施耐德PLC 在余熱發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用
Application of Schneider PLC in CDQ Power Plant
LI Wu-gang
（Shanghai Baosight Software Co.,Ltd.，Baoshan 201900，China）
Abstract:The Unity Quantum system made by Schneider Company in France had been adopted in programme-controlled projects for 2×
16200KW CDQ power generation units.The situation of design and engineering application for the system has been also presented.
140CPU67160 140CPU65160 140CPU65260 140CPU65150 140CPU31110 140CPU43412U 140CPS11420 140CPS21400 140CPS12420 140ACI03000 140ACI04000 140ACO02000 140ACO13000 140NOE77101 140CRA93100 140CRA93200 140CRP93100 140CRP93200 140DAI34000 140DAI35300 140DAI74000 140DAO84000 140DDI35300 140DDO35300 140DDI84100 140DDO84300 MA0185100 MA0186100 140DDI85300 140NRP95400 140CRP31200 140CRA31200 140ERT85420
0 引 言
干法熄焦是目前國外較廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)節(jié)能技
術(shù)，簡稱CDQ。干熄焦技術(shù)是利用冷的惰性氣體( N 2或燃
燒后的廢氣) ，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅
焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋
爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干
熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產(chǎn)生的蒸汽并入廠內(nèi)蒸汽
管網(wǎng)或送去發(fā)電。
C D Q 發(fā)電一次能源來源于焦炭生產(chǎn)副產(chǎn)品冷卻紅
焦的熱量，具有環(huán)境效益和相當(dāng)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，在能
源問題日益成為企業(yè)發(fā)展瓶頸的今天，越來越多地受
到相關(guān)部門和企業(yè)的關(guān)注。
1 項(xiàng)目概況
張家港宏發(fā)煉鋼有限公司焦化三期低壓發(fā)電工
程包括2臺16200kW的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組（C9-R6-R型，
新日本造機(jī)制造）、配套生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)（東洋電機(jī)制
造）、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)。
P L C 系統(tǒng)完成汽輪機(jī)熱工、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水回
收系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中央操作監(jiān)控、聯(lián)鎖保護(hù)、故
障報警、事故記錄等功能。本項(xiàng)目硬件系統(tǒng)選用施耐德
公司的最新產(chǎn)品Unity Quantum系列。
2 工藝流程及控制內(nèi)容
2.1 工藝流程
本項(xiàng)目低壓發(fā)電系統(tǒng)屬于余熱利用系統(tǒng)，焦化廠
干熄焦系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入焦化廠前期工程高壓發(fā)
電系統(tǒng)的背壓發(fā)電機(jī)組中。本項(xiàng)目利用高壓發(fā)電背壓
機(jī)組汽輪機(jī)排氣作為蒸汽動力源( 以下簡稱汽源) ，汽
源流經(jīng)低壓汽輪機(jī)，在低壓汽輪機(jī)做完功的蒸汽在冷
凝器中凝結(jié)匯流到熱井，然后經(jīng)3 臺凝結(jié)水泵抽至凝結(jié)
水箱，最后經(jīng)凝結(jié)水回收泵回收到干熄焦系統(tǒng)重新利
用。低壓發(fā)電系統(tǒng)工藝如圖1 所示。
2.2 控制內(nèi)容
汽輪機(jī)系統(tǒng)：包括控制油泵、潤滑油泵、事故油泵、
凝結(jié)水泵、汽輪機(jī)主汽門、進(jìn)汽電動門、軸封加熱器等
設(shè)備的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
