UniMAT擴展模塊在發(fā)電廠中的應用

一 系統概述

隨著經濟高速發(fā)展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工業(yè)垃圾處理問題正變得 日益突出。每年全國城市垃圾清運量達數億噸，在各大城市中，垃圾包圍城市的現象非常普遍。垃圾已對大氣環(huán)境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了嚴重污染，生態(tài)環(huán)境正在遭到嚴重破壞。因此，結合城市具體情況，對垃圾的處理技術和處理系統及其控制策略等相關問題進行探討，找出處理效果好、經濟上可行的處理方案已成為目前城市垃圾處理問題研究的熱點之一。

焚燒處理垃圾的主要優(yōu)點是垃圾減量最大，無害化比較徹底。如焚燒垃圾發(fā)電是現有垃圾處理方法中占地較小，效果較好的方法。另外，建立垃圾焚燒發(fā)電廠，可解決垃圾滲瀝液引起的污染地下水問題，垃圾焚燒后的廢渣進入制磚廠，既減少了對環(huán)境的污染，還可產生一定的經濟效益。城市生活垃圾、工業(yè)垃圾、淤泥和廢橡膠輪胎等垃圾焚燒處理技術，利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電，變廢為寶，將是今后環(huán)保技術的一個重要發(fā)展方向。

垃圾焚燒工作原理：垃圾經自動給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥，然后送入爐排，爐排在脈沖空氣動力裝置的推動下拋動垃圾，垃圾與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒，燃燒產生的熱量進入余熱鍋爐，將鍋爐給水加熱到壓力約4Mpa，溫度400℃左右的蒸汽，再推動汽機發(fā)電機組發(fā)電。由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來的煙氣進入第二、三級燃燒室，進行進一步燃燒，使煙氣的溫度高達1000℃，煙氣在此稍作停留，使有毒煙氣迅速分解，后經煙氣處理設備和除塵設備處理合格后排入大氣。

垃圾焚燒發(fā)電廠主要技術參數：焚化爐鍋爐2 臺，垃圾處理量350t/天，蒸汽量 35t/h，過熱汽壓4.0Mpa，過熱汽溫400℃，爐膛溫度980℃，給水溫度145℃ 。
汽輪機發(fā)電機組一套，主蒸汽壓力3.9Mpa，主蒸汽溫度390℃，發(fā)電功率12MW。

二 系統要求

1． 提供完善的垃圾焚燒、余熱發(fā)電DCS 控制系統；
2． 控制系統采用全冗余配置，保證系統高效、可靠、安全；
3． 監(jiān)控功能友好易用，漢化操作界面；
4． 提供方便易學的功能組態(tài)，和專用功能塊和圖庫，方便系統功能擴展或修改。

三 系統配置與功能實現

該控制系統采用西門子最先進的過程控制系統PCS7 和Profibus-DP 現場總線技術，控制系統不僅要承擔起全廠的生產過程控制，還要根據垃圾成分的變化快速調整控制程序，以保證焚燒工藝的安全性，使其不再產生二次污染。Profibus-DP 總線的通訊速率可達12Mbps，S7-414H 雙機熱備系統和ET200M 分布式I/O 組成的Profibus-DP 總線網構成切換結構，實現故障時的無擾自動切換。上位機采用WinCC V6.0 組態(tài)軟件進行系統組態(tài)。該廠的垃圾焚燒工藝引進加拿大RICHWAY 公司專利技術，采用四級脈沖爐排，各項指標均達到國際環(huán)保要求。

控制系統提供的主要回路控制功能有：爐膛壓力控制、干燥爐排溫度控制、再循環(huán)煙氣溫度控制、鍋爐汽包水位控制、過熱蒸汽溫度控制、熱井水位控制、除氧器水位控制。

1．操作員站（OS 站）和工程師站（ES 站）

DCS 系統配置4 套獨立的操作員站（OS 站），其中兩臺焚燒爐配兩個OS 站，汽機和輔機控制配兩個OS 站。每套OS 均采用成熟、可靠的DELL 商用計算機。OS 站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史數據再現等，可在打印機上輸出。運行Windows 2000 多任務網絡操作系統下的PCS7 OS 站應用軟件。所有OS 站均為全能值班配置，圖像、操作、數據一致，實現機、爐、電的運行操作。

系統配置1 套工程師站（ES 站），采用成熟、可靠的DELL 商用電腦。ES站主要完成實時數據庫、控制塊、圖形、趨勢、報表等系統數據的生成和下裝，完成對系統的詳細自診斷和系統數據的列表和后備。運行Windows 2000多任務網絡操作系統下的PCS7 ES站應用軟件。

