PCS7在華新水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PCS7案例4PCS7在華新水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用西門子PCS7系統(tǒng)是完全無(wú)縫集成的自動(dòng)化解決方案?？梢詰?yīng)用于所有工業(yè)領(lǐng)域,包括過(guò)程工業(yè)，制造工業(yè)，混合工業(yè)以及工業(yè)所涉及的所有制造和過(guò)程自動(dòng)化產(chǎn)品。作為先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，SIMATICPCS7形成了一個(gè)帶有典型過(guò)程組態(tài)特征的全集成系統(tǒng)。本文描述PCS7控制系統(tǒng)在華新水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

華新水泥股份是水泥行業(yè)具有百年歷史的龍頭企業(yè)，也是政府重點(diǎn)扶持的大型工業(yè)企業(yè)之一。在新的世紀(jì)，公司堅(jiān)持積極、穩(wěn)妥、快速、高效的原那么，以宏偉的氣魄，非凡的膽識(shí)，通過(guò)新建、擴(kuò)建與并購(gòu)等手段，實(shí)現(xiàn)了超常規(guī)的擴(kuò)張。在建設(shè)工期、工程質(zhì)量、資金投入、工程管理及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化等方面均創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)最正確，為國(guó)內(nèi)外行家所高度贊賞，瑞士豪西蒙集團(tuán)將其作為水泥工程工程建設(shè)的典范向其它國(guó)家和地區(qū)推廣。華新水泥股份在國(guó)內(nèi)乃至世界水泥生產(chǎn)企業(yè)中名列前茅，在水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中，運(yùn)用的電氣自動(dòng)化技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)品的檔次質(zhì)量，特別是控制系統(tǒng)軟件和硬件配置方案及系統(tǒng)應(yīng)用表達(dá)的能力和水平，表達(dá)了高度的延續(xù)性和前瞻性。一、工程概述：水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)在功能分配上同時(shí)又是分級(jí)式層次結(jié)構(gòu)，高層次是過(guò)程控制級(jí)，低層次是根底自動(dòng)化級(jí)。

根底自動(dòng)化級(jí)，主要進(jìn)行電氣自動(dòng)控制和儀表自動(dòng)控制，對(duì)工藝設(shè)備過(guò)程信息進(jìn)行檢測(cè)、顯示、記錄及數(shù)據(jù)初步處理，執(zhí)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制及工藝設(shè)備過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)、超限報(bào)警。

過(guò)程控制級(jí)，主要完成生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制、操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，與上級(jí)管理計(jì)算機(jī)及其它計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。在華新水泥，過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用4級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：

·以太網(wǎng)――批量控制效勞器和操作站的數(shù)據(jù)傳輸

·工業(yè)以太網(wǎng)――系統(tǒng)總線，操作站和控制器間的數(shù)據(jù)傳輸

·PROFIBUS-DP――系統(tǒng)I/O總線，控制器與I/O站間的數(shù)據(jù)傳輸

·PROFIBUS-PA――系統(tǒng)與PA智能儀表的數(shù)據(jù)傳輸華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)依照水泥生產(chǎn)工藝流程，按如下子系統(tǒng)控制站分布〔以下WINCC畫面截屏，以華新水泥〔陽(yáng)新〕公司一期6000T/D熟料生產(chǎn)線為例〕：石灰石破碎控制站：石灰石破碎及輸送；原料磨控制站：原料進(jìn)廠均化及輸送、原料配料、原料粉磨、電收塵、生料入庫(kù)、水泵房；

窯尾控制站：廢氣處理〔高溫風(fēng)機(jī)、增濕塔〕、生料均化、生料入窯、窯尾塔架〔預(yù)熱器、分解爐〕、燒成窯中、空壓機(jī)站；窯頭控制站：熟料冷卻〔篦冷機(jī)〕、熟料入庫(kù)、原煤輸送、煤磨、煤粉秤；上位機(jī)采用WINCC進(jìn)行組態(tài)。人機(jī)界面主要設(shè)計(jì)有以下內(nèi)容:(1)系統(tǒng)工藝流程顯示:依據(jù)設(shè)備系統(tǒng)工藝流程圖，按照功能組區(qū)域劃分;

