电厂化学自动控制系统

第一篇：电厂化学自动控制系统

ＰＬＣ在火电厂整个化学水自动控制系统中的应用

柴志宏

(1. 山西漳山发电有限责任公司，山西 长治)

CHAI Zhihong

Shanxi Zhangshan Electric Power Limited Executive Company，Changzhi ，Cina 摘要:着重从化学水的系统结构到PLC的组态和软件设计等方面做了研究和总结。由于PLC具有运行稳定性和高可靠性等特点,它与工业控制计算机连网对于电厂在整个水系统系统进行自动控制具有其独特的优势。 关键词:PLC;化学水处理;控制系统 Abastract：

Key Words：

整个水系统的结构组成。以山西漳山电厂为例,先介绍化学水系统的基本组成。该电厂一期工程装设两台30万千瓦机组,化学水系统主要,包括化学补给水、精处理、汽水取样、炉水加药、生活污水和工业废水。整个系统以化学控制楼为基准采用集中控制，主要以程序自动控制为主,人工参与为辅的方式来完成，同时对精处理、汽水取样、炉水加药、生活污水和工业废水的不同系统通过网络控制，实行无人值守，并且取得了很好的效果。

化学水系统由三大系统组成:

1.1水系统：水系统主体设备主要包括细砂过滤器5台,活性炭过滤器4台 ,反渗透装置两套,除碳器一套,阳床二台，阴床二台，二级混床两台。所有设备由不同的管道相连构成化学补给水处理系统。精处理主要设备由：二台高速阳床，二台高速阴床，四台树脂捕捉器通过管道连接构成。污水和废水系统由两台过滤器，中间水箱，初沉池，二沉池，接触氧化池，消毒池等构成。汽水取样主要是由不同种的表计组成。炉水加药主要是由凝结水加氨，凝结水加联氨，给水加氨，炉水加磷酸盐构成。水系统主要检测的对象有PH值、导电度、流量、压力、钠、联氨、酸碱浓度、浊度和SiO2含量等,此外,双介质过滤器、活性碳过滤器以及阳床、阴床和混床的树脂一旦失效就需要再生处理,反渗透装置每次运行结束后也需要清洗等,这些工作都需要计算机和PLC程序控制来完成。

1.2酸碱再生系统：酸碱再生系统的主要作用是将阳床、阴床和混床里失效的树脂利用酸碱置换反应还原为合格的树脂,供混床制水使用。在制水过程中,当混床运行时间过长时树脂会吸附大量的含盐离子,导致树脂失效,此时产品水中的导电度和SiO2的含量会明显增大,这就需要对树脂加酸加碱做再生处理,通过酸碱置换反应使树脂还原为合格的树脂,这时阳床、阴床和混床才能参与制水。从酸碱储存槽来的酸和碱分别储存在酸碱罐中,加酸加碱时,酸碱浓度要控制在一定的范围才行,一般酸碱浓度为0.1%～0.15%,这些都要在系统运行过程中根据现场实际情况来确定,酸碱再生系统主要检测的参数为酸碱浓度、酸碱槽和酸碱箱的液位等。

1.3气系统;气系统主要是来自主厂房的压缩空气,压缩空气分为程控用气和再生用气两部分,程控用气主要是供给电磁阀箱来控制气动阀门的,而再生用气是供给双介质过滤器和混床再生空气擦洗时使用。气系统要保证有一定的气压,压力范围为0.5～0.6MPa,压力过高会使管道和床体憋压,压力太低阀门将动作缓慢甚至操作无效,因此气压是本系统的重要参数。 2 程控系统

2.1系统构成及控制要求; 程控系统是以PLC和计算机为核心组成的对化学水系统操作实行程序自动控制的装置。系统所有的监控操作都是在计算机上完成的,通过CRT监测现场各设备的状态和参数,来分析阀门、泵以及过滤器、床体和反渗透装置等的运行状态、水质的好坏,如PH值、导电度、流量、压力、钠、联氨、酸碱浓度、浊度和SiO2等。上位机为运行人员提供了极为方便的操作方式和控制对象选择菜单,运行人员选择菜单内容来决定自己所喜欢的操作方式,通过发布操作指令来控制和监测现场运行设备。打印机可随时打印各种报表,从报表上分析运行设备的各种参数,进而分析水质的优劣。音箱是作为系统运行时报警用的,系统运行过程中当检测到有故障时会发出报警声音,提醒运行人员注意并通知检修人员及时修理故障设备,以免引起更大的事故。系统运行之前过滤器和床体里必须有合格的树脂才能保证有效的出水水质。一旦树脂失效,将影响出水水质,此时必须投运备用过滤器和混床,同时将不合格的树脂进行再生处理。

2.2系统的组态; 系统的组态对一个控制系统的配置来说相当重要,整个系统的自动化程度与其有着密切关系,它直接影响着整个系统操作功能的顺利实现,所以在对系统进行组态之前,必须搞清楚系统的所有受控对象以及参与控制的所有设备。由于化学水系统涉及的受控对象比较多,有三百多个气动阀门、电动阀门、除碳风机、反洗水泵、加药泵、搅拌机以及淡水泵、除盐水泵等,还有两百多路模拟量的监控,所以必须考虑所有的控制点数,然后给每个输入或输出点指定一个I/O位,这样就可以计算出所有的I/O点数。 PLC的型号一般来说由用户自己确定,但是设计人员应当根据系统的大小和控制对象的复杂程度来作出合理的推荐,帮助用户进行系统选型,因为每个系统的大小和控制的对象都不相同,其运行的工艺流程也各不一样,对它们的控制编程方式也不同,因此对PLC内存容量的要求也不一样,这就要求进行全面地分析,使整个控制系统的配置更加完善。当所选PLC的型号确定时,根据所选PLC系统I/O单元的点数来确定I/O模块的数量,再根据I/O模块的数量和所选机架上的槽数来确定所要使用的机架数(包括扩展机架)。一般来说,I/O点数最后要留出足够的余量(15%左右)作为备用,便于将来系统增容扩建或改造。由于该电厂的特殊原因和技术要求,需要配置上位计算机来参与操作和监控,对上位机的要求是能够模拟显示整个系统当前的运行状况、工艺参数趋势、实时打印历史记录及报表、实时报警以及显示系统运行程序的步序和运行时间等,操作系统要求鼠标点动每个阀门和各个水泵、风机等,要求提示运行人员操作的步序,而且操作简单易懂,误操作时不会出现安全和技术事故,能够及时解除误操作等意外情况的发生。PLC与上位机进行实时通讯,操作并管理整个系统,主控制室三台上位机,不同的分站都有独立的一台上位机，能够同时互相进行切换,因此还需配置通讯模块,网络交换机等使整个系统的运行和操作更加方便。整个系统网络为双CRT+PLC组成工业控制局域网,多台计算机上有以太网卡,通过双绞线与交换机相连,双绞线接口为RS-485,网络拓扑结构为星型连接,网络协议为TCP/IP。PLC主机架上安装以太网模块,通过双绞线与交换机相连,PLC主机通过同轴电缆与RIO各远程站连接。在这样的系统配置中,三台计算机既可以共享数据,互为备用,也可以作为PLC的编程器,对PLC进行编程和维护。

2.3系统的操作功能; 系统的操作功能要求系统能够在现场设备无故障情况下实现自动化,一般情况下单台设备的启动和停床采用自动、单步操作方式,整组投运时必须选择好床体和连锁设备后再启动和停床。鼠标单操优先,在任何情况下都不受操作方式的限制。操作程序启动时能够自动检测、自动报警,便于运行人员操作、监控。要求计算机对系统的运行状况能够进行实时显示、自动记录历史数据并能够脱机即时打印。要求人机对话灵活、画面显示清晰而且切换灵敏,上下位机通讯迅速且不会出现明显的时间滞后。由于化学水系统比较复杂庞大,所涉及的控制对象比较多,以往的运行办法需要运行人员到现场去操作每个电磁阀和水泵以及风机等来实现系统的运行,如今随着科学技术的不断发展,这种操作方式远不能适应大规模制水生产的需要。第一,操作不方便、不灵活;第二,操作过程复杂、容易出错;第三,需要多人相互配合才能完成操作,既花费人力,又浪费时间。当前要提高经济效益,扩大市场需求,在市场经济大潮的激烈竞争和减员增效的经济运行体制下,这种生产方式已经不能适应新形势发展的要求。为了适应市场经济的不断变化和提高劳动生产率就需要加大科技投入,提高系统配置的科技含量,力争使整个系统的运行和管理系统化、科学化,操作要灵活、方便,运行要稳定,这是我们所要力争实现的目标。由于PLC可编程控制器的CPU性能强、可选范围广并具有通用的处理结构、梯形图逻辑编程、通用指令系统、高性能的通信网络,允许与其它装置相互连接,这大大增强了应用控制和数据交换能力。I/O模块多为槽式或机架安装,控制设备比较集中,便于运行人员操作和维护。自动控制系统的应用,大大减轻了操作人员的劳动强度,提高了生产效率和系统运行的安全性、稳定性,为企业创造了经济效益,提高了企业的竞争力,实现了科学化管理。

