摘要：系统地具体地介绍了等离子焚烧控制系统网络，控制系统硬件设置装备摆设，等离子发生器自动控制逻辑和等离子焚烧控制逻辑，等离子发生器电源及电源的同享与切换，控制系统与DCS系统的接口。
要害词：等离子发生器；现场总线Profibus；PLC；CPU；DCS；Modbus；OPC

1系统概述
*台龙源电力技术有限公司成功开发研制出DLZ-200型工性等离子发生器，可直接点燃煤粉，用于电厂汽锅的焚烧启动和稳燃。2000年10月该装配经由过程国家电力公司组织的家组的鉴定，结论具有水平，建议在全国电厂年夜规模推行。迄今为止，全国范围内，在新建的机组上和旧机组的改造上已安装和调试完成的等离子焚烧系统有100多套。等离子焚烧系统由等离子发生器，直流电源系统，等离子焚烧燃烧器，制粉系统，一次风风速在线监测系统，压缩空气系统，冷却水泵系统，图像火检系统等组成。这些系统主要由可编程控制器完成自动控制进程，并经由过程现场总线方式实现在中心控制室进行这些系统的监测控制治理。

2等离子焚烧系统介绍及控制使命
等离子发生器是等离子焚烧系统的焦点部门，用来发生高温等离子电弧，其基来源根基理是在一定的磁场强度下，经由过程给特定结构的电极加特定的直流电源，经由过程电极的前后运动使电极之间的压缩空气在年夜电流、强磁场的作用下电离，形成高温等离子弧，冷却水用来冷却电极。将高温等离子弧置于煤粉管道中，煤粉以一定的风速一定的浓度经过电弧时，煤粉颗粒受高温迅速破裂，析出挥发份，再造挥发份，从而使煤粉迅速燃烧。特定直流电源的提供及自动调理控制，直流电源与电极动作的慎密配合能够使发生器自动焚烧成功，是自动控制的要害。凭据汽锅容的分歧，单台炉应配备2-4个等离子无油焚烧装配不等，还需要经由过程现场总线实现装备的散布式集中控制，而且应留有与电厂其他控制系统的接口(如电厂的集散控制系统DCS)。
凭据等离子焚烧系统的独有特点，经由过程考查和比力国内外知名公司的工控产物的性能和价格，选用了西门子公司的可编程控制器及年夜功率直撒播动装配来给等离子发生器提供电源并完成等离子焚烧的自动控制进程；并经由过程Profibus现场总线实现装备的散布式集中控制。
3系统结构及硬件设置装备摆设
控制系统硬件设置装备摆设以下：（插图1）

3.1等离子发生器电源
选用西门子公司的SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装配，配以年夜功率晶闸管三相全控桥式整流装配来获得年夜功率稳定的可调理的直流电源。具有以下特点：
功率50~150KW接连可调；能经由过程自顺应自动丈出输出回路的电阻和电感值，并自动调理电流调理器的增益和积分时间，以到达控制参数的化；具有完善的通讯功能，支持USS串口通讯和Profibus现场总线通讯方式；具有简略单纯便捷的参数设定及监控；具有完善的过压，欠压，过流等庇护功能；经由过程其他功能模板可实现很多附加功能。
3.2等离子发生器启弧逻辑控制PLC选用S7-200CPU224可编程控制器来对直流电源和电极动作进行控制，实现等离子焚烧器的自动焚烧。具体方案以下：
使用USS串口通讯协议，S7-200
PLC采用自由口通讯方式编程，经由过程CPU224上的RS485通讯口PORT0与整流装配6RA70的RS485通讯口X172，完成PLC与整流装配之间的数据交换，从而完成PLC对整流装配的操作控制和各类状态信息的读出和条件判定等，实现直流电源的控制；电极控制旌旗灯号及启弧必需的压缩空气压力、冷却水压力等旌旗灯号直接接进CPU224固有的开关输进输出端子，完成PLC对启弧条件旌旗灯号的收集；经由过程CPU224内部的逻辑运算，实现等离子发生器启弧的自动控制；经由过程S7-200PLC扩大Profibus网络通讯模块EM277DP，可以与主控站S7-300组成Profibus现场工总线网络，完成各个角的PLC与主控站的数据交换，实现整个控制系统的散布式集中控制，凭据通讯数据的年夜小，EM277模块设置装备摆设为16字进/16字出模式。
3.3等离子焚烧控制主控站PLC选用S7-300CPU315-2DP可编程控制器来完成整个控制系统网络的组建，实现电厂汽锅等离子焚烧的逻辑控制。具体方案以下：
