一、项目介绍

　　1. 公司的业务范围主要致力于国内外环保产业的BOT 模式建设投资，主要包括城市生活垃圾（工业危险废物）焚烧发电厂、城市医疗垃圾、城市 污水处理厂的投资建设，公司下属电气自控工程技术部，主要从事项目整套电气和自控系统的设计、选型和编程调试工作；从“深圳市医疗废物处置中心”项目设计 使用S7-300软冗余系统作为主控制系统；医疗垃圾处理项目作为我国近几年来的重点项目，国家环保总局非常重视，对主体设备和自控系统的要求也非常高。

　　2.本系统主要是通过检测现场烟气温度和压力，通过控制调节风机、水泵以及加药装置的频率和控制开关，从而达到控制烟气温度和含量的目的；通过 西门子S7-300系列PLC通过采集和控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过底版总线与CPU处理器传输，由CPU处理器完成处理后， 再通过以太网与工控机连接；本系统有两套xx独立的CPU处理系统，通过IM153-2 分别与远程的I/O模块通过PROFIBUS总线通讯，当一套发 生故障时，备用系统自动投入运行；　当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制；并同时自动 把数据转换为OPC的数据传输格式，把需要显示的数据传送给模拟屏。

　　1. 项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置中心进行焚烧处理，垃圾首先进入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后 的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，然后通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃 圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。

　　2. 本项目主要使用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模块选型如下：

　　中央处理器模块 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2块，工作存储器128KB；

　　电源模块6ES7307-1EA00-0AA0 2块给CPU供电；

　　通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0 2块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU之间的冗余通讯；

　　接口模块6ES7153-2AA02-0XB0 2块进行PROFIBUS远程I/O通讯和系统冗余通讯；

　　电源模块6EP1333-2AA00 2块给ET200供电；

　　DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 5块 采集现场设备的运转及故障状态；

　　DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0 3块控制现场设备的启停；

　　AI模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0 2块采集现场设备的压力、流量、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号；

　　TC热电偶输入模块6ES7331-7PF10-0AB02块 采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号；

　　RTD热电阻输入模块6ES7331-7PF00-0AB02块采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号

　　AO模拟量输出模块6ES7332-5HF00-0AB02块通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；

三、控制系统构成

　　1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接 到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的 内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下：

　　PLC 选用西门子的S7-300系列PLC，设计为软冗余系统，PLC本体与远程I/O通讯为PROFIBUS 协议的串口通讯，PLC与计 算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用 WINCC.0组态软件。

　　现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电 偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标 准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过AI 模块输入，频率的设定通过AO 模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通 过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。

　　2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接，硬件配置及网络结构 见下图： 

　　3.多种方案的比较

　　过于系统选型方案的比较，由于以前工程的冗余控制系统一直使用国内的DCS系统或者PLC的硬冗余系统，但从使用效果以及造价成本方面考虑，国 外DCS系统价格非常昂贵，国内DCS系统又不是特别稳定；用PLC硬冗余系统也存在价格比较贵的原因；通过比较，决定用价格相对便宜而性能又比较稳定的 西门子软冗余系统尝试使用。

四、控制系统完成功能

　　1．本系统的主要工作分以下几个方面：

　　Ø 软冗余功能的完成

　　软件冗余是西门子公司实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中，节约成本。但在垃圾焚烧项目中对 设备的控制要求非常严格，也就是说控制设备在冗余切换中{jd1}不能断开，所以本人根据西门子公司的软冗余手册进行调试和编程，{zh1}效果非常好，{jd1}不会出现 切换设备中断的现象，所以给下面的工作带来了巨大信心，具体调试过程在西门子的“软冗余文章”全部有描述，在此不做过多的描述。

　　Ø控制功能的完成

　　本系统的自动控制功能主要分以下几个部分：

　　一次风机、二次风机以及引风机的联动控制

　　在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风 机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用STEP 7的 PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不 产生二恶英；一燃室温度过高时增大进料电机速度，同时减小一次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；二燃室温度过高时增减小 一次风风机速度，同时增加二次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；并且在控制一二次风的时候，必须自动调节引风机速度，保 证烟道压力保证在-150PA左右。

　　碱液站的自动控制

　　在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分 时间，非常简便；

　　布袋除尘器的自动控制

　　设定温度值，利用PLC 内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，超出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布 袋。

　　锅炉给水自动控制

　　锅炉汽包水位是确保安全生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm 范围内；设定锅炉给水水位，通过PID 模块 自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。

　　系统最终检测结果：

　　PLC 系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不超过500ms ,数据交换的准确率为{bfb}；

　　PROFIBUS 传输正常，没有掉落模块的情况出现；

　　PLC 数据传输xx，模拟量的xx度可以达到13BIT；

　　冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等；

　　模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms；

　　2．在本项目的调试过程中，应该说是非常顺利的，只是在最开始的时候由于软冗余系统在深圳比较少用，所以在刚开始调试时比较担心，但经过西门子 公司的技术支持，调试非常顺利，在刚开始就确认冗余切换没问题。

　　3.工艺及主要设备组态界面         

　　3.1 工艺图界面

    3.2 变频器控制画面 

    3.3 碱液站控制画面

五、结束语    

　　本系统于2005年2月投入使用至今已近20个月，运行顺利，用户非常满意；目前本系统已经成功推广到南昌、长沙、成都、青岛、大连等地的医疗 垃圾处理系统以及广东番禺绿由工业危险废物焚烧发电厂中，用户反映非常良好。

　　该SIEMENS S7-300软冗余系统已在生产中得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益，在该系统中，PLC系统的应用得到了充分的展 示，这种冗余配置广泛的推广到其它行业应用提供一定的参考价值。

六、应用体会

　　本系统自选型以来，经历了许多困难，因为以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它品牌的DCS系统，但由于上述系统造价非 常昂贵，而部分国产的DCS系统非常不稳定，我们的项目为BOT 项目而且有要求条件不是太高，所以既要降低成本，又要保证性能，所以通过比较，决定“深 圳市医疗废物处置中心”项目实验，如果可行就进行推广，目前已经在公司项目正式批量使用，甚感欣慰。

　　通过上述项目，证实西门子S7-300软冗余系统xx可以满足“垃圾焚烧发电厂”的技术要求，基本实现无扰切换。并且通过WINCC6.0开放 的OPC接口，完成了与模拟屏的数据通讯，积累了一定的应用经验。

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