3 控制软件的设计; ⑴化学水控制程序包括双介质过滤器的投运和再生程序,活性碳过滤器的投运和再生程序,反渗透装置的启动和停止程序,阳床和阴床的投运和再生程序,混床的投运和再生程序。⑵各个床体的程序一般是独立运行的,单独运行时有自动和单步操作。自动运行时每一步都是按事先设定的步序时间和在线参数进行运行,单步运行时每一步的时间都由运行人员根据现场情况自己掌握,还可以根据现场情况跳过某些不需要的动作步序,因此操作方式要非常灵活。⑶对于有些床体和其它设备需要同时运行时就需要进行对象选择,选好对象后再整组投运,在停床时也要选择对象,这样会避免误操作。整组投运的床体运行时间必须一致,因此在整组投运时运行时间都以同类设备第一台的运行时间作为标准。

4 结束语; 通过以上几个方面的分析,要用PLC控制一个系统,首先对PLC进行合理的系统组态和配置,然后要有一套完整而先进的软件支持才能实现对整个系统的自动控制。既要力求科技含量高、工艺先进、操作简单,又要做到系统结构合理、性能价格比高。一套成熟的控制软件,是经过反复调试和试运行,在运行当中发现问题、解决问题,在长期的实践中才能总结出比较合理的软硬件配置,化学水处理自动控制系统的投入,有效提高了系统运行效率和制水质量,为火力发电厂热力设备的安全、经济运行提供了保证。

第二篇：垃圾焚烧电厂控制系统材料

SIEMENS PTD和 I&S集团的产品在垃圾焚烧电厂控

制系统中的应用(一)

2007-09-14 03:51:31

】

一、综述

垃圾焚烧可以实现垃圾处理的减量化、资源化、无害化，回收其热量用于发电、供热等。垃圾焚烧处理已成为一些发达国家处理垃圾的主要方式。某垃圾焚烧处理发电厂是某某市与加拿大建设的一座总投资4.1亿元的垃圾焚烧发电厂，总占地面积3万多平方米。设计有四台垃圾焚烧炉、四台余热锅炉、两台6MW汽轮发电机组。四条生产线共设计日处理垃圾600吨，年发电量为8797千瓦时，1吨垃圾可产生不少于300KWh的电能。

该工程的核心技术为世界第三代CAPS技术，即控气型固体废弃物热分解处理技术，使用此技术建设了4台CAPS热解炉。4台余热锅炉产生的蒸汽供给两台6MW汽轮机发电机组发电，真正实现了变废物为资源。

某某垃圾焚烧电厂概貌

二、垃圾焚烧炉及相关设备

某垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧炉采用加拿大制造的顺推、多级机械炉排焚烧炉。焚烧炉应用了世界第三代控气型固体废弃物热分解处理技术(CAPS)，可有效减少焚烧产生的有毒

气体。

1.垃圾仓结构

垃圾由汽车运到处理厂后倒入垃圾仓内。垃圾新入仓的垃圾在仓内存放3天后就可入炉燃烧。垃圾在仓内存放时经过发酵、排出渗滤水后可提高进炉垃圾的热值，又使垃圾容易着火燃烧。在仓内，用吊车的抓斗将垃圾送至炉前料斗。

2.一燃室及焚烧炉炉排结构

垃圾焚烧炉为往复式、顺推、多级机械炉排焚烧炉。焚烧炉内有一个给料器和8个燃烧炉排单元组成，包括干燥段的两级炉排、气化燃烧段的四级炉排和燃尽段两级炉排。焚烧炉内温度控制在700℃以内。燃尽的垃圾从最后一级炉排离开焚烧炉落入灰槽中。

1)给料器和防火门

给料器通过给料器(Loading Ram)将落入料斗的垃圾从防火门前推入燃烧室。給料器只负责给料，不提供燃烧空气，并通过防火门与燃烧区隔离。防火门在给料器收回时保持关闭状态。关闭防火门可使炉膛与外界隔开，维持炉内负压。同时，燃烧室的入口处有温度测点，当燃烧室入口的垃圾温度过高时，电磁阀将控制防火门后的喷雾器喷水以防止防火门打开时给料斜槽上的垃圾将料斗中的垃圾引燃。

2)燃烧炉排

八级燃烧炉排分为两级干燥炉排、四级气化燃烧炉排和两级燃尽段炉排。每级炉排下面都有液压驱动的脉冲推动装置。8级推动装置(推床)按一定顺序推动垃圾，使进入焚烧炉的垃圾依次被与各级炉排相配合的的推床推到下一级炉排上。炉排上有均匀分布的小孔，用于喷出燃烧所需一次风。供燃的一次风由炉排下的一次风管供给。垃圾在炉排推送过程中受到燃烧器和炉内的热辐射以及一次风的吹烘，水分迅速蒸发，着火燃烧。

3)燃烧器布置

一燃室有两个主燃烧器，如图二17，18所示。焚烧炉内燃烧炉排上方有温度测点，当焚烧炉启炉时和燃烧温度低于要求时，燃烧器17投油助燃。燃烧器18位于炉膛出口，用于补燃未燃尽的垃圾。燃烧器所需的空气由四台焚烧炉公用的一台燃烧风机(如图二7所示)提供，燃烧器燃烧所需空气为由大气吸入的洁净空气。当燃烧风机故障或供风不足时，由旁路(图二 6所示)取送风机的部分送风供给燃烧器。

3.二燃室烟道

二燃室主要部分为圆筒形烟道，没有管道等造成的烟气死角。设置二燃室的目的是为了使烟气在120~130%的理论空气量下，1000℃左右的条件下停留>2s，使有害气体在炉内分解。在二燃室入口有副燃烧器，当系统检测到二燃室出口烟温小于一定值时将点火补燃。二次风在二燃室入口处进入二燃室。二燃室有上下两个出口通至余热锅炉，两个出口前各

有一个液压驱动的挡板控制烟气的进入。

4.一、二次风系统

每台焚烧炉都配有一台送风机。风机从垃圾池吸入空气，同时也吸入从一燃室推床下部泄露到焚烧炉外部的气体。这样安排送风的来源是为了保证垃圾仓为微负压状态，避免垃圾仓的气体外泄。送风进入余热锅炉，经余热锅炉的两级空气预热器后进入一个大混合集箱(如图二21)，然后分别作为

一、二次风进入焚烧炉的一燃室、二燃室。集箱还可以接受从不经过余热锅炉的送风旁路返回的送风。离开集箱的一次风又分两条管路：管路1(图二 10-1)通至三条风管，供风给1~3级炉排;另一条管路2(图二 10-2)通至五条风管，供风给4~8级炉排。供给炉排的一次风可以烘干垃圾、冷却炉排并供给燃烧所需的空气。管路1上的风量调节阀应根据焚烧炉入口的温度进行调节。管路2上的风量调节阀则应根据焚烧炉炉膛的温度和氧量进行调节。炉膛的空气量应该为理论空气量的70~80%。二次风则经过管路(图二 25)进入二燃室。二次风供应量为理论空气量的120~130%。

5.排灰系统

由焚烧炉排出的灰渣落入灰槽中。两条相平行的灰槽的布置方向与焚烧炉的布置方向垂直，四台焚烧炉的灰槽横向贯通。液压驱动的分灰器(图二 23所示)选择将灰渣落入某个灰槽中。灰槽底部布置有灰传送带，负责运走四台焚烧炉排出到灰槽中的灰渣。灰槽中

要求保证有一定的水位来浸没灰渣。。

6.烟气处理设备

烟气由余热锅炉排出后首先进入半干式洗气塔，塔中利用雾化器将熟石灰浆从塔顶喷入塔内，与烟气中酸性气体中和，可有效清除HCl、HF、 等气体。在洗气塔出口管道上有活性炭喷嘴，活性炭用于吸附烟气中的二噁英/呋喃类物质。烟气之后即进入布袋除尘器，使烟气中的颗粒物、重金属被吸附去除。最后将烟气从烟囱排入大气。

