STEC控制器在垃圾焚燒發(fā)電廠中的應(yīng)用
1、垃圾焚燒發(fā)電機組的特點
近年來，人們對發(fā)電機組的環(huán)保要求越來越高，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，我國目前正在逐步加大垃圾焚燒發(fā)電機組的資金投入。
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對能源的消耗不斷增加，由此到來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。對能源需求的增加與對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，燃燒過程可以實現(xiàn)垃圾無害化，而且使垃圾容量大幅縮減，清潔環(huán)保；垃圾焚燒機組還有建設(shè)周期短，節(jié)約能源且環(huán)保等優(yōu)點。故該項技術(shù)目前越來越受到重視，并得到迅速推廣和不斷發(fā)展。
2、垃圾焚燒發(fā)電機組的控制系統(tǒng)要求
垃圾焚燒發(fā)電機組的主要組成部分有：焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機等設(shè)備。
同常規(guī)的火電機組相比，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)荷的變動較小，壓力的變化較大。因而，對于垃圾焚燒發(fā)電，傳統(tǒng)的火電燃燒系統(tǒng)的機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)電的獨特之處決定了其對控制系統(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）對分系統(tǒng)強烈的獨立性的要求：
對于垃圾焚燒，以垃圾焚燒為主，發(fā)電為輔，在整個控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，獨立性的要求明顯高于常規(guī)的火電機組。采用分布式的控制系統(tǒng)，不但可以減少整個控制系統(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)實可操作性和管理的靈活性。從國內(nèi)已經(jīng)正式投運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，對信息的傳輸與交換比常規(guī)的火電機組更大。采用先進(jìn)的高速控制網(wǎng)絡(luò)，對整個控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的交互運作，都可提供強有力的傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持。
3）對運行成本的迫切的要求：
在垃圾焚燒發(fā)電中，對低運行成本的要求集中在兩個方面：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化控制系統(tǒng)具備良好的可擴充性、開放性（可最大限度的利用現(xiàn)有的成熟的信息資源）和長期工業(yè)惡劣場所運行的穩(wěn)定性和可靠性。
3、自動控制系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電機組的應(yīng)用
毫無疑問，已在國內(nèi)外許多大型發(fā)電機組上成功應(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)周期長等等，均不適合于中小型規(guī)模機組的控制應(yīng)用。
目前，網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，PAC在原有概念上的PLC和工控機的控制系統(tǒng)吸納新技術(shù)，形成一種分散度更高的PAC現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它將在中、小規(guī)模的應(yīng)用中大大超過了傳統(tǒng)的DCS。它的主要特點有：
1）引入WEB技術(shù)，將控制向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展，實現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)瀏覽、過程監(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)對接地系統(tǒng)及環(huán)境的要求，降低工程造價。
正是由于這種新型的過程控制系統(tǒng)的上述特點，使其比較適合于垃圾焚燒發(fā)電機組的控制應(yīng)用。
4、工程應(yīng)用情況介紹
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6兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機組，母管制。全廠設(shè)置一套現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），以全廠集中操作與各工段分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運行模式實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠整體生產(chǎn)過程的狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)操作、過程控制、事件報警、運行聯(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)過程，如焚燒線燃燒控制、煙氣處理系統(tǒng)、汽機數(shù)字電調(diào)和垃圾吊控制等系統(tǒng)將通過數(shù)據(jù)通訊方式分別接入現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），建立全廠生產(chǎn)運行管理。
