摘要 西門子公司的SIMATIC PCS7 作為一種優秀的過程控制系統，廣泛應用于電廠、鋼鐵、化工、能源、造紙等行業，而且可以實現控制系統的冗余，本文描述該控制系統在某電廠水網――鍋爐補給水系統中的應用。
關鍵字 PCS7 冗余 應用
一、工程概述：
為了給2×300MW機組的鍋爐補給水提供完整的分布式控制系統，另外還要給原來機組1×200MW機組的鍋爐補給水，滿足整個電廠鍋爐的補水要求。
本項目采用SIMENS公司SIMATIC PCS7過程控制系統，最終實現對鍋爐補給水控制系統的分布式控制和系統正常運行。
整個鍋爐補給水系統主要包括：清水系統、軟化系統、陰陽離子交換系統、二級除鹽系統、除鹽水箱系統、壓縮空氣系統、陰陽樹脂擦洗系統，廢水排放系統、綜合水泵房等，涉及絕大部分設備的控制和回路控制，所有點均可在SIMATIC PCS7中顯示、報警、數據分析和控制。
二、系統要求
1．控制系統設計的總體目標
•為新老機組的鍋爐提供充足的除鹽水；
•提高鍋爐補給水的自動化水平；
•實現實現鍋爐補給水系統的高品質運行，提高運行經濟性；
•提高運行人員工作效率，滿足整個系統運行全能值班要求；
•提高效益，降低能耗。
2．系統設計及應用時的設計思想
1) 功能設計：體現DCS建成后的自動化程度、處理事故能力（報警、分析、指導、處理等）及先進的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設計思想。具體如下：
對象控制
•按工藝流程的自動化過程由DCS系統協調完成，達到能量平衡。
•保障系統安全、可靠、高效運行和啟停。
提高鍋爐補給水系統運行的技術經濟效益
•實現高自動化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。
完善的操作指導和事故分析手段
•系統運行工況可由很多監測參數反映出來，當運行工況出現異常時，提供相關參數、趨勢、圖表等高效方式通知運行人員及時處理。
•操作記錄打印、報警打印、事故追憶打印、周期性報表等功能，有助于系統日常管理和事故分析。
•高效、便捷的系統在線維護。
2) 系統設計：體現DCS的高可靠性、先進性、易維護、易組態等為設計思想。具體如下：
可靠性設計：
•所有部件標準化、通用化、模塊化。
•控制系統按分層、分散、自治的原則。
•冗余設計：通訊總線、電源、I/O總線、CPU均為冗余配置。
•所有I/O模件均為智能化設計，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數字濾波和消除偶發干擾的措施。
維護性設計：
•可帶電插拔。
•系統自診斷至通道級。
•選用模塊化的功能組態軟件，提高軟件透明度。
擴展性設計：
•采用工業以太網網絡結構，通訊速率100MBPS，主干網采用冗余環網，個子站通過雙絞電纜掛接在主干網絡上，有極強的通訊擴展能力。
•提供與其它系統的通訊接口，如工業以太網、PROFIBUS DP或MODBUS。
開放性設計：
•支持國際標準數據接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
•標準MIS數據接口站，與廠級MIS互聯。
•支持SIS系統，實現對DCS數據的監控。
三、PCS7系統的主要特點
PCS7是一種模塊化的基于現場總線的新一代過程控制系統，結合了傳統DCS和PLC控制系統的優點，將兩者的功能有機的結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用了新技術，在網絡配置上，使用標準工業以太網和PROFIBUS網絡。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實現了儀控和電控的一體化，充分體現了全集成自動化的特點，使得系統應用范圍變廣，是一種適用于現在、面向未來的開放型過程控制系統。
四、系統配置與功能實現
根據鍋爐補給水的需求和系統的可維護性、可擴展性的要求，本系統的硬件配置和網絡布置如下圖所示：

從硬件配置上來看：
1） 冗余服務器（MS and SS）、操作員站(OS站)、工程師站(ES站)，每個站都采用臺灣的研華工控機。
鍋爐補給水系統分為兩臺服務器，一臺是主服務器、一臺從服務器
服務器完成數據采集、數據備份等功能，服務器也是采用研華工控機。
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。
系統配置1套工程師站（ES站），采用成熟、可靠的研華工控機。
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。
2）冗余的CPU414-4H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，用戶在組態時可完全忽略其冗余特性，像對非冗余系統組態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，工業以太網的卡件上帶有CPU可以獨立處理通訊信號。高速工業以太網是在工業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）本項目采用6個過程控制機柜：1CP、2CP、3CP、4CP、5CP、6CP，在1CP內安裝1套冗余過程控制器AS414-4H和整個控制系統的供電電源。5CP中安裝了網絡交換機。共使用了8個ET200M遠程控制機架安裝各種I/O模塊。所處理信號如下：
鍋爐補給水系統I/O點數配置


系統功能的實現：
根據鍋爐補給水系統的特點以及I/O點的分布情況，進行以下設計：整個鍋爐補給水系統分為清水系統、軟化系統、陰陽離子交換系統、二級除鹽系統、除鹽水箱系統、壓縮空氣系統、陰陽樹脂擦洗系統廢水排放系統綜合水泵房等、
1）、清水系統


本子系統含有6個過濾器，每個過濾器有7個閥門，這樣對于每個過濾器有組操，單操，自動操作。以下其他系統也有同樣的操作。
2）軟化系統


本系統含有三個鈉床，同樣的，每個鈉床也有組操，單操，自動操作。
3）陰陽離子交換系統


陰陽離子交換系統有三個，稱為1＃、2＃、3＃陰陽離子交換系統，在陽離子交換器中注入酸交換陽離子，在陰離子交換器中注入堿交換陰離子，生成的除鹽水送入二級除鹽系統，部分用于陰陽離子交換的酸堿稀釋。
4）二級除鹽系統


5）除鹽水箱系統


6）壓縮空氣系統


7）陰陽樹脂擦洗系統


8）廢水排放系統


9）綜合水泵房


五、結束語
此控制系統運行系統穩定、可靠。極大地提高了勞動生產率，該系統有效地解決了生產中的很多問題，如減少了生產過程中的突發故障，縮短了生產準備時間和搶修時間，減少了工人的勞動強度，為電廠鍋爐補給水處理創造了可觀的經濟效益和社會效益，達到了節能、降耗的目的。