垃圾焚烧电厂垃圾焚烧炉工艺示意图

1.由垃圾仓来的空气 2.送风机吸入的洁净空气 3.推床下泄漏出的的空气 4.料斗 5.燃烧器的供燃空气入口 6.由其他焚烧炉送风机来的部分空气 7.供给四台锅炉燃烧器燃烧空气的风机 8.送风机 9.炉下小混合集箱及旁路风门 10.炉排风总管 10-1. 前总风门1 10-2.后总风门2 11.手动阀 12.气动阀 13.送风至余热锅炉的送风管道 14.给料器 15.一燃室 16.二燃室 17.主燃烧器1 18.主燃烧器2 19.副燃烧器 20.烟气出口液压挡板 21.空气大混合集箱 22.余热锅炉 23.洗气塔 24.布袋除尘器 25.防火门 26.炉排冷却水 27.出料冷却装置 A.冷却水进口 B.冷却水出口 C.喷水 D.熟石灰供给 E.压缩空气

三、垃圾焚烧电厂垃圾焚烧炉在污染物控制上的优点

生活垃圾焚烧烟气中的二噁英是近几年来世界各国所普遍关心的问题。二噁英类剧毒物质对环境造成很大危害，有效控制二噁英类物质的产生与扩散，直接关系到垃圾焚烧及

垃圾发电技术的推广和应用。

1.二噁英的结构

二噁英的分子结构为1个或2个氧原子连接2个被氯取代的苯环。两个氧原子连结的称为多氯二笨并二噁英(PCDD，Polycholoro diabenzo-p-dioxin)，一个氧原子的称为多氯二笨并呋喃(PCDF，Plolycholoro dibenzo-furan)。统称二噁英(dioxin)。毒性最强的2,3,7,8-PCDD的毒性为氰化钾的1000倍。dioxin对哺乳动物有极强的毒性，且易溶于水，

热稳定性好。

2.垃圾焚烧炉内二噁英的产生原理

二噁英在焚烧炉内的生成的来源是石油产品、含氯塑料，他们是二噁英的前体。生成方式主要是燃烧生成。生活垃圾中含大量的NaCl、KCl、 等，而焚烧物中经常会有S元素，从而产生 。 和含Cl元素的盐在有氧气存在时反应生成HCl。HCl又和Cu被氧化生成的的CuO反应生成 。经研究发现，致使二噁英产生的最终要的催化物就是 和C元素(以

CO为标准)。

3.采用的控气型固体废弃物热分解处理技术的焚烧炉在抑制二噁英产生方面的优势

控气型热解焚烧炉将焚烧过程分为二级燃烧室，一燃室进行垃圾热分解温度控制为700℃以内，让垃圾在缺氧状态下低温分解，这时金属Cu、Fe、Al等金属元素不会被氧化，因而不会有 的产生，会大大减少二噁英的量;同时，由于HCl的产生量受残氧浓度的影响，因而缺氧燃烧会减少HCl的产生;并且 自还原气氛下也难以大量生成。由于控气型垃圾焚烧炉是固体床，所以不会产生烟尘，不会有未燃尽的残碳进入二燃室。垃圾中的可燃成份分解为可燃气体，并引入氧气充足的二燃室燃烧。二燃室温度在1000℃左右并且烟道长度使烟气能够停留2s以上，保证了二噁英等有毒有机气体在高温下完全分解燃烧。

此外，使用布袋除尘器避免了使用静电除尘时Cu，Ni，Fe颗粒对二噁英生成的催化

作用。

四、余热锅炉设备

垃圾焚烧电厂的余热锅炉为烟道式余热锅炉，烟气流动方向在锅炉中进行5次转折。锅炉压力4MPa，蒸发量15t/h。余热锅炉的结构如下图所示。在炉膛、烟道以及高温烟气

入口布置有水冷壁

1.烟气流程

如图三所示，烟气从焚烧炉的二燃室通过上部或下部烟道(烟气从下部经过时不经过水冷壁K ) 进入余热锅炉。先经过第二级过热器E、第一级过热器F、第二级空气预热器G，然后从下部进入主炉膛与水冷壁换热。之后在炉膛上部出口改变角度后向下依次通过第一级省煤器I、第一级空气预热器H、第二级省煤器J，之后的烟气由烟道N离开余热

锅炉。

2.送风流程

如图三所示，送风机来的风经过管路A进入余热锅炉，在炉内经过两级空气预热器H、

G换热，之后由管路离开锅炉。

3.汽水流程

如图三所示，145℃的给水经过两级省煤器J、I(省煤器设置有给水旁路)，进入锅炉汽包L、汽包中过冷水由下降管进入下集箱，经炉内水冷壁在4MPa下定压加热，蒸汽进入两级过热器F、E后达到400℃，离开锅炉进入蒸汽总管。

余热锅炉结构图

A.送风入口管道 B.送风出口管道 C.上部高温烟道 D.下部烟道 E.第二级过热器 F.第一级过热器 G.第二级空气预热器 H.第一级空气预热器 I.第二级省煤器 J.第一级省

煤器 K.水冷壁 L.汽包 M.集箱

五、汽轮发电机组及辅机系统

某某垃圾焚烧电厂的四台余热锅炉配有两台汽轮机。主蒸汽系统采用集中母管制，两台汽轮发电机组在厂房内纵向布置。汽轮机采用广州斯科达生产的6MW凝汽式汽轮机。设计进汽压力3.9MPa，进汽温度390℃，额定进汽量35t/h。

机组配备两级射汽抽汽器，一级汽封抽气器。设计一级抽气供除氧器使用。机组的冷凝方式为水冷，采用机械通风冷却塔二次循环水冷系统。循环水的流动由循环水泵保证，循环水系统同时经空气冷却器和润滑油站进行相关的冷却。凝结水由凝结水泵经汽封加热器进入除氧器。除氧器出口的低压给水通过给水泵升压后进入余热锅炉。四炉两机配备两台除氧器，除凝结水进入除氧器外，还有化学补水(温度、流量)以及由疏水泵送来的疏水

箱的疏水。

汽轮机汽水系统示意图

1.除氧器 2.五台给水泵(4用1备)3.余热锅炉 4.汽轮机 5.凝汽器 6.循环水泵 7.凝

结水泵 8.机械通风冷却塔

六、控制方案介绍

1.焚烧炉及锅炉的控制系统方案

焚烧炉及锅炉系统的控制包括公共系统的控制、4个焚烧炉的控制以及4台余热锅炉的

控制。

1.1 硬件构成

系统在硬件采构成上采用PROFIBUS + PROFINET结构。采用5块SIEMENS 317-2 PN/DP CPU，分别控制公共系统及四套焚烧炉-余热锅炉系统。CPU 317-2 PN/DP 具有大容量程序存储器，可用于要求很高的应用。可在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统。可作为PROFINET I/O 控制器，用于在PROFINET 上运行分布式I/O。并可与集中式I/O 和分布式I/O 一起，可用作生产线上的中央控制器，可用于大规模的I/O 配置或分布式I/O 结构。此外，CPU对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力。

在本系统中，CPU 317-2 PN/DP通过PROFIBUS接口构成PROFIBUS网络的控制设备，读取PROFIBUS总线上各I/O站的数据。同时配有PROFInet接口，可与上位机通过PROFINET通讯，实现与上位机的高速数据监视与控制功能。

I/O站采用了ET200S模块化分布式I/O站，防护等级IP 20，可用于危险区域 (Zone 2)。采用按“位”模板化设计，能精确地适配自动化任务的要求。

在对电机的控制上，没有采用传统的控制方式。而是采用了SIEMENS的电动机保护和控制设备3UF5 SIMOCODE-DP。它除了控制电机启停以外，还集成了过载保护、热敏电阻用于电动机的过热保护、接地故障保护、堵转保护、电流值检测功能于一身。3UF5 SIMOCODE-DP通过PROFIBUS通讯口连接到PROFIBUS总线中，成为一个PROFIBUS从站与

PLC通讯。

送风机采用了SIMOVERT MASTERDRIVES变频器控制，可通过变频调节风量，这是电厂

送风系统经常使用的方案。

三相交流传动系统电压源型变频调速SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制的变频器是具有IGBT 逆变器、全数字技术的有电压中间回路的变频器。它同西门子三相交流电动机一起为所有工业领域和所有应用场合提供高性能、最经济的解决方案。SIMOVERT MASTERDRIVES基于系统的传动技术，一种通用和模块式的标准系列装置SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列变频器是全系列通用和模块化的产品，标准装置功率范围从0.55 kW～ 2300 kW。覆盖全球的三相交流电网电压，380 V～ 690 V。

