[摘 要] 本文描述了垃圾焚燒發(fā)電廠的特點(diǎn)和組成，并介紹了電廠新型系統(tǒng)的發(fā)展方向、特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，并結(jié)合鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠的工程實(shí)際，簡(jiǎn)單介紹了Siemens公司的Simatic PCS7控制系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 垃圾焚燒發(fā)電廠 控制系統(tǒng) 焚燒爐 PCS7控制系統(tǒng) Profibus

1、垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)
近年來(lái)，人們對(duì)發(fā)電機(jī)組的環(huán)保要求越來(lái)越高，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展和普遍應(yīng)用。由于垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)具有高效率處理生活垃圾、節(jié)約能源、建設(shè)周期短以及有利于環(huán)保等特點(diǎn)，我國(guó)目前正在逐步加大垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的資金投入。
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對(duì)能源的消耗不斷增加，由此到來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。對(duì)能源需求的增加與對(duì)污染排放的控制這一矛盾迫使科技工作者不斷尋求高效低污染的燃燒技術(shù)，加快新型燃燒裝置及環(huán)保設(shè)備的開發(fā)。降低成本、提高可靠性、降低污染排放成為電力行業(yè)的追求目標(biāo)。
垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)作為傳統(tǒng)行業(yè)派生的新行業(yè)，由于其燃料主要是生活垃圾等，因此，燃燒過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化，而且使垃圾容量大幅縮減，清潔環(huán)保；垃圾焚燒機(jī)組還有建設(shè)周期短，節(jié)約能源且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。故該項(xiàng)技術(shù)目前越來(lái)越受到重視，并得到迅速推廣和不斷發(fā)展。

2、垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)要求
垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的主要組成部分有：焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備。
同常規(guī)的火電機(jī)組相比，垃圾焚燒發(fā)電中以發(fā)電為輔，垃圾燃燒為主。反映在燃燒系統(tǒng)上，燃燒的熱值變化較慢，燃料成份中非可控因素較多，蒸汽負(fù)荷的變動(dòng)較小，壓力的變化較大。因而，對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電，傳統(tǒng)的火電燃燒系統(tǒng)的機(jī)理和控制方法并不完全適應(yīng)于垃圾焚燒發(fā)電。垃圾焚燒發(fā)電的獨(dú)特之處決定了其對(duì)控制系統(tǒng)的要求既等同于常規(guī)要求，又在常規(guī)要求中有著極大的變通性。
1） 對(duì)分系統(tǒng)強(qiáng)烈的獨(dú)立性的要求：
對(duì)于垃圾焚燒，以垃圾焚燒為主，發(fā)電為輔，在整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，獨(dú)立性的要求明顯高于常規(guī)的火電機(jī)組。采用分布式的控制系統(tǒng)，不但可以減少整個(gè)控制系統(tǒng)的成本，分布式系統(tǒng)的更大的靈活性保證了垃圾焚燒發(fā)電的現(xiàn)實(shí)可操作性和管理的靈活性。從國(guó)內(nèi)已經(jīng)正式投運(yùn)的垃圾焚燒電廠的情況看，分布式控制系統(tǒng)的選用是垃圾焚燒電廠最佳的選擇方案。
2） 對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的高性能、高要求：
現(xiàn)代化的垃圾焚燒發(fā)電廠，對(duì)信息的傳輸與交換比常規(guī)的火電機(jī)組更大。采用先進(jìn)的高速控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的交互運(yùn)作，都可提供強(qiáng)有力的傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持。
3） 對(duì)運(yùn)行成本的迫切的要求：
在垃圾焚燒發(fā)電中，對(duì)低運(yùn)行成本的要求集中在兩個(gè)方面：①靈活、方便的硬件配置可保證系統(tǒng)的功能性要求與硬件系統(tǒng)的最合理的配合，從而構(gòu)成最合理的性能價(jià)格比②極低的設(shè)備維護(hù)成本和系統(tǒng)管理成本，這就要求選擇的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)充性、開放性（可最大限度的利用現(xiàn)有的成熟的信息資源）和長(zhǎng)期工業(yè)惡劣場(chǎng)所運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

3、自動(dòng)控制系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用
毫無(wú)疑問(wèn)，已在國(guó)內(nèi)外許多大型發(fā)電機(jī)組上成功應(yīng)用的分散控制系統(tǒng)（DCS）是可以應(yīng)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的控制的。但這種傳統(tǒng)意義上的DCS具有一定的局限性，如投資較大，分散化程度和開放性程度均不夠高，建設(shè)周期長(zhǎng)等等，均不適合于中小型規(guī)模機(jī)組的控制應(yīng)用。
目前，一種新型概念上的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛受到重視。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，原有概念上的PLC或中、小規(guī)模的控制系統(tǒng)吸納新技術(shù)，形成一種分散度更高的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它將在中、小規(guī)模的應(yīng)用中大大超過(guò)了傳統(tǒng)的DCS。它的主要特點(diǎn)有：
1) 引入WEB技術(shù)，將控制向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)瀏覽、過(guò)程監(jiān)視、組態(tài)維護(hù)等功能。
2) 引入ETHERNET局域網(wǎng)技術(shù)，使控制系統(tǒng)能與管理網(wǎng)資源共享。
3) 引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，將系統(tǒng)硬件由集中布置轉(zhuǎn)向分散布置，使之高度分散化。
4) 提高系統(tǒng)的抗干擾能力，降低控制系統(tǒng)對(duì)接地系統(tǒng)及環(huán)境的要求，降低工程造價(jià)。
正是由于這種新型的過(guò)程控制系統(tǒng)的上述特點(diǎn)，使其比較適合于垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的控制應(yīng)用。目前，比較有代表性的這類控制系統(tǒng)有：Siemens公司的Simatic PCS7控制系統(tǒng)，Honeywell公司的Plant Scale控制系統(tǒng)等。
深圳鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)采用了Siemens公司的Simatic PCS7 控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的總成、設(shè)計(jì)、組態(tài)及調(diào)試由深圳能源環(huán)保公司和國(guó)家電力公司熱工研究院自控技術(shù)中心共同承擔(dān)。

