2022年西门子自动化产品在电站暖通自控系统中应用与分析研究 .pdf

1 / 8 西门子自动化产品在电站暖通自控系统中的应用与研究周虹伯华电青岛发电有限公司摘要： 介绍了西门子自动化产品在电站暖通自控系统中的应用与研究。可编程控制器不仅用于对现场仪表的数据采集和处理，还用来完成对现场自动化设备的控制。此外，工控组态软件作为一种标准的人机界面被应用于监控工业生产的动态过程。关于本系统中软硬件及网络通讯的执行情况将在文中作进一步的详细阐述。关键词： 暖通 可编程控制器组态通讯 Application and Research of SIEMENS Automation Products in the Automatic Control Systemfor HVAC of Power StationZhou Hongbo Abstract: In this paper, we discuss the application and researchof SIEMENS automation products in the automatic control system for HVAC of power station.The PLC can not only collect and deal with the data of the local instrument, but also complete the function of controlling the local automation devices. In addition, the industrial configuration software with a standard Human man-Machine Interface is used to monitor the dynamical industrial process. The software and hardware in this system and the network communication working condition will be further explained in this article.Keywords: HVAC PLC configurationcommunication1 引言2004 年，青岛市全面启动了“生态城市”建设步伐，将加快能源结构调整，大力推广清洁能源以及控制燃煤含硫量，实施集中供热规划，作为“重中之重”扎实推进。华电青岛发电有限公司充分利用自身作为青岛市电源和热源支撑点的优势，积极开展了2 300 MW 热电联产工程建设工作。两台机组分别于2005 年11月与 2006 年 7 月顺利投产发电。作为热电联产机组辅助控制系统的重要组成部分暖通控制系统，是涉及机组各区域供热、制冷、通风以及消防的主要控制中枢，也是机组安全稳定运行的重要保障。该系统的提前投运，为机组的按时投产奠定了坚实的基精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页2 / 8 础。2 暖通自动控制系统介绍2.1 工艺设计要求该暖通自控系统是两台热电联产机组的公用系统，主要包括集控楼、主厂房各区域的HVAC(heat ventilation air conditioner 系统 。集控楼HVAC系统由集控楼12.6 m，8.0 m，0.0 m 层通风空调系统构成，主厂房HVAC系统由汽机房通风系统、发电机励磁机柜小室降温通风系统、蓄电池室降温通风系统、380 V配电装置室及直流配电间通风系统、6 kV 配电装置室通风系统、热控电气室通风系统及采暖加热系统构成。整个通风、空调系统通过布置在集控楼12.6 m 层内的暖通控制室进行集中监控。主要现场设备有风冷屋顶式空调机组、风冷式冷水机组、柜式空调机组、采暖加热装置、消防控制中心及各类阀门、风机、一次元件等。暖 通 自 动 监 控 是 采 用 以 可 编 程 控 制 器(PLC 技 术 为 基 础 的 控 制 系 统 ， 由 中 央 控 制站、数据通讯网络、设备级控制器及就地传感器组成。自动控制系统具有监控、编程和数据处理等功能，其设计原则是使通风空调系统运行安全、节能和方便。根据生产工艺设计要求，暖通自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机(IPC 作为主要的人机界面(HMI ，为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器(PLC 构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。2.2 控制系统选型及特点为了满足上面提到的暖通自控系统工艺设计要求，对于控制中心我们选用了西门子公司SIMATIC S7-300 可编程控制器(PLC 和研华公司 IPC-610 工控机 (IPC 构成的自控系统；对于屋顶式空调机、风冷柜式空调机、采暖加热系统等设备控制均采用了西门子可编程控制系列产 品 ， 如SIMATIC S7-200 ， SICLIMAT SAPHIR ACX 32.000 。这样使整个系统的所有硬 件 都 基 于 了 统 一 的 硬 件 平 台 。 同 时 ， 由STEP 7， STEP 7-Mirco/ WIN32 ， WinCC ，SIMATIC NET PC-Software，PC ACCESS 等编程、组态及通讯软件构成统一的软件平台。通过构建上述统一的软硬件平台最终实现暖通自控系统的各项功能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页3 / 8 作为自动化和驱动领域的世界先驱西门子自动化与驱动集团(A&D ，凭借其对自动化领域的充分理解和前瞻性的思路，为各行业提供了创新与高效的产品及解决方案。在当前先进的控制系统产品中，西门子自动化的可编程控制器技术已相当成熟，而且从硬件的可靠性、稳定性及软件的易操作性等各方面综合评定，也符合暖通自控系统的各项要求。SIMATIC S7系列控制器采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。在一块机架底板上可安装电源、CPU 、 I/O 模板、通信处理器等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架的扩展工作方式。