操作员站采用5台工控机进行系统的监视与操作。其中一台监视公共系统，另外每套焚烧炉-余热锅炉系统用一台工控机进行监视。工控机与三台PLC通过网线和交换机连入

PROFINET进行数据交换。

1.2 硬件组态

公共系统硬件组态图

焚烧炉-余热锅炉系统组态图

1.3 控制系统的具体控制调节

a) 公共系统

公共系统包括四台焚烧炉公共使用的一台燃烧风机，和炉排冷却水系统。

主要需要控制的设备有：燃烧风机启停、3台散热风机启停与连锁(两用一备)、两台冷却水泵启停(一用一备，泵出口管压力低时联启)、以及分灰挡板下两条灰传送电机的控制(两套传送装置的工作切换)。如前面所介绍，系统内电机大多采用SIMOCODE-DP进行启

停控制。

b) 系统总图与液压系统

垃圾加载系统由人工操作。不纳入控制系统。

液压系统的控制主要包括三台液压泵的启停控制。

c) 1#焚烧炉系统

焚烧炉系统的控制包括:

三台燃烧器的控制:包括锅炉启动时的控制，以及当炉内相应测点温度达不到要求时自动助燃。(二燃室燃烧器根据二燃室出口烟温进行开停判断)

进气风门的控制：炉排下共布置三个用于一次风调节的总风门。供给前三级炉排的前总风管风门开度根据前三级炉排上方烟温进行调节;供给后5级炉排的后总风管风门根据后5级炉排上方烟温进行调节;供给后5级炉排的后总风管风门根据后5级炉排上方烟温进行调节。进入二燃室的二次风风管的风门则根据二燃室的温度和氧量进行调节，保证二燃

室烟气温度和氧量达到要求。

送风机(鼓风机)控制：采用变频器控制。根据炉内压力进行调节，保证炉内微负压运

行。

防火门、给料器及炉排的运动控制：按照开启防火门，给料，各级依次顺推的顺序运行。可切换手/自动操作和炉排运动的循环时间。

d) 余热锅炉

余热锅炉的控制包括：

蒸汽出口电动门和紧急放水电动门的控制。减温水PID调节和炉汽水三冲量PID调节。

2.汽轮机和辅机控制DCS系统控制方案

某某垃圾焚烧电厂汽机和辅机控制系统包括以下部分的控制：除氧给水系统、循环水系统、燃油泵房系统、1#，2#汽轮机汽水系统、汽轮机ETS紧急停机保护系统。由DCS负责这些系统的数据采集，以及数字量和模拟量控制。

整个系统从控制规模上属于小型机组。因而DCS系统的自动控制系统(AS)站只采用了一套冗余的SIEMENS 414-4H CPU。AS414H的中央处理器是冗余配置，当主处理器出现故障时，则后备处理器立即无扰切换为主处理器。处于后备的中央处理器与主中央处理器同时更新。I/O系统采用 9个冗余的ET200M 分布式I/O站，通过PROFIBUS DP进行通讯。另外单独为汽轮机ETS保护系统配置了一台414-3 DP CPU 做AS站，以建立独立的ETS系统。ETS还配有SICAM MCP TS及SICAM DI模版，配合SICLOCK TM时钟发生器实现1ms精度的SOE(事件顺序记录)功能。系列配置了一个工程师站(ES)，两个操作员站(OS)。AS站通过CP443-1连入工业以太网，ES站与OS站则采用CP1613连入工业以太网。

某某垃圾焚烧电厂汽机及辅机硬件系统示意图

2.1 输入输出点表:

汽轮机紧急停机系统(ETS)通过判断一些危及到汽轮机安全运行的DI信号状态，从而输出汽轮机紧急停机、电磁阀紧急动作、发电机连跳等信号，保护汽轮发电机组在异常状态下的安全。ETS系统包括50DI，20DO，并留25%余量。

2.2 DCS系统硬件构成

DCS系统采用一套冗余的SIMATIC 414-4H CPU，包括两块CPU构成冗余结构。通过集成的冗余PROFIBUS DP接口，与9个ET200M分布式I/O站进行通讯，同时通过冗余的CP443-1卡接入工业以太网。现场变送器、热电阻、热电偶的模拟量输入、模拟控制量输出与现场I/O直接通过电缆接到各个ET200M站的相应I/O模块。

a)自动控制系统AS414-4H

自动系统AS414H用于汽轮机及辅机DCS系统的控制。414-4 H的中央处理器模件集成了PROFIBUS DP接口，可以作为主站直接与PROFIBUS DP现场总线I/O单元(ET200M)连接。AS414H每条开关量指令的执行时间小于0.1us，用户存储器可达64MB，最大I/O数

量可以达到65K开关量/4K模拟量。

AS414H的中央处理器是冗余配置，当主处理器出现故障时，则后备处理器立即无扰切换为主处理器。处于后备的中央处理器与主中央处理器同时更新。并且相互之间不断地按事件同步方式进行信息交换和数据更新，保证了冗余切换时系统的数据、控制功能和保护功能不会因冗余切换而丢失或延迟。电源模件也是冗余配置，并且电源故障也是系统的恢复性故障，重新受电后，中央处理器模件将自动恢复工作，不需工作人员干预。数据总线的故障对中央处理器的正常工作没有影响。

b) 分布式 I/O

ET200M是模块化的I/O站，具有IP20的保护等级。ET200M包括：两块IM153-2构成冗余接口模件(连接PROFIBUS DP);I/O模件(最多8个)。PROFIBUS DP和ET200M之间是隔离的;最大传输速率为12Mbps。在ET200M 中，I/O模块可以带电插拔。

http://www.autooo.net/autooo/PLC/PLC-Case/2007-09-14/11807.html

第三篇：电厂办公自动化系统的规划与实现

李国柱

(沧州华润热电有限公司 河北沧州 061001)

摘要：介绍了沧州华润热电有限公司办公自动化系统的规划和实现技术。该系统的应用不仅提高了公司的办公自动化水平，而且提高了管理效率。

关键词：办公自动化，规划，实现技术

随着计算机技术和网络通信技术的飞速发展，办公自动化已经成为现代企业实现现代化管理的一个重要途径。在管理模式上，企业的管理逐步的转向对数据、信息的管理。管理逐渐向具有高效、共享、低成本和再利用发展的网络自动化办公发展。办公自动化已经成为现代企业实现管理现代化的一个重要途径。

为了提高办公的质量和效率，将宝贵的人力资源从繁琐的工作中解放出来，沧州华润热电有限公司在2007年5月开发了办公自动化系统(OA:Office Automation)，2007年10月正式投入使用。经过2年的实际运行，证明该技术成熟、安全可靠、运行稳定。

1、 办公自动化系统的规划目标

改革传统办公模式，开展电子办公、使业务办公、公文流转和管理过程电子化、信息化、高速化，并通过统一办公规范，提高工作效率、降低办公成本、实现办公自动化，是OA系统的应用目标。

首先，确保系统以使用、可靠、先进为原则，构造企业级通信平台，实现电子邮件管理;其次以信息流转为核心，结合公共信息管理、个人事务管理以及档案管理，并能在统一工作桌面先实现企业级信息共享，包括业务流程自动化、图文传递电子化、文档一体化等的办公自动化管理系统。最后需满足跨地域的办公模式以及移动办公。从而实现提高企业工作效率和管理水平，增强企业竞争力，提高企业形象和知名度，增强企业凝聚力的目的。 因此系统要满足：

1)信息全方位共享、资源共享;

2)信息管理自动化、无纸办公;

3)跨地域办公、移动办公;

4)信息全方位查询，可根据需要，调阅、统计、分析资料，为决策服务;

5)为客户端提供简单易用的操作界面;

6)管理员提供通用、友好、易扩展的管理者界面;

7)方便使用，具有高安全性的在线权限管理系统。

2、 系统分析与特性

在充分考虑到企业的具体情况后，我们根据需要采用了以数据为中心，总体管理为B/S结构的模式。

在开发过程中我们坚持以数据为中心，首先对企业的业务流程进行整理规划，确定系统功能模块，满足办公业务需求，加强信息资源的采集和开发，在此基础上进行信息技术的规划，对信息进行处理、加工、分析，使数据资源统一，最后进行数据规划，建立共享数据库，进行综合开发。

