块，接受外部时钟信号，作为SIMATICS7400系统的时钟主站，控制CPU和功能组的时钟同步。

在MCP中，其内部时钟与外部参考时钟不偏离过1ms，保证其高度实时性。

SICAMMCP作为时钟主站，周期的向CPU和所有K总线模块广播设定时钟，在下一分钟将设置时间。

MCP在传输时钟的同时在系统总线上触发同步时钟中断。

随后ICPU和所有其他K总线模块接受传输过来的时钟每隔一分钟，执行一次此同步程序。

（3）SICAMD132模块

SICAMDI32模块，是用于SICAM系统的处理数字量输入信号的DI功能模块。

它能够处理32个通道，高达1ms分辨率的隔离、无干扰和快速采集的数字量信号。

D131模块中有一事件缓存区，可以存储多达200事件。

当探At到状态变化时D132按时间顺序将采集到的数据存放到其事件缓存中，分辨率为lmsoDI32输出一个过程报警（PRAL），使CPU获得存储在事件缓存中的数据。

D132有多种不同的功能处理采集到的状态变化：

　1）单点信息Single-pointinformation：

每次输入信号进来和离开，都要存储到缓存中，并且更新过程映像区。

　2）瞬时信息Transientinformation：

跟单点信息功能不同的是，只在信号进入时才存储到缓存更新过程映像区。

　3）双点信息Double-pointinformation：

设备的两点状态（例如开启／关闭）可以用两个输入来描述。

每次双点信息改变，存储到缓存中，并且更新过程映像区。

（4）外部时钟

2.3软件组态

（1）SOE软件描述

SOE功能实现需要的软件主要有：

SIMATICPCS7工具集、SICAMPLUSTOOLS和SOEDriverBlocks等。

　1）SIMATICPCS7工具集

　SIMATICPCS7工具集基于三统（统一的数据管理、统一的通信和统一的组态和编程软件），集成了强大的各种系统软件。

其中包含有SIMATICMANAGER，CFC和WINCC等。

　SIMATICMANAGER采用了现代化的软件体系结构，对项目进行管理、处理、归档和建立文件。

CFC是一种简洁的图形组态工具，采用了IEC-1131的标准用CFC有助于节省时间和费用，大大简化了系统的组态和维护。

2）SICAMPLUSTOOLS

　　为了在S7项目中集成MCP和DI32，我们需要在SIMATICStep7Manager安装加软件SICAMPlusTOOLSSICAMPlusTOOLS中包含了MCP和DI（CO.AI）模块之间进行同步必需的运行组件。

3）SOEDriverBlocks

　SOEDriverBlocks是一个程序库，其中包含PCS7的SOE功能块，用这些功能块可以将SICAMD132和SICAMMCP连接到PCS7过程控制系统中。

4）CFC组态SOE功能块时，在其属性中设置每个SOE消息事件。

5）操作员站通过WINCC的ALARMCONTROIL控件来记录通过设置丁EXTBLOCK的AREA属性为SOE来筛选SOE事件。

　　该SOE系统成功地提供了高速顺序记录功能其时间分辨率小于1ms，精确地反映事件情况，为事故分析提供有力的证据。

成为其在事故情况下分辨故障的原因和找出首出故障的主要记录手段。

2.4CFC连续功能控制功能

　　西门子PCS7过程控制系统是集DCS、总线I/O以及PLC为一体的新型全集成控制系统。

具有分散控制、集中管理、安装方便、成本低和维护管理智能化等特点。

　　CFC软件包是一个集成化的标准软件，具有多个专门用于连续过程控制优化的功能块，具有简洁的显示方式，不需附加另外的专家系统就可完成组态和参数设置。

该软件包集成于PCS7系统，在PCS7集成的功能上增加了针对水泥工程的工程操作、故障诊断及联锁等功能块，是具有独特的、开放式的接口及经济的解决方案。

具有如下特点：

　　■方便的软件联锁功能

　　■灵活便利的操作方式

　　■减少故障时间

三、控制系统构成

　　本自动控制系统采用控制网、监控网、现场总线三级控制网络构成系统。

系统硬件配置及网络结构见图1。

3.1控制网络结构

　　控制网采用工业级交换机由光纤构成冗余环网，通信速率100Mbit/s。

其中冗余服务器用于历史数据记录、性能计算、报表、SOE、事故追忆，可向操作员站、上位计算机提供数据库服务。

两台服务器互为冗余配置了两个网卡：

西门子的专用通讯网卡1613和通用网卡，分别用于与控制站及操作员站的通讯。

3.2现场总线

　　控制站采用AS414-H控制站和ET200M远程I/O构成现场控制网络，采用Profibus-DP通讯协议，通信速率设置:

1.5Mbit/s。

由于原料破碎站距离生料磨电气室的电缆长度约500米，为保证通讯速度，破碎站与生料磨主站间采用了一对OLM（光纤琏路模件），采用光纤连接，实现Profibus-DP通讯。

3.3实时显示工艺流程及参数

通过创建对数据采集服务器的远程标记名引用，获取实时数据到本地。

通过专用作图工具绘制工艺图，配以动画，如实的将现场工艺呈现。

工艺流程界面根据情况可分为若干个组，分别为：

主运行画面，除氧系统、锅炉系统、软化水系统等。

系统启动后先进入主运行画面，在主运行画面上通过点击功能按钮可切换到各工艺流程画面的切换。

如下图：

主流程（图一）

3.4实时报警数据显示

在监控画面的底部，特别设置了报警显示界面。

该界面会一直显示在屏幕上，当有报警产生时，报警会自动显示到报警界面的顶部。

若报警未得到确认，会进行闪烁提示。

监控人员还可以根据需要对显示方式进行设置。

同时，系统还添加了报警一览表，将所有发生的报警进行记录，并可查询历史报警记录。

如下图：

报警画面（图二）

3.5自诊断功能

本系统具有完善的自诊功能，当PLCCPU、硬件模块、信号模块、通讯模块及自动控制回路等发生故障时，PLC监控软件的诊断功能将提供详细的故障信息。

3.6实时及历史曲线显示

监控画面中，特别设置了趋势曲线界面。

打开此界面，默认为实时曲线，通过切换动作，即可查看历史曲线。

无论实时曲线还是历史曲线均可被随时添加、替换或去除。

历史曲线可以设置：

起始时间、时间跨度、移动间距以及查看曲线数值等功能。

如下图：

历时曲线（图三）

3.7询及打印功能

监控画面中，特别设置了数据查询界面。

提供了实时数据、历史分钟数据、历史整点数据、历史统计数据、历史报警数据、日报数据曲线、月报数据曲线、年报数据曲线的查询功能。

每项功能中，均制作便于查询的选择项，便监控人员较快的查看到所需信息。

3.8命令、参数及操作权限

通过控制界面，监控人员可根据实际需要，对控制参数进行设定，对现场设备下达相关命令。

同时，对控制操作设置密码保护，系统会判断操作权限（此权限判断具有记忆能力），符合要求后才会下发控制命令，若不符合，则会提示登录到权限用户。

该系统对三个级别的操作人员进行登录，并设置为不同的密码。

上一级的用户可实施下一级用户的操作，下一级的用户无权实施上一级用户的操作权限。

系统操作员可以对授权和密码进行修改和更换。

参数设定（图四）

3.9操作记录功能

操作员在进行控制操作、参数组态时，系统具有密码保护功能，同时系统还会将操作信息存储到数据库OperatData数据表中。

此数据表中还存储系统登陆和退出的信息。

3.10其它功能

控制系统同时具有登陆画面、退出画面以及用户管理画面。

用户管理画面可在线添加用户、删除用户、重新配置用户的功能（具有相应的权限才可以进行操作）；

四、控制系统技术说明系统测点配置

可根据最终设计施工可增减相应的检测点：

汽包水位；（两套平衡容器+壹套电极点）

主蒸汽流量；

给水流量；

天然气流量

汽包压力（变送器一台，压力开关二只）

给水母管压力

主蒸汽压力

炉膛压力

节能器前、后烟压

进入界区燃油干管压力，燃烧器前燃油压力（即调压阀前、后压力）

炉膛出口烟温；

省煤器进口烟温

省煤器进、出口水温

排烟温度

主蒸汽温度

烟气含氧量

五、锅炉监控报警联锁保护

5.1应检测点的报警、联锁保护

序号

名称

数据类型

备注

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