PDF《PCS7 系统在 2 *300MW 机组湿法烟气脱硫中的应用》

《 自动化仪表 》 第27卷增刊 2006年 5月 PCS7系统在

2 * 300MW 机组湿法烟气脱硫中的应用 App lication of PCS7 System in The W e t FGD of

2 * 300MW Pow e r Unit 陈程孙自强 (华东理工大学自动化研究所 ,上海 200237) 摘要:根据石灰石 /石膏湿法烟气脱硫的工艺需求 ,采用西门子的 PCS7过程控制系统作为开发平台 ,设计了一套电厂

2 * 300MW 机组湿法烟气脱硫控制系统.

具体介绍了该控制系统中的硬件配置、 网络配置及软件编制等.系统基于 Profibus现场总线 ,采用了多 种冗余措施.实践证明 ,该系统运行稳定可靠 ,基本实现了石灰石 /石膏湿法烟气脱硫过程中多变量连续控制的要求. 关键词 : 控制系统 冗余控制 多变量 中图分类号 : TQ9 文献标识码 : B Abstract: According to the technical requirements of lime stone/gypsum wet FGD, a control system forwet FGD of

2 * 300MW power units is de2 signed by adopting Siemens′ PCS7 process control system as developing platform. Hardware configuration, network configuration and software pro2 gramming of this control system are introduced in detail . The system based on Profibus and several redundantmeasures are included. The practice shows that the system is stable and reliable, and the requirement of the multiple variables continuous process control in the wet FGD is fulfilled. Keywords: Control system Redundant control Multiple variables

0 引言 火电厂减排二氧化硫的主要途径有 :煤炭洗选、 洁 净煤燃烧技术、 燃用低硫煤和烟气脱硫 ,其中烟气脱硫 是目前国际上广泛采用控制二氧化硫排放的成熟技 术.我国制定的火电厂烟气脱硫技术路线是重点发展 石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺.该工艺是湿法烟气脱硫 技术中最主要的技术 ,尤其适合大机组烟气脱硫 ,在美 国、 德国和日本 ,应用该技术的机组容量约占电站脱硫 装机总容量的 80%以上 ,是当前国际上通行的大机组 火电厂烟气脱硫的基本工艺 ,具有脱硫效率高 (高达 95%以上 ) 、 技术成熟、 设备运行可靠性高等特点. PCS7是一种基于现场总线的模块化新一代过程控 制系统 ,将传统的 DCS和PLC控制系统的优点相结合 , 系统所有的硬件都基于统一的硬件平台 ,可以根据需要 选用不同的功能组件进行系统组态.所有的软件也都 全部集成在 SI MATIC程序管理器下 ,有统一的软件平 台.系统采用大量新技术 ,在网络配置上采用标准工业 以太网和 Profibus网络 ,消除了 DCS和PLC系统间的界 限 ,真正实现了仪控和电控的一体化 ,充分体现了全集 成自动化的特点 ,使系统应用范围变广 ,是一种面向所 有过程控制应用场合的开放型过程控制系统.

1 工艺流程 石灰石 /石膏湿法脱硫工艺系统主要有 :烟气系 统、 吸收氧化系统、 浆液制备系统、 石膏脱水系统、 排放 系统和事故浆液池组成.其中 ,吸收塔是系统中最重 要的设备 ,其作用是 ,作为烟道的一部分提供烟气通 道 ;

作为吸收容器 ,所有的吸收反应均在吸收塔内完 成.吸收塔自下而上可分为三个区 :吸收塔浆液池、 洗 涤区、 气体区 ,如图 1所示.其基本工艺流程如下 :锅 炉烟气经电除尘器除尘后 ,通过增压风机、 GGH 降温 后进入吸收塔.在吸收塔内烟气向上流动且被向下流 动的循环浆液以逆流方式洗涤.循环浆液则通过喷浆 层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中 ,以便脱除 SO2 、 SO3 、 HCl和HF,与此同时在 强制氧化工艺 的处理下反应 的副产物被导入的空气氧化为石膏 (CaSO4 ・2H2 O) , 并消耗作为吸收剂的石灰石.循环浆液通过浆液循环 泵向上输送到喷淋层中 ,通过喷嘴进行雾化 ,可使气体 和液体得以充分接触.每个泵通常与其各自的喷淋层 相连接 ,即通常采用单元制. 图1吸收塔内部结构图 Fig11 Internal structure of absorption tower 在吸收塔中 ,石灰石与二氧化硫反应生成石膏 ,这531PCS7系统在

2 * 300MW 机组湿法烟气脱硫中的应用 陈程,等 ? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net PROCESS AUTOM ATI O N INSTRUM ENTATI O N Vol .

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2006 部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出 ,进入石膏脱水系 统.脱水系统主要包括石膏旋流器 (作为一级脱水设 备)、浆液分配器和真空皮带脱水机.经过净化处理 的烟气流经四级除雾器除雾 ,在此处将清洁烟气中所 携带的浆液雾滴去除.同时按特定程序不时地用工艺 水对除雾器进行冲洗.进行除雾器冲洗有两个目的 , 一是防止除雾器堵塞 ;

二是冲洗水同时作为补充水 ,稳 定吸收塔液位. 在吸收塔出口 ,烟气一般被冷却到

46 ~55℃左右,且为水蒸气所饱和.通过 GGH 将烟气加热到 80℃ 以上 ,以提高烟气的抬升高度和扩散能力. 最后 ,洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气.