(2)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)畫面:回路手操站，調(diào)節(jié)參數(shù)與參數(shù)趨勢(shì)的集中顯示;

(3)重要參數(shù)趨勢(shì)顯示:有實(shí)時(shí)趨勢(shì)與歷史趨勢(shì)兩種顯示;(4)全局報(bào)警顯示:系統(tǒng)按照功能區(qū)分為假設(shè)干個(gè)報(bào)警組，各個(gè)報(bào)警組的報(bào)警窗口分布于相應(yīng)功能顯示窗口的上方，全局報(bào)警顯示提供集中查看系統(tǒng)所有報(bào)警的能力，或按優(yōu)先級(jí)、報(bào)警組過(guò)濾查看，并具有全局報(bào)警確認(rèn)。通常情況下，石灰石破碎控制站使用一個(gè)西門子SIMATICS7-300站〔315-2DP〕進(jìn)行控制，其余各個(gè)控制站使用一個(gè)西門子SIMATICS7-400站〔416-2DP〕進(jìn)行控制。依照現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工藝布局的具體情況，可以將窯尾控制站和窯頭控制站合并為一個(gè)控制站；將水泥磨控制站和包裝控制站合并為一個(gè)控制站。以上每個(gè)子系統(tǒng)均通過(guò)西門子不同的通訊模塊連接在同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)上。在窯線主要生產(chǎn)控制局部，采用工程師站及效勞器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用假設(shè)干數(shù)量的人機(jī)界面〔操作員站〕完成對(duì)生料、熟料、水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。并且，管理人員能夠使用IE瀏覽器，利用WINCC中的WebNavigator，通過(guò)網(wǎng)關(guān)，對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)視和控制進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽。二、系統(tǒng)要求

1．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)

?提高水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；

?實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的高品質(zhì)運(yùn)行，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；

?提高運(yùn)行人員工作效率，滿足整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行全能值班要求；

?提高效益，降低能耗。2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用時(shí)的設(shè)計(jì)思想1)功能設(shè)計(jì)：表達(dá)DCS建成后的自動(dòng)化程度、處理事故能力〔報(bào)警、分析、指導(dǎo)、處理等〕及先進(jìn)的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設(shè)計(jì)思想。具體如下：

對(duì)象控制

?按工藝流程的自動(dòng)化過(guò)程由DCS系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成，到達(dá)平衡。

?保障系統(tǒng)平安、可靠、高效運(yùn)行和啟停。

提高水泥生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

?實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。

完善的操作指導(dǎo)和事故分析手段

?系統(tǒng)運(yùn)行工況可由很多監(jiān)測(cè)參數(shù)反映出來(lái)，當(dāng)運(yùn)行工況出現(xiàn)異常時(shí)，提供相關(guān)參數(shù)、趨勢(shì)、圖表等高效方式通知運(yùn)行人員及時(shí)處理。

?操作記錄打印、報(bào)警打印、事故追憶打印、周期性報(bào)表等功能，有助于系統(tǒng)日常管理和事故分析。

?高效、便捷的系統(tǒng)在線維護(hù)。

2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：表達(dá)DCS的高可靠性、先進(jìn)性、易維護(hù)、易組態(tài)等為設(shè)計(jì)思想。具體如下：

可靠性設(shè)計(jì)：

?所有部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化。

?控制系統(tǒng)按分層、分散、自治的原那么。

?所有I/O模件均為智能化設(shè)計(jì)，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數(shù)字濾波和消除偶發(fā)干擾的措施。

維護(hù)性設(shè)計(jì)：

?可帶電插拔。

?系統(tǒng)自診斷至通道級(jí)。

?選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件透明度。

擴(kuò)展性設(shè)計(jì)：

?采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通訊速率100MBPS，主干網(wǎng)采用冗余環(huán)網(wǎng)，個(gè)子站通過(guò)雙絞電纜掛接在主干網(wǎng)絡(luò)上，有極強(qiáng)的通訊擴(kuò)展能力。

?提供與其它系統(tǒng)的通訊接口，如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUSDP或MODBUS。

開放性設(shè)計(jì)：

?支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。

?標(biāo)準(zhǔn)MIS數(shù)據(jù)接口站，與廠級(jí)MIS互聯(lián)。

三、PCS7系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

華新水泥為什么選擇SIEMENSPCS7?