根據(jù)系統(tǒng)性能價格比盡可能高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定和系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)方便的要求，同時針對本機組的特點和控制要求，經(jīng)過廣泛調(diào)研和論證，最終確定采用北京碩人時代科技有限公司的STEC系列的PAC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臺操作員站（其中一臺兼工程師站），全部才用STEC系列的控制器：因為PAC控制器具有了傳統(tǒng)的工控機加上傳統(tǒng)的PLC的功能,所以控制器主要控制余熱鍋爐及垃圾焚燒線輔助部分以及控制汽輪機及其輔助設(shè)備。本系統(tǒng)采用了STEC2000系列主板及I/O模件，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)控制器與控制器相連。系統(tǒng)配置的總I/O點數(shù)達(dá)1800點左右。系統(tǒng)配置了5臺打印機，其中報表打印機3臺、圖形打印機1臺、工程師站配打印機1臺。
控制器主機均通過以太網(wǎng)口和現(xiàn)場的冗余以太環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)場總線相連,各種I/O擴展模塊直接插入STEC2000的主機。該系統(tǒng)按工藝流程分成共配置26個STEC2000的控制器主機，控制器主機間的通訊是通過現(xiàn)場以太網(wǎng)總線完成的，傳輸介質(zhì)為光纖，控制器主機數(shù)據(jù)傳輸速率10Mbit/s。
1）操作員站按服務(wù)器――客戶機方式配置，一對冗余服務(wù)器通過冗余的工業(yè)以太網(wǎng)（速率100MHz）與三臺客戶機相連。
2）CPU由高效控制器STEC2000控制器主機組成，CPU之間、CPU與冗余服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊是通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)來實現(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）控制器主機均通過冗余的現(xiàn)場以太網(wǎng)總線，控制主機的各個擴展插槽帶一定數(shù)量的I/O擴展模件。
機組投產(chǎn)后，運行人員在主控室，就可以完成全廠各部分的控制，包括焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機等等。并且可以通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)，從任何地方對全廠的運行狀況進(jìn)行監(jiān)控。該機組的自動化水平在全國的垃圾焚燒發(fā)電機組中處于領(lǐng)先地位。
該系統(tǒng)經(jīng)過緊張的組態(tài)設(shè)計、調(diào)試階段后投入使用，目前已穩(wěn)定運行了一年。
5、結(jié)束語
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，STEC2000控制系統(tǒng)在垃圾焚燒機組控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的了解和研究的深入，智能化現(xiàn)場儀表和設(shè)備將應(yīng)用到電廠，構(gòu)成完整的FCS，會進(jìn)一步提高垃圾焚燒發(fā)電機組的自動化和管理水平。
近年來，人們對發(fā)電機組的環(huán)保要求越來越高，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，我國目前正在逐步加大垃圾焚燒發(fā)電機組的資金投入。
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對能源的消耗不斷增加，由此到來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。對能源需求的增加與對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，燃燒過程可以實現(xiàn)垃圾無害化，而且使垃圾容量大幅縮減，清潔環(huán)保；垃圾焚燒機組還有建設(shè)周期短，節(jié)約能源且環(huán)保等優(yōu)點。故該項技術(shù)目前越來越受到重視，并得到迅速推廣和不斷發(fā)展。
2、垃圾焚燒發(fā)電機組的控制系統(tǒng)要求
垃圾焚燒發(fā)電機組的主要組成部分有：焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機等設(shè)備。
同常規(guī)的火電機組相比，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)荷的變動較小，壓力的變化較大。因而，對于垃圾焚燒發(fā)電，傳統(tǒng)的火電燃燒系統(tǒng)的機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)電的獨特之處決定了其對控制系統(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）對分系統(tǒng)強烈的獨立性的要求：
對于垃圾焚燒，以垃圾焚燒為主，發(fā)電為輔，在整個控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，獨立性的要求明顯高于常規(guī)的火電機組。采用分布式的控制系統(tǒng)，不但可以減少整個控制系統(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)實可操作性和管理的靈活性。從國內(nèi)已經(jīng)正式投運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，對信息的傳輸與交換比常規(guī)的火電機組更大。采用先進(jìn)的高速控制網(wǎng)絡(luò)，對整個控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理系統(tǒng)的交互運作，都可提供強有力的傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持。
3）對運行成本的迫切的要求：
在垃圾焚燒發(fā)電中，對低運行成本的要求集中在兩個方面：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化控制系統(tǒng)具備良好的可擴充性、開放性（可最大限度的利用現(xiàn)有的成熟的信息資源）和長期工業(yè)惡劣場所運行的穩(wěn)定性和可靠性。
