一、项目简介
1、工程简介
内蒙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20万千瓦机组即将投产发电，二期30万千瓦机组已开工建设。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容余系统，上位机使用WINCC实时操作和监控系统的运行，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2号流化炉输灰系统、3号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2号流化炉、3号4号燃煤炉各有4个除尘电厂组成，每个除尘电厂可以实现自动、联动控制，各电厂的循环时间、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、自动切换。当各电厂阀位和密封圈故障、空压机压力低故障等发生时，系统会自动报警或停机，数据库并且会自动记录。
2、项目当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，AI HART，AIRTD，AI TC，AO，和其他通讯模块等等）。
三、控制系统结构
1、整个项目中的硬件配置、系统结构 （如下图Figure 1-1 所示）
(硬件组态图)
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下简图所示：
2、WINCC监控操作画面
3、程序控制主要功能
①、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）：
\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
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
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。
（3）、各电场输灰控制模式
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。
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。
控制模式优先选择：
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，如远程自动不能正常进行，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。
单个电场输灰控制流程：参见如下[系统参数]画面中的控制流程图。
输灰的自动控制执行规则：
各电场的自动输灰控制采用任务优先级控制，当某电场从远程手动模式切入远程自动模式时，该电场将启动进料延时，当料位信号到或进料时间到，电场发送器将自动关闭进料阀、平衡阀并将进料密封阀加压，密封压力到后该电场将进入系统输灰任务列表（排在最后），当系统输灰任务列表中排在前面的所有电场输灰完毕后它才启动输灰。自动输灰结束后开始进料，同时进料定时器重新开始定时。
对系统输灰任务列表来说，所有电场的输灰执行先进先输灰的原则。
在发生以下情况时，该电场将从任务列表中自动删除：
* 该电场输灰完成
* 该电场在输灰过程中发生故障
* 该电场未轮到输灰，但操作员将其切换成远程手动或就地手动
燃煤炉自动输灰工作状态指示
在燃煤炉输灰画面右面可看到3号燃煤锅炉自动输灰工作状态指示，可能出现的工作状态有：
|
当前无输灰任务 | |
|
准备一电场输灰，正在关闭二三四电场出料阀 | |
|
启动一电场输灰 | |
|
出料阀关闭出错！所有电场已转为远程手动 | |
|
准备二电场输灰，正在关闭一三四电场出料阀 | |
|
启动二电场输灰 | |
|
出料阀关闭出错！所有电场已转为远程手动 | |
|
准备三电场输灰，正在关闭一二四电场出料阀 | |
|
启动三电场输灰 | |
|
出料阀关闭出错！所有电场已转为远程手动 | |
|
准备四电场输灰，正在关闭一二三电场出料阀 | |
|
启动四电场输灰 | |
|
出料阀关闭出错！所有电场已转为远程手动 | |
|
各电场飞灰发送器输灰状态指示
可能出现的输灰状态指示有：
|
就地手动 |
|
远程手动 |
|
远程自动：等待料位到或时间间隔到 |
|
准备输灰：关进料阀、关平衡阀 |
|
准备输灰：进料阀1未开到位报警！ |
|
准备输灰：进料阀2未开到位报警！ |
|
准备输灰：进料阀密封圈加压 |
|
准备输灰：密封圈压力未到报警！ |
|
准备输灰：等待输灰允许 |
|
输灰开始：出料阀泄压 |
|
输灰开始：开出料阀 |
|
输灰开始：出料阀未开到位报警！ |
|
输灰开始：开进气阀、开补气阀 |
|
正在输灰 |
|
吹堵开始：关进气阀、关补气阀 |
|
正在吹堵：开吹堵阀 |
|
吹堵结束：关吹堵阀 |
|
吹堵结束：开进气阀、开补气阀 |
|
输灰结束：关进气阀、关补气阀 |
|
输灰结束：关出料阀 |
|
输灰结束：出料阀未关到位报警！ |
|
输灰结束：出料密封圈加压 |