更为我们所需要的是SIMATIC S7 系列控制器内置或可扩展不同通讯接口，提供多种通讯方式选择，可构成不同要求的工业通讯网络。通过计算处理、网络数据共享等技术手段的运用，最终使控制系统将参数监测、程序控制、显示报警、监控管理等融为一体，实现系统的集中管理，以满足系统运行现代化的要求。2.3 控制系统硬件配置根据要求本系统控制中心所选用的硬件产品 为 ： 1 ） 工 业 控 制 计 算 机(IPC ：ADVANTECH IPC-610，Pentium 2.8GHz 处理器， 512Mb内存， 80Gb 硬盘， 2 台； 2）电源模块(PS ：PS 307，电源模块1 块； 3）中央处理单元(CPU ： CPU 314 ， 24V供电，64KB 工作内存，DI/DO最大1024 点， AI/AO最大 256 点； 4）通讯处理器(CP ： CP343-1, 工业以太网通讯处理器1 块； 5）接口模块(IM ： IM 360，主机架）接口模块1 块； IM 361， ： SM 321 ，数字量输入模块7 块， SM 322，数字量输出模块4 块， SM 331，模拟量输入模块16 块， SM 332，模拟量输出模块1块 ； 7 ） PCI通 讯 处 理 器(CP ， CP5611 ，PROFIBUS/MPI通讯处理器1 块， CP1613，工业以太网通讯处理器1 块。控制中心SIMATIC S7-300 可编程控制器硬件配置图，如图1 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页4 / 8 图 1 暖通控制系统中SIMATIC S7-300PLC硬件配置图2.4 控制系统网络结构系统网络拓扑结构，如图2所示。图 2 系统网络拓扑结构3 控制系统软件组态与网络通讯3.1 软件组态过程与效果工 控 组 态 软 件WinCC(Windows control center 是一个集成的人机界面(HMI 和监控管理系统，它是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能相结合的产物。HMI人机界面系统作为基础自动化系统的重要组成部分，用于控制系统的各种数据设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥着越来越重要的作用。暖通控制HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收过程计算机(PCS和操作人员通过HMI 输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状态信息和各种测量值以符号、数值、曲线、图表及历史记录的形式在HMI画面上显示。最终实现了在HMI操作站 、 PROFIBUS (IEC 61158/ EN50170 、 AS-i(EN 50295 、EIB(EN50090 ，ANSI EIA 776、MPI 及 Point-to-point connections等。本系统中控制中心、风冷屋顶式空调机、风冷柜式空调机及采暖加热系统均采用了西门子可编程控制系列产品，并通过数据通讯接口输出/输入数据。根据系统网络通讯接口特点和网络通讯距离要求，我们采 用 了Industrial Ethernet 工 业 以 太 网 ） 和PROFIBUS是过程控制业中的新兴标准，它的出现为基于Windows 的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。在暖通自控系统中，我们积极运用OPC 技术为系统通讯提供服务，通过以OPC Client 、WinCC为客户端，以OPC Server、 SIMATIC NET 、PC ACCESS为 服 务 器 端 的 方 式 构 成 通 讯 接口，实现各控制器之间的数据通讯，同时为系统接入厂级监控信息系统(SIS 奠定基础。4 系统功能1）控制中心数据采集功能。上位机将各可编程控制器中传出的数据信息直接采集，通过软件功能将信号以文字、图像、报表等方式形成人机界面。使操作人员通过此界面进行监控操作。2）控制中心控制信号发送功能。控制信号由上位机经通讯模块送入各控制器，由控制器来实现各控制指令，完成对现场设备的各种操作。3）控制中心监控及集中管理功能。在上位机的监控画面上点击相关控制设备均可对其进行控制，对相关参数及设备运行状态实现实时显示和历史记录并形成报表。4）系统调节控制功能。根据夏季、冬季工况对送、回风温湿度的不同要求对送、回风调节阀进行调节控制。5）系统联锁控制功能。互为备用屋顶式空调机组根据机组累计运行时间进行联锁切换控制；汽机房各屋顶风机根据B 排柱区域室内温度在汽机房运转层B 排柱区域设置7 个温度监测点，取其平均值）进行联锁启停控制；当消防控制系统发出火灾信号时，控制系统将停止该通风空调系统运行；室内排烟控制中事故排风机设有与排烟挡板联动控制功能，当消防控制系统发出某精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页7 / 8 房间事故排风指令时，控制系统将打开相应房间排烟 排风）管上的全自动防火阀，相应房间事故排风机投入运行其他系统设备均停止运行）。通过上述控制功能的实现，最终完成对整个系统的顺序、调节及联锁保护等控制。5 结论本文讨论了基于西门子自动化系列产品的暖通自控系统的设计与实现，充分发挥了该系列产品配置灵活、控制可靠、编程方便及可现场调试的优点，为进一步提高整个系统可靠性我们选用了西门子相应的传感器及电动执行机构等现场设备，从而全面解决了相关系统接口及现场通讯问题。2006 年 5 月，该系统全面投入试运，7 月与机组一起正式投入运行。在实际应用中,该系统运行效果良好，具有较高的自动化水平，实现了设计目标与要求，为机组的安全稳定运行提供了可靠保障，为2006 年青岛大热网的建设奠定了良好基础。该系统在同类工业自动化控制系统中具有一定代表性，系统中多种通讯方式的综合应用对于进一步推广实践也具有一定参考价值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页8 / 8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页