3、自動控制系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電機組的應(yīng)用
毫無疑問，已在國內(nèi)外許多大型發(fā)電機組上成功應(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)周期長等等，均不適合于中小型規(guī)模機組的控制應(yīng)用。
目前，網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，PAC在原有概念上的PLC和工控機的控制系統(tǒng)吸納新技術(shù)，形成一種分散度更高的PAC現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它將在中、小規(guī)模的應(yīng)用中大大超過了傳統(tǒng)的DCS。它的主要特點有：
1）引入WEB技術(shù)，將控制向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展，實現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)瀏覽、過程監(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)對接地系統(tǒng)及環(huán)境的要求，降低工程造價。
正是由于這種新型的過程控制系統(tǒng)的上述特點，使其比較適合于垃圾焚燒發(fā)電機組的控制應(yīng)用。
4、工程應(yīng)用情況介紹
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6兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機組，母管制。全廠設(shè)置一套現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），以全廠集中操作與各工段分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運行模式實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠整體生產(chǎn)過程的狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)操作、過程控制、事件報警、運行聯(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)過程，如焚燒線燃燒控制、煙氣處理系統(tǒng)、汽機數(shù)字電調(diào)和垃圾吊控制等系統(tǒng)將通過數(shù)據(jù)通訊方式分別接入現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），建立全廠生產(chǎn)運行管理。
根據(jù)系統(tǒng)性能價格比盡可能高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定和系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)方便的要求，同時針對本機組的特點和控制要求，經(jīng)過廣泛調(diào)研和論證，最終確定采用北京碩人時代科技有限公司的STEC系列的PAC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臺操作員站（其中一臺兼工程師站），全部才用STEC系列的控制器：因為PAC控制器具有了傳統(tǒng)的工控機加上傳統(tǒng)的PLC的功能,所以控制器主要控制余熱鍋爐及垃圾焚燒線輔助部分以及控制汽輪機及其輔助設(shè)備。本系統(tǒng)采用了STEC2000系列主板及I/O模件，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)控制器與控制器相連。系統(tǒng)配置的總I/O點數(shù)達(dá)1800點左右。系統(tǒng)配置了5臺打印機，其中報表打印機3臺、圖形打印機1臺、工程師站配打印機1臺。
控制器主機均通過以太網(wǎng)口和現(xiàn)場的冗余以太環(huán)網(wǎng)的現(xiàn)場總線相連,各種I/O擴展模塊直接插入STEC2000的主機。該系統(tǒng)按工藝流程分成共配置26個STEC2000的控制器主機，控制器主機間的通訊是通過現(xiàn)場以太網(wǎng)總線完成的，傳輸介質(zhì)為光纖，控制器主機數(shù)據(jù)傳輸速率10Mbit/s。
1）操作員站按服務(wù)器――客戶機方式配置，一對冗余服務(wù)器通過冗余的工業(yè)以太網(wǎng)（速率100MHz）與三臺客戶機相連。
2）CPU由高效控制器STEC2000控制器主機組成，CPU之間、CPU與冗余服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊是通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)來實現(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）控制器主機均通過冗余的現(xiàn)場以太網(wǎng)總線，控制主機的各個擴展插槽帶一定數(shù)量的I/O擴展模件。
機組投產(chǎn)后，運行人員在主控室，就可以完成全廠各部分的控制，包括焚燒鍋爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機等等。并且可以通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)，從任何地方對全廠的運行狀況進(jìn)行監(jiān)控。該機組的自動化水平在全國的垃圾焚燒發(fā)電機組中處于領(lǐng)先地位。
該系統(tǒng)經(jīng)過緊張的組態(tài)設(shè)計、調(diào)試階段后投入使用，目前已穩(wěn)定運行了一年。
5、結(jié)束語
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，STEC2000控制系統(tǒng)在垃圾焚燒機組控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的了解和研究的深入，智能化現(xiàn)場儀表和設(shè)備將應(yīng)用到電廠，構(gòu)成完整的FCS，會進(jìn)一步提高垃圾焚燒發(fā)電機組的自動化和管理水平。
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