办公自动化系统的特性：

1)规范办公系统的工作模式。系统建成后，各科室的日常办公使用同一软件进行计算机加工和传递。

2)建立公文数据库。系统建成后，可以将以往以文字形式保存的信息转化为数字化信息，便于以后信息共享。

3)建立和完善各个职能部门之间的沟通和信息共享机制，建立协同工作环境，为办公提供一个自动化工具。

3、 系统架构

基于ASP.NET的办公自动化系统结构采用3层B/S体系结构，即浏览层(表示层)、应用服务器(业务逻辑层)、数据库系统(数据源层)3部分，服务器操作系统采用windows 2003 server，Web服务器为Microsoft的Internet Information Server(IIS)6.0，数据库为SQL Server 2000，开发工具选用ASP.NET。

4、 技术实现

办公自动化系统并不是一个单纯为了减轻办公室人员负担而采用计算机的自动化系统。它是一个信息化的、主要用于决策层的行政管理决策系统。沧州华润热电有限公司办公自动化系统主要由以下几部分组成：系统定制管理、系统维护管理、档案管理、公文管理、公共信息平台、信息发布系统。

4.1 系统定制管理

系统定制管理模块帮助用户建立合适本企业特点的办公自动化系统，实现灵活的自定义功能，①当企业架构发生变革时，用户可以通过系统操作容易地实现对系统中组织架构的修改和增删功能。②系统可通过工作流自定义协助用户在工作中对于工作流程进行自定义，从而使系统能及时地配合企业管理的改革。③本系统提供给用户自定义查询的功能，可使用户根据自己的需要，进行查询方案设定，并可保存查询方案。 4.2 系统维护管理

系统管理的作用是维护系统的正常运行。只有系统管理人员才能访问该应用程序，执行相应的管理功能。主要包括：用户管理、权限管理、日志管理和邮件管理。 4.3 公文管理

公文管理分为收文管理和发文管理。收文管理完成外来公文的登记、拟办、审批、阅办、归档等功能，发文管理完成拟稿、内审、会签、审核、签发、分发、归档等功能。其功能为一般用户而设计，不同的用户根据系统管理员的不同授权将产生不同的界面。 4.4 档案管理

档案管理主要是对各种文档进行组卷、归档、查阅等功能管理。归档的文件按照类别和科目进行分类。 4.5 协同工作

协同工作模块主要功能是实现上下级部门或者平级部门之间的协同工作，其中包含新建事项、已发事项、事项查询和流程管理。 4.6 日程、计划和会议管理

主要实现个人日常安排和计划的管理，并对公司的会议日程进行安排。 4.7 绩效考核

主要实现个人业绩考评、员工工作态度互评、绩效沟通以及上级和上上级测评。

5、 系统特点

1) 功能全面，涵盖了总经理工作部工作的各个方面，形成了全面的管理系统

2) 安全性高，用户对系统的访问实行严格的授权和口令管理，计算机系统管理员、文书、

部门主管、档案员、查询人员等各级人员的授权各不相同，各类人员只能进入已授权的系统进行操作，从而防止违权进入系统。

3) 操作方面，基于windows的汉字图形界面友好，用户很容易熟悉和掌握操作方法，出错

的概率大大减少，

4) 系统日志管理严格，本系统采用了两级日志记录，除了SQL SERVER本身提供的系统日

志外，还对系统中的修改和删除这类破坏性操作做了日志记录。

5) 统

一、直观、完美的文件模板，系统中使用了MS word把所有的打印格式制成模板保存

在数据库中，如果要修改显示和打印格式，只需要修改显示模板。 6) 强大的查询统计功能，设计了多种查询方式，也可以用模糊查询。 7) 信息的输出形式直观、醒目

6、 系统应用

OA系统的推广应用是一项综合协调、涉及多方面工作的服务与管理行为。因此成功的推广应用好OA系统并不是一个容易的事情。如何发挥OA系统真正的用途是办公自动化所处的现实和困境。下面就沧州华润热电有限公司OA系统应用中取得的一些成功经验进行探讨。

1) 领导重视

信息化工程本来就是“一把手”工程，尤其对于影响面最为广泛的OA项目，更是如此。公司成立之初，公司总经理就提出建立OA系统的迫切要求，并协调部门间关系，确定责任划分，在系统建成后，带头使用新系统，使该系统在全公司内短时间内推广使用。

2) 流程再造

OA系统的推进离不开管理的规范化，只有规范化的管理流程才容易实现数字化和信息化才有意义。沧州华润热电有限公司在项目实施过程中对业务流程进行梳理，通过改进或者流程再造来逐步实现规范化的管理。减少许多繁琐无得审批流程促进企业管理更加科学化、合理化。

3) 分布式办公

OA系统应用设计人员广，而公司在地理位置上既有新厂厂区(大多数科室在新厂厂区)，又有老厂厂区(热力公司和开发办)，也有6个分散的供热片区。针对这种情况将服务器架设在新厂厂区，放置在DMZ区，出差人员和老厂厂区人员可以通过互联网访问OA系统，保证不同用户对OA系统的接入需求。

4) 加强培训

由于公司人员使用计算机水平参差不齐，如果不经过全面的应用培训很难投入运行。因此分批进行OA操作技能培训，并进行相关的考试。同时制定相应的管理和考核办法，对OA流转时间和效率进行考核，有利的推动了OA系统的高效运行。

5) 安全策略

应用OA后，公司很多重要的文件、数据要经过OA系统进行传输流转，如果系统安全性没有保证，造成重要文件、数据的泄露、窃取、破坏，后果非常严重。因此OA系统的安全性非常重要。在设计阶段应充分考虑安全策略，完善系统及资源授权访问机制以及监控机制。密码效验与权限控制紧密结合。任何人登陆系统均进行密码验证，且根据登录人的角色授权显示相应的功能菜单。对数据库的系统数据和事务日志进行备份设计。

7、 结语

办公自动化软件在我公司使用较理想，操作方便，投资不高，并使我公司办公向无纸化

方向迈进了一大步，而且大大加强了员工及部门之间的信息沟通，使办公效率得到了很大的提高。

参考文献：

(1)李平网络办公自动化技术与应用，2004，西安电子科技大学出版社 (2)张世永网络安全原理与应用，2003，科学出版社

(3)余慧办公自动化(OA)系统设计浅析，2009，信息技术

(4)赵铁，孙洁 基于.NET行政管理办公自动化系统的实现，电脑编程技巧与维护

第四篇：电厂废水处理控制系统的设计与研究

一、项目简介

本电厂废水处理控制系统项目所在地位于山西省霍州市。霍州发电厂于1967年1月由水利电力部批准筹建，采用火力发电，装机容量40万千瓦，年发电量25亿千瓦·时，主要担负着山西中南部地区工农业生产及人民生活用电，是山西电网的主力电厂。

霍州发电厂建设时正处于中国发展的特殊年代，在选厂、设计、设备选购、施工、安装和投产发电等方面追求简易发电，给安全经济生产留下先天缺陷。由于火力发电厂是工业用水大户，因此每天的工业废水如果直接排放，不仅浪费水资源，而且会造成严重的环境污染。

以 往的废水处理系统采用人工手动控制，造成人员工作强度大，控制效率低，控制工艺落后。本次项目采用全新的自动控制系统和监控技术可以克服以前人工控制精度 低、运行操作繁琐、误操作可能性大等缺点，该系统的废水处理工艺流程具有一定的先进性，达到了电厂废水零排放，大大提高了水的利用率。同时可以通过网络把 监控数据融入整个电厂的自动化管理中，节省人力物力，便于集中管理。通过本自动控制系统把处理过的废水再纳入整个电厂的水循环中，提高电厂用水的效率，节 约成本，提高了整体的经济效益。使电厂的自动化管理和自动化控制生产方面达到一个新的高度。

图1 霍州发电厂污水处理池外景

二、系统介绍

1. 项目工艺简介

本次项目的主要任务包括含煤废水的回放、化学再生废水收集、主厂房内系统优化消防、生活水系统隔离、生活污水及工业废水回用工程。采用一定的污水处理工艺，并通过自动化控制达到预期规定的控制指标。整个废水处理系统由收集池、调节水池、净化器、污泥池、清水池等部分组成，在废水处理过程中，我们将系统划分为五个子系统来处理，分别为：净水系统、储药系统、过渡调节系统、清水回用系统以及污泥浓缩系统。 电厂的废水处理系统工艺流程图如图2所示：图中的圆代表收集水泵;长方形代表集水池;长圆罐代表一体化净化器，系统中共有四个净化器，其余三个在图中省略。箭头的指向代表废水的流向，其流向为从左往右。