循環(huán)水系統(tǒng)：包括循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、循環(huán)水
補(bǔ)水電動門、旁路電動門等設(shè)備的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
圖1 低壓發(fā)電系統(tǒng)工藝總圖
伺服及PLC 控制系統(tǒng)
自動化應(yīng)用2010 3期3 1
凝結(jié)水回收系統(tǒng)：包括凝結(jié)水回用水泵及相關(guān)閥
門的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
3 工程實(shí)施
3.1 系統(tǒng)配置概況
控制系統(tǒng)配置概況如圖2 所示。
沙鋼焦化項(xiàng)目由3套Modicon Unity Quantun 設(shè)備構(gòu)
成。電源模塊采用適用于電流消耗較大場合的
140CPS11420可累加電源,控制器模塊為140CPSU65150,完
成對2 套汽輪機(jī)設(shè)備及配套的公用循環(huán)水設(shè)備的監(jiān)控。
控制組態(tài)軟件采用法國施耐德電氣公司的最新產(chǎn)品
Unity PRO XL2.2；人機(jī)界面軟件采用美國Wonderware公
司的intouch9.5。
3.1.1 PLC 硬件產(chǎn)品構(gòu)成和特點(diǎn)
施耐德Quantum產(chǎn)品包括背板總線（機(jī)架）、電源模
塊、CPU模塊、I/O模塊、智能模塊、遠(yuǎn)程、分布I/O模塊和
通信模塊。
Unity Quantum具有很多優(yōu)點(diǎn)，下面簡單介紹其特
點(diǎn)：
(1) 采用雙處理器：Inb 586、PentuimII芯片，主頻范
圍66～266MHz，處理能力強(qiáng)大,可以滿足大部分過程控
制的要求; Phoenix處理器，作為Ethernet協(xié)處理器。
(2) 多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持主任務(wù)、快速任務(wù)、事件
任務(wù)、輔助任務(wù)。
(3) 向下兼容：通過下載固件升級；Concept程序可
轉(zhuǎn)為Unity 程序。
(4) 集成多種通信端口，包括Modbus RS-232、
Modbus RS-485、Modbus Plus、10/100Mbps 以太網(wǎng)端口
Ethernet TCP/IP、12 Mbps USB 編程口。
(5) 采用Flash存儲器，易于升級。
(6)可以提供包括CPU、電源、遠(yuǎn)程I/O、工業(yè)控制網(wǎng)
絡(luò)( M o d b u s P l u s )的冗余熱備解決方案, 大大提高了P L C
控制的安全性能。
(7) 可與多種人機(jī)界面軟件匹配,提高了監(jiān)控與管
理水平。
3.1.2 PLC 硬件組態(tài)
P L C系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3 所示，由2 個機(jī)架組成，一
個是1 6 槽本地機(jī)架，另一個是分布式擴(kuò)展機(jī)架，2 個機(jī)
架通過背板擴(kuò)展模塊140_XBE_100_00和背板擴(kuò)展專用
電纜進(jìn)行通信連接。在硬件配置及編程上，擴(kuò)展機(jī)架的
模塊可以視同本地機(jī)架模塊處理。
圖3PLC系統(tǒng)包含下列模塊：
(1)2塊可累加電源模塊140CPS11420，其一在本地機(jī)
架一槽，另一在分布式擴(kuò)展機(jī)架一槽。可輸入110V/220V
2 種標(biāo)準(zhǔn)電壓，通用性較好，輸出電壓5 V 。
(2)CPU模塊，型號140CPU65150,包括2個Modbus通信
口RS-232和RS-485，一個以太網(wǎng)(Ethernet)口和一個USB便
捷編程口。
(3)AI模塊，3塊140ACI04000通用16通道模擬量模塊，
支持每一通道單獨(dú)配置，信號類型有4 ～20 mA 、0 ～
20mA、0～25mA 3種輸入模式。
(4)AO模塊，1塊140ACO13000通用8通道模擬量模
塊，支持每一通道單獨(dú)配置，信號類型有4 ～20mA、0 ～
20mA、0～25mA 3種輸出模式。
(5)熱電阻模塊，3塊140ARI03010 8通道熱電阻模塊，
支持?jǐn)z氏和華氏2 種表示模式，支持每一通道單獨(dú)配置
熱電阻類型和接線方式，支持的熱電阻類型有P t 1 0 0 、
Pt200、Pt500、Pt1000、Ni100、Ni200、Ni500、Ni1000、Apt100、
Apt500、Apt1000等；支持的接線方式包括2線、3線和4線。
(6)熱電偶模塊，1塊140ATI03000 8通道熱電偶模塊，
圖2 沙鋼焦化低壓發(fā)電控制系統(tǒng)配置
圖3 沙鋼焦化低壓發(fā)電P L C 硬件組態(tài)
3 2 www.au t o-ap p ly. c om 自動化應(yīng)用
伺服及PLC 控制系統(tǒng)
支持?jǐn)z氏和華氏2 種表示模式，支持每一通道單獨(dú)配置
熱電偶類型，支持的熱電阻類型有J 、K 、E 、S 、R 、B 型等；
支持板級和通道級2 種冷端補(bǔ)償方式。
(7)SOE模塊，1塊140ERT85410毫秒級32點(diǎn)事件順序