●水泥生產(chǎn)各個(gè)車間和工段互不干擾，但它必須實(shí)現(xiàn)相互之間的通訊，完成交換數(shù)據(jù)，從而保證連鎖要求；

●系統(tǒng)有大量的離散輸入/輸出數(shù)據(jù)，以及少量的模擬輸入/輸出；

●局部離散輸入/輸出需要高掃描速度；

●局部重要過(guò)程傳感器需要系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化處理，也可以實(shí)現(xiàn)人工設(shè)置；

●工藝相對(duì)簡(jiǎn)潔，設(shè)備數(shù)量多；

●系統(tǒng)方便地與隨機(jī)控制設(shè)備〔PLC〕的連接、通訊；

●控制系統(tǒng)必須有很好的兼容性；

●控制系統(tǒng)可靠性高，有自診斷和冗余功能

●TIA的理念和強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件功能四、PCS7系統(tǒng)在華新水泥的應(yīng)用1．硬件組成

華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件包括：1個(gè)西門子SIMATIC300站和5個(gè)〔最少為3個(gè)〕西門子SIMATIC400站?！哺鱾€(gè)站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口模塊和數(shù)量不等的ET200M、模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊〕、1臺(tái)工程師站計(jì)算機(jī)和1組效勞器對(duì)及假設(shè)干臺(tái)工控計(jì)算機(jī)、2個(gè)西門子CP1613網(wǎng)卡、1臺(tái)MIS效勞器。

2、軟件組成

華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件包括：Windows2000Server英文版操作系統(tǒng)、西門子PCS7編程軟件和CEMAT水泥行業(yè)專業(yè)軟件。3、系統(tǒng)配置〔見(jiàn)附圖〕

華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊連接在同一個(gè)SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)〔采用光纖熔接為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，如以下圖中綠線所示〕上完成控制功能，同時(shí)效勞器通過(guò)西門子CP1613網(wǎng)卡、假設(shè)干臺(tái)工控計(jì)算機(jī)也通過(guò)經(jīng)RJ45屏蔽雙絞線由普通網(wǎng)卡到交換機(jī)或中控室的OSMTP62連接到此SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)上完成監(jiān)視和操作功能。其中，原料磨控制系統(tǒng)的SIMATIC400站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與石灰石破碎控制系統(tǒng)的SIMATIC300站交換數(shù)據(jù)，同時(shí)原料磨控制系統(tǒng)的SIMATIC400站通通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與窯尾控制系統(tǒng)和窯頭控制系統(tǒng)的SIMATIC400站交換數(shù)據(jù)。而且，SIMATIC400站基于PROFIBUS-DP/PA網(wǎng)絡(luò)，連接現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制站、PROFIBUS-DP設(shè)備〔低壓保護(hù)裝置、高壓保護(hù)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)控制器等〕或PROFIBUS-PA儀表〔溫度變送器、壓力變送器〕。SIMATICPCS7——一個(gè)真正的現(xiàn)代DCS系統(tǒng)HMI具有多用戶能力的HMI組件大容量架構(gòu)客戶機(jī)-效勞器結(jié)構(gòu)冗余AS,I/O模塊,I/O熱插拔〔運(yùn)行中插入和拔出模塊〕運(yùn)行中可進(jìn)行擴(kuò)展/修改用于危險(xiǎn)區(qū)域的I/O模塊冗余〔控制器、模塊和PROFIBUS〕集成的故障平安技術(shù)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/驅(qū)動(dòng)設(shè)備的集成

快速以太網(wǎng)和PROFIBUSDP/PA光纖交換技術(shù)冗余〔系統(tǒng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線〕集中式工程工具，簡(jiǎn)單易用，通用操作批量工程，具有導(dǎo)入／導(dǎo)出功能應(yīng)用圖形化和面向PLT的工具進(jìn)行全面、有效的工程集成的SIMATICPDM軟件對(duì)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行集中參數(shù)化八、應(yīng)用體會(huì)

1、全集成自動(dòng)化〔TIA〕為現(xiàn)代化企業(yè)的生產(chǎn)和管理提供的方便；

2、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用節(jié)約了大量的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜，帶來(lái)的方便的同時(shí)也提高了工程的經(jīng)濟(jì)