采用Profibus-DP现场工总线通讯协议，选用Siemens公司的S7-300CPU315-2DP作为系统的主控站，经由过程CPU上的DP通讯口与S7-200EM277通讯模块毗连，完成控制系统的Profibus现场工总线通讯网络的组建，S7-300PLC的CPU作为网络的主站MsaterStation，S7-200PLC的CPU作为网络的从站，从而实现主控站对各个角等离子发生器的控制；采用MPI多点对等通讯协议，经由过程CPU上的MPI通讯口与支持MPI通讯协议的触摸屏上的RS485通讯口毗连，完成控制系统上位机触摸屏与下位机S7-300PLC的通讯，选用SIEMENS公司的TP27或Proface公司的GP2500系列触摸屏，可直接经由过程串口与S7-300通讯，经由过程适配器实现S7-300MPI口RS485/RS232方式的转换，可与其它公司的触摸屏（如Eview）通讯；哄骗CPU315-2DP处置模拟功能较强、精度较高的特点，经由过程扩大模拟AI/AO模块，完成等离子焚烧燃烧器壁温测点的监控、一次风在线监测系统的监控、一次风门二次风门的调理控制；经由过程S7-300CPU315-2DP的数字I/O模块，实现对辅助系统冷却风机、冷却水泵、载体空压机等的集中控制。
等离子焚烧控制系统硬件设置装备摆设图(插图1)
4控制法式结构与流程
按等离子发生器工作的特点和要求编制的控制法式保证了发生器启弧进程可顺遂地进行，并对发生器启弧进程各装配提供了有用的监控和庇护。凭据系统要求启动等离子发生器要分远控/本控两种方式。在本控操作时，经由过程电源柜可以对直流电流和阴极位置进行需要的调整，以顺应分歧煤种和工况条件下的焚烧参数需求。自动控制等离子发生器启弧流程如插图2所示。
等离子发生器启弧流程图(插图2)
等离子焚烧是整个汽锅焚烧启动的一个重要的阶段，是以等离子焚烧的控制逻辑要连系整个汽锅的焚烧启动控制，非凡是汽锅燃料的控制和汽锅炉膛平安监控系统(FSSS)的控制。以中储式给粉系统为例，等离子焚烧启动汽锅的控制流程如插图3所示。
等离子焚烧启动控制流程图(插图3)
主控站S7-300CPU使命较多，经由过程合理设计法式结构能年夜年夜削减法式的扫描时间，提高CPU的工作效率。主轮回法式OB1结构简单清晰，由于四个角的等离子发生器的逻辑控制完全一样，可用轮回法式来挪用统一个子法式（FC功能块）的法子来完成重复的四个角的等离子发生器启弧的逻辑控制，其他辅助系统的控制划分由四个功能块来完成，在OB1内挪用这些功能块。主控站S7-300CPU与从站S7-200CPU交换数据需要挪用系统功能块SFC14、SFC15，主控站CPU与4个从站交换的数据划分放在4个DB数据块中，在挪用各功能块之前打开各自的数据块，完成参数的传递。
5等离子焚烧控制系统与电厂涣散控制系统(DCS)的接口
涣散控制系统DCS在的火电厂的运用已很普及，作为汽锅焚烧的重要部门的等离子焚烧系统的控制要连系到DCS系统的控制中，由DCS操作员站来完成对等离子焚烧的监控。等离子焚烧控制系统可以采用硬接线方式或通讯方式利便的接进电厂的DCS系统。
5.1等离子焚烧控制系统的控制旌旗灯号经由过程硬接线的方式接进DCS系统
等离子焚烧控制系统的控制旌旗灯号经由过程硬接线的方式接进DCS系统，实现电厂DCS对等离子焚烧的监控，可以采用以下两种方式。
一种方式是，等离子焚烧控制系统设主控站，经由过程主控站的PLC的I/O扩大模块，采用尺度的4~20ma和无源节点旌旗灯号接进到电厂DCS的I/O模块上，从而完成DCS系统对等离子焚烧控制系统旌旗灯号的收集与控制，实现DCS对等离子焚烧的监控。很多电厂的等离子焚烧改造都采用这类方式，例如：军粮城4X200MW机组的等离子焚烧系统的改造。
另外一种方式是，等离子焚烧控制系统不设主控站，经由过程电源柜的S7-200PLC的I/O扩大模块，采用尺度的4~20ma和无源节点旌旗灯号直接接到电厂DCS的I/O模块上，从而完成DCS系统对等离子焚烧控制系统旌旗灯号的收集与控制。由于没有主控PLC，等离子焚烧的控制逻辑要由DCS来完成，实现DCS对等离子焚烧的控制。DCS的软件工作相对比力年夜。这类方式工程已有运用，例如：镇江电厂等离子焚烧系统改造。
