S7-400H系统在分布式能源站的应用

S7-400H系统在分布式能源站的应用

王道锦1徐雄仕2

1工业和信息化部电子第五研究所赛宝计量广东广州510610：2广州中浩控制技术有限公司广东广州510070

摘要：本文通过基于西门子400H冗余系统在天然气分布式能源站中的应用，从PLC硬件和软件两方面，基于PLC的过程控制，使用软硬件冗余控制系统，系统运行过程中出现故障可及时切换CPU，介绍了由400PLC，变频器和Wincc组成的基于Profibus总线的分布式控制系统。

关键词：PLC；冗余；过程控制；WinCC

1.控制系统介绍

全国最大的地下分布式能源站采用燃气发电（一期2台4MW机组）和发电产生的高温烟气来制冷（一期2台4117KW机组）为一体的能源供应站。通过西门子400PLC来实现自动控制整个分布式能源站的发电、并网、制冷、烟气脱硝。S7-400PLC作为下位机来实现对所有信号的采集、运算、处理、控制。特点是：系统简单、模块化，易于分布式控制、运行可靠，性价比高。上位机采用Wincc来实现整个系统的监控和控制、报警、打印、报表等功能。整个分布式能源站自动化程度高，大大减少人力需求，实现每班2~3人的值班需求。

2.系统控制流程要求

整个分布式能源站实现就地、远方控制两种模式，在远方控制模式中，分为手动控制、自动控制两种功能。自动控制应实现一键启机（即在操作界面点击启动系统按钮后，整个控制系统顺序执行功能，启动能源站的辅助设备、燃机、发电并网、启动制冷机，对外制冷。控制流程如图1。在默认条件下，整个系统采用自动控制模式，除非相应设备有故障，将系统切换为手动控制模式。

图1控制流程

3.系统组成配置及架构

根据工艺要求，分布式能源站控制系统采用一套西门子的SIMATIC412-5H的冗余控制器下挂4台ET200M站结构，由一个主站，四个从站，两台PC站兼做服务器（互为冗余）和一台工程师站，WinCC作为组态监控软件，共同组成分布式能源站的控制系统。系统采用冗余的CPU、冗余电源、冗余的通讯卡、主站和从站通过冗余的Profibus总线电缆与接口通讯模块连接。其中1套ET200M用于1#机组，1套ET200M用于2#机组，两台ET200M用于公用系统。系统架构如图2。两台操作员站兼做服务器，互为备用。CPU采用的西门子冗余412-5H站，有效的从系统硬件和软件方面实现系统的冗余，

图2系统架构

4.控制功能实现

4.1燃机缸套水温度控制

缸套水温度影响着整个燃机的运行情况，控制过程是：当检测到燃机热水三通阀打开的时候，启动热水P4716/P4717泵，根据热水温度T386来实现PID调频，保证热水温度控制在75度。如果热水泵P4716/P4717在满频运行状态下，热水温度还在上升，当应急板块三通阀打开时，此时启动应急缸套水泵P4706，并根据应急板块热水温度47TT32来调频。在这整个控制过程之中，可以准确的保证了缸套水温度的平稳运行，最大效率的实现温度控制，节省能源。

4.2一键启停功能

在自动控制模式中，开车前将所有设备切换到远程模式，系统切换到一键启停功能。当所有设备状态正常，一键启动按钮有效时，按下启动按钮，系统会按照流程顺序启动设备，首先启动附属设备（进排风机、冷却水泵、冷却塔），在检测到附属设备运行起来后，系统开始启动燃机、发电机和脱硝装置，在燃机功率稳定后，自动控制并网。在并网成功后，系统会开始启动冷冻水泵，冷冻水泵运行起来后，发出启动制冷机组命令开始制冷。在制冷过程中，当冷冻水温度达到用户的要求8摄氏度时，关掉内循环、切换三通阀开始向外供冷。整个过程操作人员只需要点击启动命令，不需要任何的人为干涉。如果设备有故障，可以将系统切换成手动。手动控制运行。

一键停机功能：当用户给出一键停机命令后，控制器开始将冷冻水切换成内循环的三通阀，同时给出命令停止制冷机组和燃气机组。当收到制冷机组完全停止的信号后，开始停止冷冻泵、冷却泵、冷却塔、进排气风机。

4.3冷冻泵的控制

整个制冷站使用的4台冷冻变频泵（1#、2#、3#、4#），互为备用，当系统刚开始启动时，此时系统处于内循环状态（内循环将冷冻水温度降至供冷温度8℃时，才切换为外循环对外供冷，整个内循环时间约为1个小时），此时需要一台冷冻泵运行。当处于外循环过程中时，冷冻泵会根据供冷量的大小来加泵或减泵以及变频控制。如果某一台泵有故障，会自动切换备用泵。整个4台泵会循环使用，不会出现某一台泵会一直处于备用状态，保证设备均衡使用（如果这次启动的是1#泵，下次系统启动时会自动启动2#泵；如果这次启动的是1#泵、2#泵，下次系统会从3#泵开始启动，如果3#泵在运行至满频后，不能满足供冷要求，则会增加4#泵运行来满足系统条件，如果4#泵还不够，此时系统会启动1#泵来满足系统要求，依次循环，永远保证4台冷冻泵循环运行，不会出现备用泵永远处于备用状态）。

5.监视和操作界面

上位采用WinCCRC亚洲版，配置CP1623工业以太网卡，可以实现对控制器的冗余通讯，后台数据库由SQL2008提供支持，WinCC通过命名连接与控制器建立通讯所有的变量通过这个连接实现采集和刷新，引用这些变量，可以对整个工艺实现监视与控制。

1.1#燃气机组包含1#燃机的启动、停止、状态信息、告警、联锁及辅助系统。

2.2#燃气机组包含2#燃机的启动、停止、状态信息、告警、联锁及辅助系统。

3.1#溴化锂机组包含1#溴化锂机的启动、停止、状态信息、告警及辅助系统。

4.2#溴化锂机组包含2#溴化锂机的启动、停止、状态信息、告警及辅助系统。

5.电制冷机组包含电制冷机的启动、停止、状态信息、告警及辅助系统。

6.公用系统包含分布式能源站的公用设施的启动、停止、状态信息。

7.冷冻冷却水系统冷冻泵、冷却泵的监视，操作系统信息。

8.一键启停系统包含一键启动及停止整个系统的信息、操作步骤、联锁信息、状态信息。

9.趋势界面可查询整个分布式能源站的一年的历史实时趋势，帮助分析查询原因、及打印功能。

6结束语

应用西门子400H分布式能源站控制系统，有效的达到了工艺条件及控制要求，实现冗余并兼顾系统高效稳定的运行，先进的400HPLC搭配ET200M的高低搭配，既使系统具有了400系列CPU的高性能，又兼顾了整体设备的成本。自2016年12月成功投入运行后，运行稳定可靠，为用户的维护运营节省了人力、物力。为企业带来了持续性的经济效益。

参考文献：

[1]吴志敏阳胜峰西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程中国电力出版社2009

[2]王实、刘晓明升入浅出西门子WinCCV6北京航空航天大学出版社2004