可由專業(yè)人員通過工程師站對系統進行組態(tài)、維護。專業(yè)工程師在授權的情況下，可以在現場對系統進行在線或離線修改。同時，所有運行情況和控制邏輯均可在工程師站上查看，增加了用戶對系統掌握的程度，以及系統軟件、硬件的透明度。當不需組態(tài)時，可運行與操作員站完全相同的軟件。整個系統配置2 臺網絡打印機，用于記錄打印和CRT 圖象拷貝。打印機選用DELL 網絡打印機。

2．冗余的CPU414H 中央控制單元

本自控系統現場控制站的中央控制器采用冗余設計，它由2 套AS-400 型中央控制器組成。它們預裝有冗余軟件，并通過一個通訊接口實現相互連接。在系統正常的運行中，當某個中央控制器出現故障時，另一個中央控制器能自動接管所有的工作，保證了系統繼續(xù)正常運行。因此系統現場控制站的AS-400 中央控制器具有很好的冗余性能。AS 的中央處理器采用S7-400 系列工業(yè)控制器中S-414 以上的CPU，專為過程控制應用設計，CPU 芯片的底層程序采用類PASCAL語言編寫，為CFC,SFC等過程控制語言提供平臺。中央控制器中預裝有冗余軟件，用戶在組態(tài)時可完全忽略其冗余特性，象對非冗余系統組態(tài)一樣只需輸入用戶程序。

3．遠程I/O 站

每個分布式I/O 站的有源背板總線上插有2 個IM153-2 通訊接口模塊 ，分別通過2 條獨立的PROFIBUS-DP 現場總線與AS-400 中央控制站進行實時通信。在系統運行過程中，當其中某一個IM153-2 通訊接口模塊發(fā)生故障時， 系統能自動地切換到另一個IM153-2 通訊接口模塊，并可帶電熱插拔更換故障的通訊接口模塊，不會影響系統正常運行。

4．冗余的通訊網絡

CP443-1作為標準的工業(yè)以太網連接裝置，在物理層上采用高防護等級的通訊線纜，工業(yè)以太網的卡件上帶有CPU可以獨立處理通訊信號。高速工業(yè)以太網是在工業(yè)以太網的通訊協議的基礎上，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網采用了全雙工并行（FDX）通訊模式，這種模式允許站點同時發(fā)送和接收數據，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太網上還采用了交換技術，利用交換機模塊將整個網段分成若干子網，每個子網都可以獨立地形成一個數據通訊網段，可以大大地提高通訊效率。普通以太網上由于網段上數據通訊阻塞的存在，使得網絡上實際通訊技術只有40%，采用了全雙工并行通訊技術和交換技術后，使得網絡的通訊能力得以充分地利用。

5．主要監(jiān)控功能描述：

（1） 工藝流程顯示：依據系統工藝控制過程以流程圖形式表現工藝流程圖；

（2） 順序控制操作指導：在PCS7 中提供SFC 順序功能圖，以圖形方式監(jiān)控順序控制過程；

（3） 系統控制和設定功能：控制系統提供豐富的回路控制監(jiān)控庫，可以對回路控制和參數設定進行集中顯示、集中監(jiān)控；

（4） 趨勢顯示：以實時趨勢和歷史趨勢方式顯示重要過程參數的變化趨勢；

（5） 報警記錄與顯示

（6） 報表管理：提供日報、月報打印功能，可提供定時打印、事件驅動打印、召喚打印等；

（7） 用戶級別管理：為了保證系統的安全操作，系統提供多級用戶權限管理，不同權限的用戶對應不同的操作范圍。

四 使用效果

分析該DCS 系統經長期運行證明，各項技術指標均達到國際先進水平，主要表現如下：

（1） 燃燒效率高：垃圾在爐排上與空氣混合均勻燃燒充分，垃圾燃盡率高；

（2） 處理垃圾范圍廣泛 ：由于設計了根據不同垃圾類型而調整的控制策略，垃圾處理范圍大大提高，能夠處理工業(yè)垃圾、生活垃圾、廢棄橡膠輪胎等；

（3） 運行維護費用低 ：由于自動控制水平高，運行人員少，定檢和不定期檢修費用低，降低了維護費用；

（4） 可靠性高 ：經過長期運行表明，控制系統故障率非常低，系統可用率可達99.9%以上，滿足設計要求；

五：總結

此上使用了UniMAT UN300系列產品的模塊，在冗余系統中良好性能要求使工作更加穩(wěn)定，大大提高生產線效率。