采用这类硬接线的方式将等离子控制系统的控制旌旗灯号接进DCS系统，适用于所有的电厂的等离子焚烧的改造，实施起来简单易行。可是，这类方式存在着很多错误谬误，由于旌旗灯号都采用硬接线的方式接进DCS，非论是等离子焚烧控制系统和DCS系统都需要增加很多I/O模块，响应得需要增加年夜的接线端子和电缆，年夜年夜地增加了硬件成本，增加了等离子改造的初投资。而且，采用传统的硬接线的方式将旌旗灯号接进系统进行控制，旌旗灯号的精度和速度都较差，轻易遭到外界身分的干扰。
5.2等离子焚烧控制系统的控制旌旗灯号经由过程各类通讯的方式接进DCS系统
等离子焚烧控制系统的控制旌旗灯号由作为控制系统焦点部门的PLC经由过程各类通讯的方式接进DCS系统，实现DCS系统对等离子焚烧的监控。现实上就是实现现在自动化领域中普遍推行的夹杂控制系统，即PLC与DCS经由过程相互通讯而相互融合，成为集进程控制、顺序控制及批控制为一体的夹杂控制系统。
由于PLC厂家和DCS厂家的控制系统的通讯协议都不公然，是以要实现PLC与DCS系统的信讯其实不轻易。针对分歧的电厂的DCS系统，选用支持分歧的通讯协议的Siemens用通讯模块或是选用分歧的PLC作为控制系统的主站，目的就是选一种DCS系统和等离子焚烧控制系统PLC都支持的通讯协议，完成电厂DCS系统与等离子焚烧控制系统PLC的通讯，从而实现DCS对等离子焚烧的控制。今朝，针对分歧的DCS系统有以下的几种典型的通讯方式。
对于支持Profibus-DP通讯协议的DCS（如和利时公司的DCS系统）的电厂，可以以两种方式实现两个系统的通讯。
一种方式是，等离子焚烧控制系统设主控站。主控站的PLC选用Siemens公司的S7-300CPU315-2DPCPU，采用Profibus-DP通讯协议与DCS进行通讯，从而完成DCS系统与等离子焚烧控制系统旌旗灯号的收集与控制，实现DCS对等离子焚烧的监控。这类方式工程上已有运用，例如：佳木斯发电厂4X100MW等离子焚烧系统改造。
另外一种方式是，等离子焚烧控制系统不设主控站。可以让DCS直接作为控制系统的主控站，由DCS直接与每一个角的电源柜的S7-200PLC组成Profibus现场总线网络，采用Profibus-DP通讯协议来进行通讯，完成控制旌旗灯号数据的交换。等离子焚烧的逻辑控制要由DCS来完成，实现DCS对每一个角的等离子焚烧的监控。这类方式工程上也有运用，例如：巨化电厂等离子焚烧系统改造。
对于不支持Profibus-DP通讯协议的DCS系统的电厂，可以选用其他的通讯协议实现两个系统的通讯。另外，随着工以太网技术和OPC技术在电厂自动化的引进，也能够采用这类方式来实现两个系统的通讯。
美国Modicon公司推出的Modbus通讯协议是早对外开放的通讯协议，所以火电厂的DCS系统一般都支持Modbus通讯协议，Siemens公司的S7-300PLC也有支持这类通讯协议的用通讯模块CP341。是以，采用Modbus通讯协议的方式实现等离子焚烧控制系统PLCS7-300与DCS系统的通讯其实不坚苦。采用这类方式实现两个系统通讯的电厂很多，例如：例如：元宝山发电厂600MW机组的等离子焚烧系统的改造。
对于要求等离子控制系统的主控站PLC采用Modicon公司的PLC的电厂，也能够实现等离子控制系统PLC与DCS系统的通讯。具体方案是：
选用Modicon的PLC作为等离子控制系统的主控站，这样PLC直接很利便的与DCS采用Modbus协议进行通讯。可是，要实现Modicon的PLC与各个角电源柜S7-200PLC的Profibus通讯，需要在主控站上加装支持Profibus通讯协议的用模块。这样就实现了DCS系统对各个角等离子焚烧的监控。这类方式工程上也有运用，例如：张掖电厂300MW机组等离子焚烧系统的改造。
对于要求等离子焚烧控制系统的主控站PLC采用AB公司的PLC的电厂，也能够实现等离子控制系统PLC与DCS系统的通讯。具体方案是：采用AB的Controllogix系列的PLC作为控制系统的主控站，与支持AB公司的工以太网TCP/IP协议的DCS直接进行通讯。要实现主控站PLC与各个角电源柜S7-200PLC的通讯，需要加装Controllogix系列PLC的Profibus用通讯模块，组成Profibus网络，实现DCS系统对各个角等离子焚烧的监控。这类方式工程上也有运用，例如：华能汕头电厂600MW机组等离子焚烧系统的改造。