4、工程應(yīng)用情況介紹
鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠安裝兩條垃圾焚燒線（每條垃圾焚燒線日處理垃圾能力為225噸），一臺(tái)6兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，母管制。全廠設(shè)置一套分散控制系統(tǒng)（DCS）， 以全廠集中操作與各工段分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠整體生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)操作、過(guò)程控制、事件報(bào)警、運(yùn)行聯(lián)鎖、安全保護(hù)。完成數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）和聯(lián)鎖保護(hù)（PRO）等系統(tǒng)功能。
垃圾焚燒發(fā)電廠的其他生產(chǎn)過(guò)程，如焚燒線燃燒控制、煙氣處理系統(tǒng)、汽機(jī)數(shù)字電調(diào)和垃圾吊控制等系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式分別接入分散控制系統(tǒng)（DCS），建立全廠生產(chǎn)運(yùn)行管理。
根據(jù)系統(tǒng)性能價(jià)格比盡可能高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定和系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)方便的要求，同時(shí)針對(duì)本機(jī)組的特點(diǎn)和控制要求，經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研和論證，最終確定采用SIEMENS公司的Simatic PCS7（Process Control System）控制系統(tǒng)完成其控制功能。此系統(tǒng)在本工程的基本結(jié)構(gòu)為：
系統(tǒng)共配置3臺(tái)操作員站（其中一臺(tái)兼工程師站），2對(duì)冗余CPU-417H的控制器：#1控制器主要控制余熱鍋爐及垃圾焚燒線輔助部分；#2控制器主要控制汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備。本系統(tǒng)的I/O模件采用了S7-300系列I/O模件，通過(guò)ET200M遠(yuǎn)程機(jī)架與控制器相連。系統(tǒng)配置的總I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)1800點(diǎn)左右。系統(tǒng)配置了5臺(tái)打印機(jī)，其中報(bào)表打印機(jī)3臺(tái)、圖形打印機(jī)1臺(tái)、工程師站配打印機(jī)1臺(tái)。
每一對(duì)冗余控制器均通過(guò)冗余的現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP（最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)12Mbit/s）帶一定數(shù)量的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展機(jī)架ET200M及I/O模件。該系統(tǒng)共配置11個(gè)ET200M遠(yuǎn)程機(jī)架，按工藝流程分成11個(gè)I/O站，控制器與各I/O站間的通訊是通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線完成的，傳輸介質(zhì)為雙絞線，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率1.5Mbit/s。
1) 操作員站按服務(wù)器――客戶機(jī)方式配置，一對(duì)冗余服務(wù)器通過(guò)冗余的工業(yè)以太網(wǎng)（速率100MHz）與三臺(tái)客戶機(jī)相連。
2) CPU由二對(duì)完全冗余的高效控制器AS－417－H組成，CPU之間、CPU與冗余服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊是通過(guò)100MHz的冗余工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工業(yè)以太網(wǎng)和服務(wù)器完成操作員站與CPU以及CPU間的數(shù)據(jù)交換功能。
3) 每一對(duì)冗余CPU均通過(guò)冗余的現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP（最高速率12M）帶一定數(shù)量的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展機(jī)架ET200M及I/O模件。
4) SOE系統(tǒng)采用PCS7的SICAM系統(tǒng)。

圖1：深圳市鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠DCS系統(tǒng)配置圖
機(jī)組投產(chǎn)后，運(yùn)行人員在主控室，就可以完成全廠各部分的控制，包括焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)等等。該機(jī)組的自動(dòng)化水平在全國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組中處于領(lǐng)先地位。
該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)緊張的組態(tài)設(shè)計(jì)、調(diào)試階段后投入使用，目前已穩(wěn)定運(yùn)行了一年。

5、結(jié)束語(yǔ)
隨著垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)性能的不斷提高，可以預(yù)見(jiàn)，PCS7控制系統(tǒng)在垃圾焚燒機(jī)組控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的了解和研究的深入，智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備將應(yīng)用到電廠，構(gòu)成完整的FCS，會(huì)進(jìn)一步提高垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化和管理水平。

參 考 文 獻(xiàn)
1. 侯子良 . 邁向2000年的火電廠自動(dòng)化水平 . 電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院
2. Siemens公司 . 過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7系統(tǒng)概述 .1998.12

作者簡(jiǎn)介：范典，熱工自動(dòng)控制工程師，1996年畢業(yè)于東北電力學(xué)院。主要從事電廠DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)和調(diào)試、檢修維護(hù)等工作。
薛憲民，熱工自動(dòng)控制工程師，1996年畢業(yè)于東南大學(xué)。主要從事電廠DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)和調(diào)試、檢修維護(hù)等工作。