施耐德PLC 在余热发电项目中的应用

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

干法熄焦是目前国外较广泛应用的一项节能技

术，简称CDQ。干熄焦技术是利用冷的惰性气体( N 2或燃

烧后的废气) ，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红

焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅

炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干

熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的蒸汽并入厂内蒸汽

管网或送去发电。

C D Q 发电一次能源来源于焦炭生产副产品冷却红

焦的热量，具有环境效益和相当显著的经济效益，在能

源问题日益成为企业发展瓶颈的今天，越来越多地受

到相关部门和企业的关注。

1 项目概况

张家港宏发炼钢有限公司焦化三期低压发电工

程包括2台16200kW的凝汽式汽轮发电机组（C9-R6-R型，

新日本造机制造）、配套生产的发电机（东洋电机制

造）、循环水系统、凝结水回收系统。

P L C 系统完成汽轮机热工、循环水系统、凝结水回

收系统的控制，实现远程中央操作监控、联锁保护、故

障报警、事故记录等功能。本项目硬件系统选用施耐德

公司的最新产品Unity Quantum系列。

2 工艺流程及控制内容

2.1 工艺流程

本项目低压发电系统属于余热利用系统，焦化厂

干熄焦系统产生的蒸汽进入焦化厂前期工程高压发

电系统的背压发电机组中。本项目利用高压发电背压

机组汽轮机排气作为蒸汽动力源( 以下简称汽源) ，汽

源流经低压汽轮机，在低压汽轮机做完功的蒸汽在冷

凝器中凝结汇流到热井，然后经3 台凝结水泵抽至凝结

水箱，最后经凝结水回收泵回收到干熄焦系统重新利

用。低压发电系统工艺如图1 所示。

2.2 控制内容

汽轮机系统：包括控制油泵、润滑油泵、事故油泵、

凝结水泵、汽轮机主汽门、进汽电动门、轴封加热器等

设备的控制和联锁保护。

循环水系统：包括循环水泵、冷却塔风机、循环水

补水电动门、旁路电动门等设备的控制和联锁保护。

图1 低压发电系统工艺总图

伺服及PLC 控制系统

自动化应用2010 3期3 1

凝结水回收系统：包括凝结水回用水泵及相关阀

门的控制和联锁保护。

3 工程实施

3.1 系统配置概况

控制系统配置概况如图2 所示。

沙钢焦化项目由3套Modicon Unity Quantun 设备构

成。电源模块采用适用于电流消耗较大场合的

140CPS11420可累加电源,控制器模块为140CPSU65150,完

成对2 套汽轮机设备及配套的公用循环水设备的监控。

控制组态软件采用法国施耐德电气公司的最新产品

Unity PRO XL2.2；人机界面软件采用美国Wonderware公

司的intouch9.5。

3.1.1 PLC 硬件产品构成和特点

施耐德Quantum产品包括背板总线（机架）、电源模

块、CPU模块、I/O模块、智能模块、远程、分布I/O模块和

通信模块。

Unity Quantum具有很多优点，下面简单介绍其特

点：

(1) 采用双处理器：Intel 586、PentuimII芯片，主频范

围66～266MHz，处理能力强大,可以满足大部分过程控

制的要求; Phoenix处理器，作为Ethernet协处理器。

(2) 多任务操作系统，支持主任务、快速任务、事件

任务、辅助任务。

(3) 向下兼容：通过下载固件升级；Concept程序可

转为Unity 程序。

(4) 集成多种通信端口，包括Modbus RS-232、

Modbus RS-485、Modbus Plus、10/100Mbps 以太网端口

Ethernet TCP/IP、12 Mbps USB 编程口。

(5) 采用Flash存储器，易于升级。

(6)可以提供包括CPU、电源、远程I/O、工业控制网

络( M o d b u s P l u s )的冗余热备解决方案, 大大提高了P L C

控制的安全性能。

(7) 可与多种人机界面软件匹配,提高了监控与管

理水平。

3.1.2 PLC 硬件组态

P L C系统硬件组态如图3 所示，由2 个机架组成，一

个是1 6 槽本地机架，另一个是分布式扩展机架，2 个机

架通过背板扩展模块140_XBE_100_00和背板扩展专用

电缆进行通信连接。在硬件配置及编程上，扩展机架的

模块可以视同本地机架模块处理。

图3PLC系统包含下列模块：

(1)2块可累加电源模块140CPS11420，其一在本地机

架一槽，另一在分布式扩展机架一槽。可输入110V/220V

2 种标准电压，通用性较好，输出电压5 V 。