对于选用其他公司的PLC作为等离子控制系统的主控站，要想实现PLC与DCS系统的通讯毗连，这类PLC必需要有支持Profibus通讯协议的通讯模块，这样就能够组成Profibus网络，实现对各个角的等离子焚烧的控制。PLC与DCS的通讯，假设这类PLC与DCS支持不异的通讯协议，就能够利便的毗连；假设不支持不异的通讯协议，可以经由过程配合的OPC的尺度，实现两个系统的通讯。
各个电厂可以凭据自己DCS系统的现实情况尽选用通讯的方式实现等离子焚烧控制系统与DCS系统的毗连，通讯的方式相对硬接线的方式有很多点。首先，数字通讯方式顺应了火电厂自动化成长的需要，代表了火电厂自动化的数字化和网络化的成长标的目的。采用数字通讯，一方面可以提高旌旗灯号的精度和速度，提高了系统的稳定性和靠得住性；另外一方面，可以削减了年夜的I/O模块，响应的可以削减年夜的电缆和接线头，年夜年夜地节省投资，据国外计较，不算节省的I/O模块的费用，仅是电缆、桥架和敷设工程及接线工作就能够节省60以上。
6等离子电源发生器电源的同享与切换
为了节省等离子焚烧系统改造的初投资，对于有多台机组都要进行等离子焚烧改造的电厂，可以采用多台汽锅的等离子发生器共用一套等离子电源的方式。经由过程等离子电源柜的切换实现等离子电源的同享，从而实现共用一套等离子电源实现多台机组的等离子焚烧功能。
今朝等离子电源的同享方式有一拖二（两台汽锅的等离子发生器共用一套电源柜）、一拖四（四台汽锅的等离子发生器共用一套电源柜），各个电厂可以凭据自己电厂的现实情况选用分歧的切换方式。
为实现等离子电源的同享与切换，需要对控制系统作响应的改变，以顺应控制的要求。等离子电源主电源电路和控制旌旗灯号的切换由切换柜来完成，切换柜的控制进主控站PLC。两台炉或四台炉的等离子焚烧控制系统可以选用采用一个共用的主控站的方式，也能够采用在各台炉的等离子控制系统上划分设主控站，各个主控站之间再进行通讯，来完成数据的交换，以到达电源柜的控制同享。具体设置装备摆设以下（以两台炉同享一台电源柜为例）：

6.1两台炉共用一套主控站的控制方式
两台炉的控制系统采用共用一套PLC来作为等离子控制系统的主控站，经由过程CPU上的DP口与电源柜的S7-200组成Profibus现场工总线通讯网络，对各个角的等离子焚烧进行监控；经由过程CPU上的MPI口与两个触摸屏组成多点通讯MPI网络，两台炉划分经由过程各自的触摸屏划分进行切换和控制。一台炉在经由过程触摸屏对一个角的等离子发生器进行等离子启弧控制时，另外一台炉不能经由过程触摸屏对该角的等离子发生器进行操作，保证系统的靠得住运行。采用这类方式进行电源同享与切换的电厂很多，例如：年夜同二电厂6X200MW机组等离子焚烧系统的改造。
与各炉零丁设主控站相比，采用这类方式进行等离子电源的同享与切换的点是：简单利便，错误谬误是：操作可以相互互锁，完全分隔，但显示不能分隔，即一台炉在进行等离子操作时，两台炉的触摸屏都有显示。
6.2两台炉划分都设主控站，两个主控站之间进行通讯，从而实现等离子电源的同享与切换的控制方式
两台炉采用两套S7-300PLC作为该炉等离子焚烧控制主控站来划分进行等离子焚烧系统的控制，作为各自立控站的两套PLC之间进行通讯，来实现数据的同享，从而实现等离子电源的同享与切换。两套PLC在整个通讯网络中是主从的关系，两套PLC划分与各自的触摸屏进行通讯，两台炉对各自的等离子发生器的控制互不干扰，完全分隔。采用这类方式的电厂也很多，例如：例如：宣威电厂2X300MW机组等离子焚烧系统的改造。
与各炉同享主控站相比，采用这类方式的点是：两台炉的等离子焚烧控制完全分隔，互不干扰，错误谬误是：两个主控站是主从关系，主站泛起故障，影响从站的控制。
7竣事语
等离子焚烧控制系统自动化水平很高，数据收集年夜，控制站较多，控制逻辑复杂，运用情况较差，要求系统靠得住性较高。采用SIEMENS可编程控制器和直流驱动装配很好的完成了等离子焚烧系统的自动控制使命，采用Profibus工现场总线网络实现中心控制室对各个角等离子焚烧的散布式集中控制，顺应火电厂自动化的数字化和网络化的成长标的目的。等离子焚烧系统现已安装使用在*台发电厂、佳木斯发电厂、年夜唐公司托克托发电厂、年夜同二电厂等50多个电厂的100多台汽锅上，配套的控制系统运行稳定，充实的知足了电厂汽锅等离子焚烧的控制要求。现在各个电厂的等离子焚烧节油效果显著，取得了可观的经济效益。