2 控制系统构成 根据工艺要求整个系统分为三个部分 ,第一部分 为公用部分 ,第二部分为

1 # 机组 ,第三部分为

2 # 机组 , 其中

1 # 机组和

2 # 机组是两套完全一模一样的系统 ,公 用部分为

1 # 机组和

2 # 机组所公用.公用部分包括石 灰石浆液系统、 石膏脱水系统、 排放系统、 事故浆液池、 工艺水系统、 电气系统等系统 ,

1 # 机组和

2 # 机组则主要 包括烟道系统和吸收塔系统. 考虑到实际的控制要求及整个系统的安全可靠 性 ,现场控制站采用 3对AS2 400系列的 CPU (CPU

417 - 4H)为主控制器 ,构成 PCS7冗余控制方案.3对控 制器分别对应公用系统 ,

1 # 机组 ,

2 # 机组.控制对象有 阀门、 变频器、 电机和温控器等设备 ,基本包括了过程 控制系统和顺序控制系统中所有的典型器件 ,是一个 复杂的大型控制系统 ,该系统按照结构又可以分为三 个部分如图 2所示. 图2系统结构图 Fig12 System structure

211 上位机系统 上位机系统主要由三台工控机组成 ,一台为工程 师站 ,操作系统为 W indows

2000 英文版 ,控制软件为 PCS7 V610 SP2,其他两台作为操作员站 ,安装 W inCC Runtime版. 三台机器通过西门子的 CP1613网卡直接连到光 纤网络的 OS M 交换机上.两台操作员站构成双冗余 的上位机监控系统 ,互为备份 ,当某台操作员站发生故 障时 ,可由另外一台操作员站代替工作.操作员站主 要供操作工使用 ,在界面上显示各种实时运行参数 ,对 各种控制设备的运行状态和运行参数进行调整 ,对现 场的电机、 变频器和电动气动控制阀进行控制.工程 师站用于系统工程师进行系统维护、 实现程序修改、 系 统运行状态监控、 用户登录管理、 用户权限分配等. 同时三台机器之间通过标准以太网进行通信 ,使 用普通的工业以太网卡.

212 控制系统主站 控制系统由三套 S7 - 417H 和32个ET 200M 组成,分别控制三个工艺部分.S7 - 417H 通过 OS M 光 纤交换器与上位机系统网络连接 ,实现双 CPU、 双CP、 双网线、 双网卡、 双操作员站的热备份冗余连接机制. 冗余自动化控制站 (AS417 -

4 - 2H)用于实现现 场设备的运行状态监测、 数据采集及处理 、 自动闭环 回路控制、 电气设备开关控制等系统控制功能.所有 控制模块均封装在一个牢固而紧凑的塑料壳体内 ,携有 后备电池盒和存储器插槽以集成的 MPI和Profibus2 DP 接口. 现场 控制站的ET 200M 分布式I/O 站通过Profibus2 DP 现场总线 AS - 400中央控制器进行实时通 信 ,它主要功能是 :采集现场 I/O 信号 ,通过 ET 200M 的I/O信号接口模块将现场数字量或模拟量信号传送 到中央控制站 ,同时将中央控制器发送来的控制信号 送至现场.每个 ET 200M 分布式 I/O 站的有源背板 总线上插有 2个IM153通信接口模块 ,分别通过 2条 独立的 Profibus2 DP现场总线与 AS - 400中央控制站 进行实时通信.在系统运行过程中 ,当其中某一个 I M 153通信接口模块发生故障时 ,系统能自动地切换到 另一个 I M 153通信接口模块 ,并可带电热插拔更换故 障的通信接口模块 ,不会影响系统正常运行.

213 工段子站 该系统的公用部分还有两个工段子站 ,石膏脱水 系统和制粉系统 ,分别通过 Profibus2 DP与中央控制室 的主站进行数据交换.由于在这个工作子站中采用的 是单总线形式 ,而主站中采用的是双总线形式 ,所以需 要通过 Y2 Link连接 ,子站 PLC选用西门子 S7 - 300,主 要完成开关量的检测控制、 模拟量的检测控制以及现

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1 PCS7系统在

2 * 300MW 机组湿法烟气脱硫中的应用 陈程,等 ? 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 《 自动化仪表 》 第27卷增刊 2006年 5月 场变频器工作频率的设定、 调节和检测 ,并将采集的信 号通过通信电缆传输到主控制器 ,信号仅用于画面的 监视 ,不进行设备的控制.

3 网络通信配置 整个 DCS控制系统的通信采用三层网络进行数 据交换.最上层是操作层 ,为操作终端网 ;

中间层为控 制层 ,为设备主干网 ,它是高速工业以太网 (

10 /100 Mbps) ;

底层为 I/O 层 ,为现场总线 ,采用 Profibus2 DP 通信协议. 其中设备主干网为整个系统的骨干网.主要负责 控制器之间、 控制器与监控系统之间的数据交换.设 备主干网采用快速以太网 ,支持 TCP / IP协议 ,通信速 率为

10 /100 Mbps.通信介质既采用同轴电缆、 双绞线 和光缆.并采用了最新的交换机技术 OS M,它上面连 接的设备之间可以同时互不干扰的并行通信 ,大大提 高了通信能力.采用光缆作为通信介质时可以实现全 双工方式 ,允许站点同时发送和接收数据 ,通信速率可 提高一倍.整个光纤网络连成了环状 ,可以实现网络 介质的冗余.

4 软件编制 系统的组态软件为 SI MATIC Manager,所有的组态 工作均在工程师站上完成.系统采用集中的、 从上到下 的........