西门子PLCS7-400冗余系统在内蒙古霍煤鸿骏电厂中的应用

一、项目简介    

1．工程简介    

内蒙古霍煤鸿骏铝电自备电厂位于内蒙古霍林格勒市，属于内蒙霍煤集团总公司。一期200MW机组即将投产发电，二期300MW机组已开工建设。采用火电蒸汽轮机组发电，除尘系统采用空压机气力输灰自动控制系统。

2．项目的大致情况

本控制系统采用西门子S7400系列中的CPU414-4H冗余系统，上位机使用WINCC实时操作和监控系统，同时使用了西门子工业光纤交换机OSMTP62实现了工业以太网通讯。CPU414-4H采用H960同步子模块构建了硬件冗余系统，使用CP443-1工业以太网模块通讯，WINCC上位机使用CP1613通过交换机实现与冗余PLC的通讯。现场控制系统采用冗余的Profibus网络 IM153-2从站，实现了数据的采集和控制。

二、系统介绍

1．项目的简要工艺

本系统包括1号与2号硫化炉输灰系统、3号与4号燃煤炉输灰系统、各输灰系统的灰斗气化系统、空压机系统、灰库切换阀控制和灰库气化系统、捞渣碎渣除渣设备的远程监控。

空压机系统为输灰系统的气动设备控制、灰库除尘器和除渣系统脱水仓排渣门提供气源。在输灰前必须保证空压机系统的连续正常运行。1号与2号硫化炉、3号与4号燃煤炉各有4个除尘电场组成，每个除尘电场可以实现自动、联动控制，各电场的循环时间、进灰时间、输灰时间可以单独设定，灰库切换阀可以根据进灰的料位高低手动、自动切换。当各电场阀位和密封圈故障、空压机压力低等故障发生时，系统会自动报警或停机，数据库并且会自动记录。

2．项目中使用的西门子自动化产品

CPU：CP414-H、H960同步冗余模块；通讯卡：CP443-1、CP1613;工业以太网交换机：OSMTP62、ET 200M（包含了PS、IM、DI、DO、Al HART、AIRTD、Al TC、AO和其他通讯模块等）。

三、控制系统结构

1．整个项目中的硬件配置、系统结构(见图1)

a)

b）

C)

图1  硬件配置及系统结构图

2．软件平台

本计算机采用WINDOWS2000操作系统，控制系统采用西门子STEP7软件平台（用于控制系统组态和编程）以及WINCC（上位计算机监控组态软件）开发。通过STEP7软件编好的程序已下载固化在控制器中，操作员只需在监控计算机上通过画面信息和执行操作以保证输灰系统的正常运行。本系统采用双监控WINCC系统，一主一备，当一台监控电脑出问题时，可以直接使用另一台备用电脑监控和操作。同时一台电脑工作，另一台电脑可以实时不中断修改PLC程序并且下载。

四、控制系统完成的功能

1．PLC程序的简要介绍

本系统的PLC控制程序采用结构化编程，如图2所示。

2．WINCC监控操作画面

3．程序控制的主要功能

燃煤炉输灰系统控制

燃煤炉输灰包括3号燃煤炉输灰和4号燃煤炉输灰，各自独立运行。每个锅炉输灰包括四个电场的输灰控制。以3号燃煤炉输灰为例（4号燃煤炉输灰与之相同）：

(1)3号燃煤炉输灰前必须满足的条件；

1)空气压缩机已启动，且满足6kg的气源压力；

2)3号燃煤炉输送气压力接点闭合；

3)燃煤锅炉灰斗气化系统正常运行；

图2 PLC控制程序结构简图

4)各电场就地柜上的控制方式设定为远程控制模式；

5)各电场进料阀和出料阀的开关正确，且能及时反馈正确的开限位和关限位信号；

6)进料密封阀和出料密封阀的开关正确，且能及时反馈正确的对应密封压力信号；

7)各发送器的料位计能正确判断是否有料（有灰）；

8)自动输灰工作参数设定正确（在【系统参数】画面内设定，T2<T3-）；

9)输灰管道切换阀指示的下料灰库的料位未到高位。

(2)各电场输灰时必须满足的条件

1)同一时间只允许有一个电场在输灰，不允许二个以上的电场同时输灰；

2)某个电场在输灰前其余电场的出料阀必须关闭到位，出料密封圈必须加压且出料密封压力到位；

3)各电场无报警指示，如有，必须将其复位（点击控制按钮，在弹出的控制画面中按下发送器报警复位按钮）并排除故障。

图3 VINCC监控操作画面

(3)各电场输灰控制模式

1)各电场的输灰控制分为就地手动、远程手动和远程自动3个控制模式。

就地手动：当就地控制柜的控制方式开关设为就地时为就地手动模式。操作员手动操作电磁阀的开启和关闭来控制气动阀门的开关，此时在上位计算机画面上无法进行对设备的控制。

远程手动：当就地控制柜的控制方式开关从就地设为远程时，系统默认为远程手动模式。此时操作员可在计算机画面上实现对设备的远程手动控制，操作员可根据画面上阀门的开关限位反馈信号判断当前阀门位置（除进料阀和出料阀外，其余阀门没有限位反馈信号）。在远程手动模式下，操作员可按照输灰流程图（在【系统参数】画面中）对各电场进行手动输灰。

远程自动：当就地控制柜的控制方式开关从就地设为远程时，系统默认为远程手动模式。操作员可点击对应电场的控制按钮，在弹出的控制画面中将远程控制方式设定为远程自动，系统将该电场输灰投入自动运行。操作员可查看输灰画面右面的各电场自动输灰工作状态来获取输灰的自动执行情况。

2)故障复位就地手动和远程手动操作时，因系统不监视设备反馈信号，所以不会发出报警。在自动输灰时系统将严格监视设备的反馈信息，如果自动输灰时发生故障，系统将中止该电场输灰，所有阀门保持报警前的状态。此时操作员可根据画面最上面的报警提示框里的内容和画面报警信息（故障设备图标闪烁）作出故障判断，点击对应电场的控制按钮，在弹出的控制画面中按下发送器报警复位按钮，此时系统将自动将控制模式转为远程手动，操作员可在控制画面中手动控制故障设备，确认排除故障后再次恢复远程自动模式。

3)控制模式的优先选择输灰时如满足以上(1)、(2)条件，操作员优先选择远程自动模式；

若远程自动不模式能正常进行，可选择远程手动模式；若远程手动无法正常操作，选择就地手动模式。

4)单个电场输灰控制流程参见【系统参数】画面中的控制流程图（见图4）。

图4【系统参数】画面