記錄(Sequence Of Event)模塊。
(8)DI模塊，4塊140DDI35300 32通道通用數(shù)字量輸入
模塊。
(9)DO模塊，3塊140DDO35300 32通道通用數(shù)字量輸
出模塊。
3.1.3 PLC 軟件編程
項(xiàng)目采用施耐德最新版Unity Pro XL軟件平臺，該
軟件平臺界面友好、使用方便，有如下主要特點(diǎn)：
( 1 ) 具有高性能圖形編輯器和一個完整的系統(tǒng)應(yīng)
用程序調(diào)試診斷功能集，支持5種IEC61131-1編程語言。
( 2 ) 使用在PC 上運(yùn)行的P L C仿真器，應(yīng)用程序在現(xiàn)
場安裝之前可以被完整地測試。
(3)即時診斷。具有一個顯示窗口，可以按時間順序
清晰地顯示所有系統(tǒng)及應(yīng)用程序故障（在源處即加以
時間戳）。用于尋找故障原因的導(dǎo)航功能可以追溯到故
障源，尋找缺少的條件。
圖4為一個典型Unity Pro XL MAST tasks 編程圖，此
圖功能是起停凝結(jié)水泵，并根據(jù)工藝要求控制凝汽器
熱井水位。
3.1.4 HMI 畫面軟件
項(xiàng)目采用Wonderware 公司的Intouch，Intouch是用
于工業(yè)自動化、過程控制和管理監(jiān)視的一個強(qiáng)大的圖
形人機(jī)界面( H M I ) 軟件。該產(chǎn)品有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)良好的開放性。Intouch能與多種通信協(xié)議互連，
支持多種硬件設(shè)備。
( 2 )強(qiáng)大的畫面顯示功能。I n t o u c h 擁有龐大的圖形
圖4 汽輪機(jī)凝汽器水位控制L D 圖
庫，支持JEPG、BMP等多種格式的圖形文件導(dǎo)入；提供強(qiáng)
大的控件，包含報警記錄、實(shí)時和歷史趨勢等控件，同
時還可以添加多種A c t i v e X控件，使畫面生動直觀，可以
作出逼真的動畫效果，最大程度模擬工業(yè)現(xiàn)場。
(3)強(qiáng)大的腳本功能。能根據(jù)用戶需要編寫應(yīng)用程序
腳本、鍵腳本、數(shù)據(jù)改變腳本、A c t i v e X控件腳本，語言功
能強(qiáng)大，編寫的腳本可以是事件觸發(fā)也可使定時觸發(fā)。
(4)強(qiáng)大的ODBC功能。I n t o u c h 利用ODBC接口可與
多種數(shù)據(jù)庫連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的寫入和讀取功能；能
自動生成報警數(shù)據(jù)庫，各種事件和報警信息自動寫入
報警數(shù)據(jù)庫。
圖5 是項(xiàng)目的一副典型畫面。
3.2 實(shí)現(xiàn)基本功能
控制室設(shè)有3 臺操作站和1 臺工程師站機(jī)。操作員
通過C R T 畫面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、操作，監(jiān)視生產(chǎn)流程、設(shè)
備狀態(tài)、過程參數(shù)、趨勢、報警故障。3 臺H M I 操作員站
可以同時工作互為備用，操作站和工程師站與光纖工
業(yè)Ethernet網(wǎng)相連，1臺操作站用于1＃汽輪機(jī)監(jiān)控、1臺
操作站用于2 ＃汽輪機(jī)監(jiān)控、1 臺操作站用于3 ＃配套輔
機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)控。操作員通過C R T 畫面進(jìn)行參數(shù)設(shè)
定、操作、生產(chǎn)過程流程圖顯示、設(shè)備狀態(tài)顯示、測量值
顯示、趨勢顯示、故障監(jiān)視和報警、報表打印。畫面及文
字均采用中文顯示。畫面、報表等格式按照行業(yè)相關(guān)規(guī)
定和用戶的要求進(jìn)行編制。
3.3 與其它系統(tǒng)的聯(lián)系
由于電力綜保系統(tǒng)使用的信號有一部分需要本
系統(tǒng)提供，這里采用施耐德公司Modbus to Ethernet專
用網(wǎng)橋設(shè)備174CEV30020，以標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議送出電力
系統(tǒng)綜保裝置所需的信號，主要包括發(fā)電機(jī)相關(guān)狀態(tài)
信號和并網(wǎng)所需信息。__
140CPU67160 140CPU65160 140CPU65260 140CPU65150 140CPU31110 140CPU43412U 140CPS11420 140CPS21400 140CPS12420 140ACI03000 140ACI04000 140ACO02000 140ACO13000 140NOE77101 140CRA93100 140CRA93200 140CRP93100 140CRP93200 140DAI34000 140DAI35300 140DAI74000 140DAO84000 140DDI35300 140DDO35300 140DDI84100 140DDO84300 MA0185100 MA0186100 140DDI85300 140NRP95400 140CRP31200 140CRA31200 140ERT85420