图

2电厂废水处理系统工艺流程图

2.项目方案

为保证废水处理系统安全稳定的运行，该项目中控制器、执行器、监控组态部分均采用西门子系列产品，主要有以下几部分：

a. 负载电源模块(PS)：PS 307 b. 接口模块(IM)：IM360，IM361 c. 中央处理单元(CPU)：CPU315-2DP

d. 信号模块(SM)：数字量输入模块SM321，数字量输出模块SM322，模拟量输入模块SM331，模拟量输出模块SM332

e. 执行器：MicroMaster430/420变频器

f. 监控组态软件：WINCC(Windows Control Center)6.0

三、控制系统构成

控制系统的设计包括PLC控制系统部分，系统采集与执行器控制部分以及上位机的监控系统部分。系统结构设计图如图3所示。

图

3系统结构设计图

1. 系统硬件配置

在电厂污水处理控制系统中，根据用户要求及实际情况分析，我们采用西门子公司的S7-300系列产品来完成此项目。参照西门子公司提供的产品技术参数，以S7-300系列中的CPU315-2DP实现控制功能，由于该系统模拟及数字输入输出量较多，采用接口模块IM360、IM361(主机架使用IM360，扩展机架使用IM361)连接扩展的信号模块满足系统要求，其中信号模块包括若干数字量输入模块 SM321，数字量输出模块 SM322，模拟量输入模块SM331，模拟量输出模块SM332。

现场多台工作泵采用西门子MicroMaster430变频器，MicroMaster430变频器除了具有第四代变频器的特点以外，还具有应用于风机和泵类的硬件和软件特征，尤其适合用于风机和水泵负载的控制。使用此种型号的变频器可以节约能源消耗，降低运行噪声，对环境起到很好的保护作用。

电厂污水处理控制系统的输入输出信号主要分成4个部分，放在三个相连的导轨上：

 模拟量输入：一站集水池液位，二站集水池液位，清水池液位，污泥池液位，过渡水池液位，溶药箱液位，流量计和四个进化器的浊度和压差。

 模拟量输出：四个控制变频器(一站收集水泵、回用水泵、加药计量泵a、加药计量泵b)。  数字量输入：分为各个水泵风机的运行，故障反馈信号，手/自动选择信号;各个阀门的手动开，关控制信号，故障反馈信号和手/自动选择信号。

 数字量输出：分别为对各个水泵、风机的开、关、复位输出控制信号;各个阀门的开，关输出控制信号;变频器的启动，复位控制信号。

系统配置了操作员站和工程师站，操作员站的上位机采用研华科技的610H工控机，监控系统使用西门子WINCC监控组态软件，它不仅能很好的支持S7系列的CPU，还集成了多种网络连接方式，使上位机与自动化系统的连接工作非常方便。而且它提供了适用于工业的图形显示、消息报警、过程值归档以及报表打印等模块，具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理功能。图4所示为WINCC组态示意图。

图4 WINCC组态示意图

2.控制方案选择

在采用本系统实施方案前，客户拟采用CPU315模块及通信处理器模块CP343-1实现系统要求，由于CP343-1有其自身的处理器可连接SIMATIC S7-300和工业以太网等 ，可独立处理数据通信，这样使得系统可扩展性增强。由于考虑到项目总体预算及成本，本方案将前方案中CPU315模块换为CPU315-2DP，并省去通信处理器模块CP343-1，这样既满足了系统要求，又减少了系统模块，综合计算后为项目开发节约了不少硬件开支。

四、控制系统完成的功能

1.控制系统功能及指标 (1)软件实现

根据工艺，整个系统的程序由下列几个部分组成：1#集水池、2#集水池、清水池、调节水池、净化器正洗、净化器反洗、加药、净化器停止。每个程序都可以单独控制和单独运行，同时每个程序又是系统的组成部分，它们之间互相有数据的传输。它们组合在一起动作就构成了完整的PLC控制系统程序。下图5为工业部分现场图：

图5 工业现场

程序中编程采用STEP 7软件。这套软件不仅是一个简单的程序编写软件，还集成了硬件组态、网络组态、系统调试、项目管理等各种功能，使项目的实施更加方便。在本控制系统的完成过程中，主要进行了以下几部分的程序设计(如图6)：

图6 项目OB1中程序结构图

图6中：DB11-DB14： 对应四个净化器的正洗背景数据块

DB15-DB18： 对应四个净化器的反洗背景数据块 DB19-DB22： 对应四个净化器的停止背景数据块  由 废水处理的工艺流程可以知道，废水在经过一系列的水池后最终进入四个废水净化器，在净化器里经过工艺的处理后排放到清水池中。从程序角度看，四个废水净化 器的控制流程一致，因此没有必要为每个净化器编写一段代码，只需编写一个函数块，让它们都调用即可。为此，对于在净化器中的正洗、反洗和停止流程都编写了 一个程序块，分别是FB11，FB12，FB13。对于每个净化器来说只要分别调用相同的函数块就行，对于每个净化器中不同状态的数据是利用其不同的数据块来加以区别的。这样在整个程序中即保持了流程的统一性，即减少了程序代码，节约了存储空间，又方便维护和修改。

 模拟量信号因为其在传输过程中有可能会受到其它信号的干扰，而可能出现较大幅度的瞬间变化，而这些值对于系统来说是毫无用处的，甚至有些还可能引起系统的异常运行。由于模拟量总是随着时间连续变化的，所以可以利用滤波算法把瞬间变化的干扰信号过滤掉，把有用的数据传输给PLC控制系统处理。在废水处理控制系统中由于所要求数据处理速度不快，精度也是不要求太高，只是为了防止突然间信号的瞬间变化影响到系统中程序对水质，浊度的判断，所以在系统中使用算术平均滤波算法，算法处理简单，可靠性高，程序编写方便。在程序中定义了FB21作为滤波处理算法的功能块，相当于函数一样，参数的传递是Analog_in变量，返回值是Analog_out变量。事实证明这种算法已经能够满足现场的实际需要，取得了良好的效果。

 本控制系统使用的CPU 315-2DP中没有集成相应的系统功能块，故程序中使用FB41 “CONT_C”作为PID控制功能块。CONT_C可以在S7系列PLC中实现对于连续输入输出变量的PID控制。CONT_C中的PID控制环节为增量式PID环节，相关参数可以通过输入参数进行实时调整。PID控制程序块与模拟量滤波算法一样都放在定时中断OB35中，它们一个是输入滤波，一个是输出控制，这样可以准确地掌握程序运行时间，提高控制精度。

(2)硬件实现

电厂污水处理控制系统的输入输出信号主要分成4个部分，分别为模拟量输入、输出，数字量输入、输出，并放在三个相连的导轨上，如图7所示：

图7 实际系统的机架结构图

输入输出的硬件接口是也是系统设计的一部分，它反映的是PLC输入输出与现场设备之间的连接，只有正确连接安装才能使得PLC读取到数字量和模拟量，连接方法的不同可以有效地防止现场的干扰，保证数据的正确性。 对于SM321的数字输入量模块，在15-25V直流电压以内都能检测到信号。由于现场的执行器也是发出的直流信号，因此把其直接和现场的开关设备连接来接收开关信号量，图8给出了的数字量输入模块接口示意图。

图8 数字量输入接线原理图

数字量输出选用晶体管输出模块SM322，晶体管输出的响应时间短、寿命长、输出口密度高，但是其只能带直流负载而且带载能力弱。同时为了使PLC的输出和现场回路之间隔离，在输出端使用了继电器，通过继电器触点控制现场负载。这样使控制器与现场达到了电气隔离的作用，大大提高了系统的安全性，同时也使输出口带载能力得到了大大的增强。在继电器旁边加二极管泄放反电势能量，起到保护输出口的作用。图9给出了数字量输出模块接口示意图。

图9 数字量输出接线原理图

SM331采用4-20mA电流输入连接到传感器上，采集系统模拟量数据。图10给出了模拟量输入模块接口示意图。

图10 模拟量输入接线原理图

SM332输出0-10v电压连接到变频器直接给控制信号。图11给出了模拟量输出模块接口示意图。

图11 模拟量输出接线原理图

2.系统的监控与管理

系统采用WINCC5.2监控组态软件在研华科技的610H工控机上实现监控与管理，为生产与安全带来极大的方便。

经过设计，整个监控系统提供了如下的功能： (1) 在线自动监视

系统可对废水处理装置的各项仪表数据实时的在线监视，并且生动直观的反应在监控界面上面。系统的刷新数据是1秒，历史的保存间隔是2分钟。图12为废水处理系统工艺监控界面。