|
输灰结束：出料密封压力未到报警！ |
|
输灰结束：进料密封圈泄压 |
|
输灰结束：开进料阀、开平衡阀 |
|
输灰结束：进料阀1未开到位报警！ |
|
输灰结束：进料阀2未开到位报警！ |
|
堵灰报警：吹堵次数超过2次！ |
（4）、灰库及除渣监控系统
灰库及除渣监控系统包括灰库料位监视、4个输灰切换阀和4个切换密闭阀的监控、2个布袋除尘器的启停控制、灰库气化系统及除渣系统（包括燃煤炉的4个捞渣/碎渣机、2个冲渣水泵、1个渣浆提升泵、3个排泥泵和2个高效浓缩机和流化炉的4个链斗输送机、6个滚筒冷渣机）。
灰库切换阀的控制
当操作员选择[去灰库一]时，控制系统先将密闭阀泄压，等待密闭阀压力信号消失后，切换阀关闭，切换阀关限位到后再将密闭阀加压。
当操作员选择[去灰库二]时，控制系统先将密闭阀泄压，等待密闭阀压力信号消失后，切换阀打开，切换阀开限位到后再将密闭阀加压。
系统在等待切换阀的开关限位和密闭阀压力信号超过5秒后将产生相应的报警信息。
布袋除尘器的控制：每个灰库有一个布袋除尘器，当系统检测到某一灰库有灰进入时会自动启动该灰库的布袋除尘器，输灰结束后会自动关闭布袋除尘器。操作员也可手动启动除尘器，但在灰库进灰时是不允许关闭的。
提示：当自动输灰进行前系统会自动判断当前输灰管道进灰的灰库料位是否已到高位，若已到高位，输灰程序会自动切换灰库。操作员也可在输灰前远程手动切换灰库，但在自动输灰正在进行时不允许切换灰库。
注意：灰库画面中的某些除渣设备远程控制目前无法进行，画面上一些除渣设备的控制按钮已经设定动作，请不要随意点击！如果需要远程控制，现场必须有人监视，并能和主控室随时联系。
（5）、系统参数
[系统参数]画面提供了自动输灰所需的一些时间参数。其中：
T1：进料时间（10-9990秒），单位：10秒
T2：最小输灰时间（0-999秒）15秒
T3：最大输灰时间（0-999秒）5分钟
T4：吹堵时间（0-999秒）
目前只有2号流化炉输灰和3号燃煤炉输灰参数可以设定。
注意：参数设定请在各炉输灰停止时进行，在输灰运行中不可更改参数！注意T2应小于T3！，T1允许输入的最大时间为9990秒。
（6）、报警记录
[报警记录]画面记录系统所有的历史报警。最大储存1000条历史报警，第1001条将覆盖第1条报警记录。
每条报警信息包括：日期、时间、类型、来源、状态、内容、提示和操作员。
类型：包括故障、警告、提示
故障：设备发生故障，需要人为干预并排除
警告：设备当前接近临界状态，需要操作员特别注意
提示：一些涉及系统控制的重要操作信息
来源：指示该消息来自何处
状态：分到达、离开、确认
到达：该信息发生，若为故障，指示该故障产生
离开：该信息消失，若为故障，指示该故障消失
确认：操作员通过报警确认按钮确认了该条记录。
系统确认：该消息或故障产生后又自动消失
操作员：指示当前操作员（登陆者）名称
（7）、注意事项
本控制系统设计先进，但仍需很好的维护，工作中请注意以下几点：
1）、保持控制室的清洁并维持正常的室内温湿度。
2）、控制器为电子精密仪器，不要随意触摸，维护计算机和液晶显示器的清洁。
3）、监控计算机内不应当储存一些与系统无关的外来文件或游戏以防病毒进入系统，必要时安装正版杀毒软件并及时更新病毒库。
4）、不要随意更改控制柜内接线，若确实需要，请联系设备厂家并严格按图纸执行。
5）、系统正常运行时，任何一个从站的电源不能切断，否则PLC将会报警停止运行，
如果任何一个从站发生意外掉电情况，造成PLC停机无法正常运行，必须首先恢复从站电源，PLC便会自动投入正常运行，如果PLC还是红灯报警，可以复位PLC便可消除故障。
6）、所有阀的到位开关信号要定时检查，发现信号不到位，可能是到位开关堵灰，要立即清理。
（8）、项目中的难点和体会
在1#燃煤炉、2#燃煤炉的四个电厂全部投入自动输灰时，四个电厂需要采取随即先到先输的模式运行，压栈、出栈程序就完成了这个任务。程序采用先进先出的逻辑进行，需要首先开辟4个紧连的顺序地址区，指针并且要指到第一个索引地址区，当任何一个电厂完成进灰阶段准备输灰时，就把自己的序号压进第一个地址区（称作为压栈），指针然后递减到下一个索引号；当前电厂的输灰任务完成时，自己的输灰序号自动从顺序地址区弹出（称作为出栈），指针然后递增返回前一个地址索引号。
压栈/出栈子程序的难点就在于对指针的灵活运用和对压栈、出栈概念的理解，一旦指针的索引出错，整个输灰程序就会乱套，无法完成输灰任务。
五、 结束语
自2005 年6 月投产以来，气力输灰除尘自动化控制系统运行稳定可靠，操作灵活方便，大大减轻了工人的劳动强度。电气故障率相对较低，从而为电厂发电机组的稳定运行提供了保障。有效地提高了生产效率。
六、附图
参考文献
1、WinCC使用手册SIEMENS
2、S7-300、S7-400语句表编程参考手册SIEMENS
3、STEP 7 V5.2编程使用手册SIEMENS
4、SIMATIC NET使用手册SIEMENS
5、S7-H系统使用手册SIEMENS
无锡市北辰自动化技术有限公司
无锡市滴翠路100号国家工业设计园创意园A幢903
Postcodes: 214044
电话：0510-85166823
传真：0510-85166813
Email:
网址：
