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2 系統(tǒng)組成和控制方案

2.1 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)(包括數(shù)據(jù)采集及加藥控制)的上位機可由一臺工業(yè)計算機(IPC)完成,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和管理，并與MIS系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng),。圖1為在線監(jiān)控及診斷系統(tǒng)圖,。

2.2 控制方案

該系統(tǒng)集中采集分散在各個現(xiàn)場的化學儀表和熱工儀表的各種實時數(shù)據(jù)，及時準確反映機組運行過程中熱力系統(tǒng)水汽質(zhì)量,、化學運行工況,、給水和爐水加藥自動控制及各加藥泵開關狀況，記錄主要運行參數(shù)和事件,，按一定時間問隔存儲,，便于趨勢圖顯示,、報表制作，以及專家診斷,、處理意見等采集的數(shù)據(jù),。該系統(tǒng)從在線分析儀表(pH表)中提取4～20 mA信號，根據(jù)運行工藝參數(shù)進行PID運算,，輸出送變頻器控制加藥泵加藥量實現(xiàn)加藥自動閉環(huán)調(diào)節(jié),。圖2為控制系統(tǒng)流程。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 上位監(jiān)控部分

該系統(tǒng)的上位監(jiān)控部分由工業(yè)計算機完成,。監(jiān)控工作人員通過 CRT實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況,，設定或修改系統(tǒng)的運行參數(shù)，同時通過CRT遠程控制系統(tǒng)運行,。上位機處理和管理數(shù)據(jù),，并與MIS系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并對控制器進行組態(tài),，包括有：控制器網(wǎng)絡地址,、控制器時間、選擇控制算法,、設定算法參數(shù),、設定控制量的設定點、選擇算法輸入,、出量通道等,。

3.2 下位監(jiān)控部分

考慮到化學監(jiān)控系統(tǒng)受控規(guī)模較小，且大多數(shù)為模擬量輸入點,，故系統(tǒng)下位監(jiān)控部分(I/O模塊)選用目前在工業(yè)控制領域應用較普遍的西門子公司的S7-200系列產(chǎn)品,。該控制器具有很強的環(huán)境適應能力,，適合于現(xiàn)場控制,。通過選擇不同的I/O模塊l引接收和發(fā)送各種標準信號，并通過RS-485通訊接口方式與上位工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通訊,�,？刂破鳛閷ｉT設計的硬件產(chǎn)品，或直接將控制程序轉(zhuǎn)移到S7-200 系統(tǒng),，以使控制器有更好的硬件支持及更少的硬件故障率,，并實現(xiàn)更多功能。S7-200是基于PC的可獨立完成數(shù)據(jù)采集與控制的可編程控制器,，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運行,，還具備通用編程功能，允許運行用C或C++等高級語言編譯的應用程序,。系統(tǒng)選用的調(diào)節(jié)設備為進口變頻器,，通過調(diào)節(jié)加藥泵交流電機的轉(zhuǎn)速控制加藥量,。該控制系統(tǒng)選用上位機軟件WinCC+西門子PLC的組合方案。PLC系統(tǒng)通過PorfiBus總線與上位機WinCC相連接,。這種配置的擴展性強,，開放性好，便于實現(xiàn)整個化學監(jiān)控系統(tǒng),。圖3為爐水監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構,。

3.3 控制器選型

該控制系統(tǒng)CPU模塊自帶數(shù)字量的輸入/輸出，無需單獨的D/A轉(zhuǎn)換模塊,。以西門子的 CPU214作為控制器的核心(CPU模塊),，它具有豐富的指令系統(tǒng)，能夠進行各種復雜的邏輯運算和算術運算以及各種函數(shù)運算,，如信號標度變換,、信號濾波、PID運算等,。在CPU模塊內(nèi)部,，由微處理器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線,、控制總線以及輔助電路連接存儲器,、接口及I/O單元。借助編程器接收鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);讀取并解釋執(zhí)行用戶程序;按規(guī)定的時序接收輸入狀態(tài),，刷新輸出狀態(tài),，與外部設備交換信息;診斷PC的硬件狀態(tài)等。A/D轉(zhuǎn)換模塊選用 EM235,，該器件是高速12位模擬量模塊,，能在149 ms內(nèi)將模擬量轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量。輸入電壓信號或電流信號,。一般來說,，pH值表都有4~20mA信號輸出，因此采用4~20mA標準信號輸入,。

4 系統(tǒng)軟件設計

4.1 上位機控制軟件

上位機采用WinCC系統(tǒng),，WindowsNT32具有的搶先多重任務的特性，確保對過程事件的快速反應并提供多種防止數(shù)據(jù)丟失的保護,。WinCC是基于WindowsNT32位操作系統(tǒng),，在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業(yè)技術中性系統(tǒng)。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示,、消息,、歸檔以及報表的功能模塊。高性能的過程耦合,、快速的畫面更新,、以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實用性,。

除了這些系統(tǒng)功能外，WinCC還提供開放的界面,，用于用戶解決方案,。這使得WinCC集成復雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能,，可集成以ODBC和SQL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問,，以及通過OLE2.0和ActiveX控件的對象和文檔鏈接。

4.2 下位機控制軟件

STEP 7-Micro/WIN提供3種編輯器來創(chuàng)建程序：梯形圖(LAD),、語句表(STL),、和功能塊圖(FBD)。用任何一種程序編輯器編寫的程序,，都可用另外一種程序編輯器來瀏覽和閱讀,，但要遵循一些輸入規(guī)則。STEP 7-Micro/WIN項目窗口為創(chuàng)建控制程序提供了一個便利的工作空間,。工具欄為常用菜單命令的快捷方式提供按鈕;操作欄為訪問STEP 7-Micro/WIN不同的程序組件提供一組圖標,，指令樹顯示所有項目對象和創(chuàng)建控制程序所需指令;程序編輯器中包括程序邏輯和局部變量表，可以在局部變量表中為臨時的局部變量定義符號名,。程序編輯器的底部有子程序和中斷服務程序的標簽,。點擊這些標簽可以在主程序、子程序和中斷服務程序之間切換,。

4.3下位機控制軟件編程實例

4.3.1 采樣信號軟件濾波

在現(xiàn)場調(diào)試時發(fā)現(xiàn),，該系統(tǒng)存在較為嚴重的信號干擾問題，通過查找問題并采用硬件隔離等措施均不見成效,，由于工期較短,、時間較急，故采用軟件濾波的方法加以處理,，這也是工程中常見的處理方式,。

4.3.2 比例/積分/微分(PLD)回路控制指令應用

PID回路指令(包含比例、積分,、微分回路)用來進行PID運算,。S7-200的PID回路未設置控制方式，只要PID塊有效,，就可執(zhí)行PID運算。在這種意義上說,，PID運算存在一種“自動”運行方式,。當PID運算不被執(zhí)行時，稱之為“手動”方式,。同計數(shù)器指令相似,， PID指令有一個使能位,。當該使能位檢測到一個信號的正跳變(從0到1)，PID指令執(zhí)行一系列的動作,，使PID指令從手動方式無擾動地切換到自動方式,。為了達到無擾動切換，在轉(zhuǎn)變到自動控制前,，必須用手動方式把當前輸出值填入回路表中的Mn欄,。

5 結(jié)論

基于西門子S7-200可編程控制器的發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)應用計算機網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制管理,，提高設備運行效率和可靠性,。該系統(tǒng)已成功應用于某4x300 WM發(fā)電機組。實踐證明,，該系統(tǒng)不僅滿足生產(chǎn)需要,，提高化學監(jiān)控診斷及管理水平，而且為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益,。