图12 废水处理系统工艺监控界面

(2)在线手动控制

系统可提供在线实时的对参与控制的各电动阀门和泵的手动控制操作。当系统运行中需要进行维护或执行其它控制时，可以在线实时的对各个设备手动的单独控制，而不影响其它设备的正常自动运行。

(3)工艺参数在线实时设定

系统可以提供在线的实时参数修改，当在运行过程中发现工艺需要改进或其它问题，可以由操作员在线改变系统的参数，以使系统工作在最优的控制状态中，如图13。

图13 工艺参数设定

(4)故障诊断和报警 系统可对以下故障自动诊断，并发出预防性的报警。

报警高限：实时参数异常偏大，大于设定值，是该监测点处于高报警。 报警底限：实时参数异常偏小，小于设定值，是该监测点处于低报警。

报警：当实时参数出现异常时，相应的监测点通过颜色的变化，提醒操作员注意，进行相关的操作，若需要可以配合声音报警。 故障报警界面如图14。

图14 故障报警界面

(5)利用历史曲线查询分析远程模拟量的情况

利用历史曲线，可随时针对各个运行点的情况，结合本时间各监测点的数据，分析系统的运行情况，净水器的运行状态。

运行过程中，系统将自动生成数据报表，并将数据报表保存在历史数据库中，以便随时查询历史记录。图15所示为趋势曲线界面。

图15 趋势曲线界面

(6)报表的打印

报表打印可以根据操作员的要求，生成符合要求的系统报表，并且打印。也可以设定让系统自动的根据间隔的时间实时的打印报表。图16所示为报表打印界面。

图16 报表打印界面

(7)系统指标 系统的数字量输入点为227个 系统的数字量输出点为125个 系统的模拟量输入点为15个通道 系统的模拟量输出点为4个通道 系统监测数据刷新时间为1秒

历史数据的保存及报表显示：根据硬盘存储器的大小来决定保存的时间。保存的间隔为2分钟，初步估计可以有效存储13年左右。

3.项目亮点及难点实现 (1) WINCC定时器问题

在定时器的使用过程中，由于设定的定时时间是需要根据实际的工艺来调整的，为此不能在定时器中使用常量定时时间。要新建DB25数据块，建立变量的参数时间选择TIME数据类型，它是一个32位的数据，T#1D_1H_1M_1S_1MS，前面是一个标准的例子，表示定时时间为1天1小时1分1秒1毫秒。使用可变参数是为了和WINCC中通讯，使得现场操作员可以根据当前水质等一系列变化调整时间值，由于在WINCC中没有TIME这个数据类型，只能用DWORD32位整型类型来操作，这就涉及到了两个数据类型的转换的问题。根据实际情况所得TIME中的1s=1000(DWORD型)。为了减少STEP7中数据的处理量，在WINCC中使用C脚本对数据进行了处理。WINCC中的时间以分为单位，因此1M=1s*60=1000*60=60000(DWORD型)。

(2) 数据网上发布平台

本项目中设计了系统数据的网上发布平台，在这里有两种方案可以考虑，一是利用西门子公司提供的WINCC Web Navigator软件开发网上的数据传送系统;二是利用Delphi软件来开发网络浏览系统。由于项目经费限制，我们采取了第二种方案。通过这种方案，界面的设计，和本地化系统的集成就都掌握在设计者手中，使得最后的系统能过符合客户的要求，人性化，易用性都比较高，而开发成本也在控制之中。

(3)WINCC中动态报表的设计

在实际项目中虽然WINCC提供了变量趋势显示、报表功能，满足了简单的归档数据访问要求，但不能完成该废水处理工程项目提出的复杂数据处理要求(如：进行有条件的查询和打印，任意时间、任意区段的查询等)。因此，在设计过程中对归档数据复杂查询技术进行了研究。WINCC是一个全面开放的组态软件，它可方便地集成标准Windows应用的对象、函数和文档;提供了访问所有WINCC功能的API编程接口;集成了OLE/OCX和ActiveX对象;它允许通过标准接口(标准SQL数据库)访问归档数据库;通过DDE、OPC接口与其它Windows程序进行数据交换。这些开放性为自行扩展和进一步丰富WINCC软件的功能、解决该工程问题提供了可能。在本项目中应用ActiveX技术实现WINCC归档数据复杂查询解决该工程问题是可行的：根据用户对控制系统有条件查询、打印的要求，运用Delphi设计ActiveX控件，然后在WINCC中调用该控件，最终实现WINCC不能完成的复杂归档数据访问任务。

图ActiveX控件的界面

五、结束语

系统于2004年10月投入运行，两年来系统运行良好，未进行任何维修，电厂废水达到了零排放，大大提高了水的利用率。

六、应用体会

在项目进行的过程中，西门子在工控领域中安全、可靠、成熟、高效的产品及解决方案为项目的顺利进行提供了保证和保障。西门子的TIA理念及产品特点，着眼于整个工厂的控制和管理，采用统一的数据管理、统一的编程组态平台、统一的通讯规范和灵活的结构配置，从另一侧面保证了项目的顺利完成。

本项目使用了WINCC监控软件，由于软件优越的开放性，解决了项目中的监控方面的难点问题，如WINCC中动态报表的设计等功能。而统一的国际标准编程语言及现场总线技术的应用，以及项目中软硬件设计的模块化，更体现了本系统的可扩展性与可维护性。 附：参考文献

1 肖萍.火电厂排放废水的处理与回用.江苏环境科技.1998(3)：18-19 2 STEP 7 V5.2 编程手册.SIEMENS AG.2002

3 S7-300可编程序控制器硬件和安装手册.SIEMENS AG.2004 4 WINCC编程指南.SIEMENS AG.1998

5 求是科技.Visual Basic 6.0数据库开发技术与工程实践.人民邮电出版社，2004

第五篇：水电厂大坝安全监测自动化系统验收细则

关于印发《水电厂大坝安全监测自动化系统实用化验收细则》(试行)的通知

发输电发[2002] 631号

各有关单位：

为更好地指导水电厂大坝安全监测自动化工作，国家电力公司组织编写了《水电厂大坝安全监测自动化系统实用化验收细则》(试行)。经征求有关单位和专家的意见，现决定印发，自即日起执行。执行中有何问题和建议，请告国家电力公司发输电部。 1

水电厂大坝安全监测自动化系统实用化验收细则

(试行)

1 总则

1.1为规范水电厂大坝安全监测自动化系统的建设和管理，进一步推动大坝安全监测自动化系统实用化工作，充分发挥其监测大坝安全、指导大坝运行的作用，特制定本细则。

1.2 大坝安全监测自动化系统的建设应遵循“实用可靠、技术先进、经济合理”和“总体规划、分步实施”的原则，积极、稳妥地进行。 1.3制定本细则的依据：

《水电站大坝安全监测工作管理规定》【电综(1997)500号】

《水电站大坝安全检查施行细则》【能源电(1988)37号】

《水电站大坝安全管理办法》【电安生[1997]25号】

《混凝土大坝安全监测技术规范》(SDJ336-89)

《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)

1.4大坝安全监测自动化系统(以下简称系统)，包括传感器、数据采集装置、中央控制装置、安全监测系统软件，以及其他配套设备。

1.5本细则适用于国家电力公司系统水电厂所建设、管理的大坝安全监测自动化系统。

2 实用化要求

2.1系统建设要求

2.1.1系统应根据工程的实际采用成熟可靠的技术和设备，防止建设过程中造成平台纷杂和系统不协调。

2.1.2系统的建设应突出重点项目、重点部位，测点的布置应坚持少而精的原则。各种坝型至少应有以下自动监测项目：

1)混凝土坝：水平位移、渗流、环境量;

2)土石坝：渗流、环境量;

3)面板堆石坝：面板周边缝变形、渗流、环境量。

2.1.3系统的设计应委托有相应设计资质的单位承担，设计方案的审查按《水电站大坝安全监测工作管理规定》【电综(1997)500号】执行。

2.1.4系统的建设应由有资质的单位承担，运行单位应参与仪器设备的出厂验收、安装调试等全过程管理。 2.2功能要求 2.2.1系统的要求

1)具备监测数据自动采集、传输以及信息管理与性态分析的自动化功能;

2)具有高度的可靠性和长期稳定性，硬件结构、数据库结构、软件结构符合大坝安全监测技术发展及计算机网络技术发展要求，系统应具有良好的开放性和兼容性;