(2)CPU模块，型号140CPU65150,包括2个Modbus通信

口RS-232和RS-485，一个以太网(Ethernet)口和一个USB便

捷编程口。

(3)AI模块，3块140ACI04000通用16通道模拟量模块，

支持每一通道单独配置，信号类型有4 ～20 mA 、0 ～

20mA、0～25mA 3种输入模式。

(4)AO模块，1块140ACO13000通用8通道模拟量模

块，支持每一通道单独配置，信号类型有4 ～20mA、0 ～

20mA、0～25mA 3种输出模式。

(5)热电阻模块，3块140ARI03010 8通道热电阻模块，

支持摄氏和华氏2 种表示模式，支持每一通道单独配置

热电阻类型和接线方式，支持的热电阻类型有P t 1 0 0 、

Pt200、Pt500、Pt1000、Ni100、Ni200、Ni500、Ni1000、Apt100、

Apt500、Apt1000等；支持的接线方式包括2线、3线和4线。

(6)热电偶模块，1块140ATI03000 8通道热电偶模块，

图2 沙钢焦化低压发电控制系统配置

图3 沙钢焦化低压发电P L C 硬件组态

3 2 www.au t o-ap p ly. c om 自动化应用

伺服及PLC 控制系统

支持摄氏和华氏2 种表示模式，支持每一通道单独配置

热电偶类型，支持的热电阻类型有J 、K 、E 、S 、R 、B 型等；

支持板级和通道级2 种冷端补偿方式。

(7)SOE模块，1块140ERT85410毫秒级32点事件顺序

记录(Sequence Of Event)模块。

(8)DI模块，4块140DDI35300 32通道通用数字量输入

模块。

(9)DO模块，3块140DDO35300 32通道通用数字量输

出模块。

3.1.3 PLC 软件编程

项目采用施耐德最新版Unity Pro XL软件平台，该

软件平台界面友好、使用方便，有如下主要特点：

( 1 ) 具有高性能图形编辑器和一个完整的系统应

用程序调试诊断功能集，支持5种IEC61131-1编程语言。

( 2 ) 使用在PC 上运行的P L C仿真器，应用程序在现

场安装之前可以被完整地测试。

(3)即时诊断。具有一个显示窗口，可以按时间顺序

清晰地显示所有系统及应用程序故障（在源处即加以

时间戳）。用于寻找故障原因的导航功能可以追溯到故

障源，寻找缺少的条件。

图4为一个典型Unity Pro XL MAST tasks 编程图，此

图功能是起停凝结水泵，并根据工艺要求控制凝汽器

热井水位。

3.1.4 HMI 画面软件

项目采用Wonderware 公司的Intouch，Intouch是用

于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图

形人机界面( H M I ) 软件。该产品有如下优点：

(1)良好的开放性。Intouch能与多种通信协议互连，

支持多种硬件设备。

( 2 )强大的画面显示功能。I n t o u c h 拥有庞大的图形

图4 汽轮机凝汽器水位控制L D 图

库，支持JEPG、BMP等多种格式的图形文件导入；提供强

大的控件，包含报警记录、实时和历史趋势等控件，同

时还可以添加多种A c t i v e X控件，使画面生动直观，可以

作出逼真的动画效果，最大程度模拟工业现场。

(3)强大的脚本功能。能根据用户需要编写应用程序

脚本、键脚本、数据改变脚本、A c t i v e X控件脚本，语言功

能强大，编写的脚本可以是事件触发也可使定时触发。

(4)强大的ODBC功能。I n t o u c h 利用ODBC接口可与

多种数据库连接，实现实时数据的写入和读取功能；能

自动生成报警数据库，各种事件和报警信息自动写入

报警数据库。

图5 是项目的一副典型画面。

3.2 实现基本功能

控制室设有3 台操作站和1 台工程师站机。操作员

通过C R T 画面进行参数设定、操作，监视生产流程、设

备状态、过程参数、趋势、报警故障。3 台H M I 操作员站

可以同时工作互为备用，操作站和工程师站与光纤工

业Ethernet网相连，1台操作站用于1＃汽轮机监控、1台

操作站用于2 ＃汽轮机监控、1 台操作站用于3 ＃配套辅

机循环水系统监控。操作员通过C R T 画面进行参数设

定、操作、生产过程流程图显示、设备状态显示、测量值

显示、趋势显示、故障监视和报警、报表打印。画面及文

字均采用中文显示。画面、报表等格式按照行业相关规

定和用户的要求进行编制。

3.3 与其它系统的联系

由于电力综保系统使用的信号有一部分需要本

系统提供，这里采用施耐德公司Modbus to Ethernet专

用网桥设备174CEV30020，以标准Modbus协议送出电力

系统综保装置所需的信号，主要包括发电机相关状态

信号和并网所需信息。__

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