3)具备自校措施，用以验证监测数据是否真实可靠，保证维修前后监测数据的连续性;

4)具有较强的环境适应性和耐恶劣环境性，具备防雷、防潮、防锈蚀、防鼠、抗振、抗电磁干扰等性能，能够在潮湿、高雷击、强电磁干扰条件下长期连续稳定运行;

5)具有掉电保护和短期自动供电功能，在断电情况下能由备用电源自动供电，确保维持正常运行一周以上;

6)设有人工采集数据的手段，系统联结的传感器应具有人工测读的条件，系统的数据采集装置应具备用检测仪进行人工测量的接口，以便必要时进行人工补测、比测数据;

7)具有现场网络数据通信和远程通信功能，应具有开放的系统网络通用规约和传感器输入输出规约;

8)能够通过网络向电厂MIS系统及上级主管部门发送监测数据和有关大坝安全信息，能与水调自动化系统进行信息交换，预留有与其它系统进行信息交换的接口;

9)具有网络安全防护功能，设置有网络硬防火墙或软防火墙来确保网络的安全运行;

10)具有多级用户管理功能，设置有多级用户权限、多级安全密码，对系统进行有效的安全管理。 2.2.2传感器要求

1)传感器技术指标应满足国家标准的规定(尚无国家标准的传感器应满足行业或企业标准)，具有生产计量器具许可证，并按计量法的有关要求经计量检定部门检定合格，有相应检定合格证书;

2)对于埋设的传感器要有相应的比对标准，依据标准每年进行比对，确定传感器是否有效;

3)传感器能够连续、准确、可靠地监测数据，在使用寿命期能适应工作环境，精度满足技术规范要求，能够长期稳定运行，受温度或其他因素影响的数据年漂移量满足产品标准的规定。

2.2.3数据采集、传输与处理功能要求

1)系统的数据采集装置应能接入大坝变形、渗流、应力应变及温度、环境量等各类监测仪器(传感器)，对接入的监测仪器进行精确测量，其综合准确度能满足大坝安全监测技术规范的要求;

2)系统的数据采集装置能够以中央控制方式(应答式)按照中央控制装置(监控主机)指令进行选点、巡回及定时检测，或以自动控制方式(自报式)按设定的时间和方式进行自动数据采集;

3)系统的数据采集装置能够按要求将传感器采集的各种输出信号转换为监测量数据并将所测数据传送到系统的中央控制装置或其他微机;

4)系统中央控制装置能自动地对接收到的监测数据进行分类管理，存入各数据库;

5)具有监测数据自动检验和报警功能，能对监测数据进行自动检验、判识，监测量超限、显示异常时能检错、纠错处理，能自动报警;

6)具有设备故障监测、报警功能，能对系统设备、电源、通讯状态自动进行监测、检验，具有自诊断功能。

2.2.4数据管理、分析软件功能要求

1)除自动采集数据自动入库外，还应具有人工输入数据功能，能方便地输入未实施自动化监测的测点或因系统故障而用人工补测的数据;

2)具有对原始数据进行检验、计算，制作图形报表等一系列日常监测管理功能;

3)能够为监测数据进行初步分析和异常值判识提供计算、检验和辅助服务;

4 4)可方便地制作或自动生成日常管理报表、图形，可方便地对数据库进行维护及资料的整编和制作整编图表。系统要有基于剖面或平面显示实时监测数据功能，图形可无级缩放;

5)可通过人机对话的方式方便地对数据进行查询、检索及编辑，能灵活显示、绘制和打印各种监测数据、图表及文档、图片;

6)具有大坝安全信息文档、图片管理功能，可以以人机交互方式方便、快捷地查询、检索、输出各种安全管理档案;

7)具有必要的离线分析与评估功能，具备对监测资料进行定量分析所需的主要计算、检验、评价功能。 2.3指标要求 2.3.1监测准确度

监测数据准确度应满足SDJ336-89或SL60-94的规定要求。 2.3.2监测稳定性

在被监测物理量基本不变的条件下，系统数据采集装置连续15次内采集数据的准确度应接近一次测量的准确度要求。 2.3.3数据采集缺失率

系统数据采集缺失率：W≤3% 。 2.3.4采集单元平均无故障工作时间MTBF：

采集单元平均无故障工作时间MTBF≥8000h。 2.3.5 比测指标

系统实测数据与同时同条件人工比测数据偏差δ保持基本稳定，无趋势性漂移。与人工比测数据对比结果：δ≤2 σ。 2.3.6采集时间

系统单点采样时间：≤30S;

系统完成一次巡测时间：≤20min(规模较大的系统，巡测时间可适当放宽)。 2.4系统管理要求

5 2.4.1应有完整的系统技术、使用、维护手册及工程验收资料。 2.4.2应有完整的系统运行记录。 2.4.3应制定相应的系统使用和管理规定。

2.4.4应制定系统故障时保证不间断监测的应急技术、管理措施(预案)。

2.4.5使用管理单位应指派两名及以上观测技术人员负责管理系统，且能熟练地使用系统的各项基本功能。

2.4.6使用管理单位应加强系统的日常维护，设备仪器的率定、校验，应有必要的备品、备件。

3 实用化验收

3.1申请验收应具备的条件

3.1.1系统应是按实用化要求考核至少一年，并有连续完整的运行记录且自查合格后，方可申请实用化验收。

3.1.2被验收单位应按实用化验收要求，由企业主管部门组织一次自查测试，在此基础上写出自查报告。

3.1.3验收时需具备的资料

1)实用化验收申请报告;

2)系统工程验收报告;

3)考核期内的系统运行报告;

4)按本细则进行自查的自查报告。 3.2验收工作的组织

3.2.1系统的实用化验收由国家电力公司发输电部组织进行，验收单位应成立相应的验收组，人数一般为5—7人。

3.2.2验收组成员应以具有实际相关工作经验的专业人员及对系统较为熟悉的使用人员为主，并须有主管部门有关人员参加。此外，根据需要也可邀请科研单位及生产厂家的有关人员参加。

3.2.3 系统通过实用化验收后，由国家电力公司发输电部发文公布。

3.2.4一般情况下，验收单位每3—5年应对通过实用化验收的系统进行一次复查，复查可参照

6 实用化验收的方法有所简化的进行。

3.2.5 系统通过实用化验收后，使用管理单位可根据实际情况逐渐减少人工测次。 4 附则

4.1 本细则由国家电力公司发输电部负责解释。 4.2 本细则自颁布之日起实行。 附录 1 比测

系统实用化考核期，数据的采集周期以每周一次(或不少于一次)为宜，并每月进行一次人工比测。应规定每周的固定时段为考核采集时间，每月的同一时段为人工比测时间。

人工比测一般采用过程线比较或方差分析进行对比。

过程线比较是取某测点相同时间、相同测次的自动化测值和人工测值，分别绘出自动化测值过程线和人工测值过程线，进行规律性和测值变化幅度的比较。

方差分析是取某测点试运行期自动化监测和人工比测相同时间、相同测次的测值分别组成自动化测值序列和人工测值序列，计算其标准差σ自、σ人;再设某一时刻的自动测值为 X自i，人工测值为X人i，则两者差值δi =∣X自i - X人i∣。取δ≤2σ，其中均方差 σ=(σ自2+σ人21/2)，σ自 -为自动化测量精度，σ

人

-为人工测量精度。

2 数据缺失率

数据缺失率是指在考核期内未能测得的数据个数与应测得的数据个数之比。测得的错误测值或超过一定误差范围的测值(异常测值)也作为缺失数据。已埋设因故损坏而无法补救的监测仪器缺测，系统受到不可抗力及非系统本身原因造成的数据缺失，不计入。

数据缺失率(考核期一年)：W=ρ/ω，ρ-为缺失数据个数，ω-为应测数据个数。 3 系统的可靠性

系统可靠性可用平均无故障工作时间来考核。

平均无故障工作时间(MTBF)是指两次相邻故障间的正常工作时间(短时间可恢复的不计)。

系统中心站应设有双机备份。

7 采集单元故障定义：系统控制传感器数据采集的单元不能正常工作，造成所控制的单个或多个测点测值异常或停测，称为采集单元发生故障。

采集单元平均无故障时间(考核期一年)：

n

n

MTBF= ∑ ti /(∑ri )

i=1

i=1

式中： ti ———考核期内，第i个单元的正常工作时数;

ri ———考核期内，第i个单元出现的故障次数;

n ———系统内数据采集单元总数。