ABB AC800F系統在海螺水泥的成功應用
1. 系統概述及項目背景
ABB IndustrialIT系統是在ABB原有控制系統基礎上發展起來的最新的企業自動化解決方案。該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準，尤其適合于水泥行業的應用，目前在水泥行業應用非常廣泛。
2001年安徽海螺集團上了2500 t/d 生產線兩條，5000 t/d 生產線四條，全部采用ABB AC800F控制系統，3年來運行良好，在此良好合作的基礎上2004年又大規模地上了11條5000 t/d和10000 t/d生產線，全部采用了ABB的控制系統，在2005年還將有6條5000 t/d和10000 t/d生產線采用ABB的控制系統。本文以池州2×5000 t/d 生產線項目為重點，從技術角度介紹AC800F系統在海螺的成功應用。
2. DCS系統控制網絡
系統網絡分為現場控制層和中央監控層兩層網絡。
第一層為現場控制層，ABB S800 遠程I/O采用Profibus DP通信標準與AC800F控制器進行通信，通訊速率高達12MB/s，距離遠達1200米，根據項目要求，有些站距離比較遠，采用光纖作為傳輸介質；在現場采用了部分現場總線儀表，采用ProfiBus PA通信標準與AC800F控制器進行通信。
第二層為中央監控層，實現各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信，采用基于TCP/IP協議的工業以太網。由于水泥行業的特點，控制器及操作員站位置分散，且距離較遠，現場干擾較大，所以通信網絡采用了冗余光纖環網結構。采用赫斯曼導軌安裝型光纖集線器通信模件，該集線器提供雙冗余供電，雙路光纖接口，可以將光纜接成環形，通信模件內置冗余管理功能，當環路任何一處出現故障可以在30ms內自動切換到另外一條備用線路上，同時可以診測到故障發生位置。
3. DCS過程控制站
3.1 DCS控制站特點描述
過程控制級包括多個ControlIT控制站，完成各種控制功能，ControlIT控制站由AC800F現場總線型控制器和下掛的S800分布式智能I/O站組成。AC800F型 控制器功能十分強大，配有運算速度高達150MIPS的32位超標量 RISC型處理器(精簡指令系統CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量內存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及實時多任務嵌入式操作系統pSOS+，充分滿足工業過程控制對實時性和可靠性的嚴格要求。控制器的控制周期可根據控制需要設置，最快可設為5ms。I/O模件掃描速度很高，對模擬量T<20ms,對開關量T<5ms。控制器具有基于Web技術的自診斷功能，并可通過Internet進行遠方診斷。
ControlIT控制站所配置的每個 S800 I/O站可支持12個I/O卡件，I/O卡件采用光電隔離技術，模擬量I/O卡件的精度不小于0.1%(熱電阻為0.05%)。AI卡件能驅動600m范圍以內的二線制24VDC變送器，能直接給現場變送器供電。DO輸出經繼電器隔離，繼電器輸出接點容量為DC24V/5A。S800 I/O 采用模塊化設計, DIN導軌式安裝, 由于對空間及環境要求不苛刻, S800 I/O 尤其適用于安裝在分散的場合, 并且對處理信號幾乎沒有要求, 從而現場儀表和設備信號可以直接接線到S800 I/O 站。總所周知，在水泥廠的環境非常惡劣，但這幾條生產線自開車運行3年來，基本沒有卡件損壞現象。
3.2 DCS控制站配置
池州項目共采用5套AC800F控制器，置于4個控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窯頭控制室有兩套AC800F控制站，窯尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四個控制室通過冗余光纖環網連在一個網絡上。
· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于生料磨及廢氣處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，3個用于1＃線，3個用于2＃線。
- 1個用于原料調配S800遠程I/O 控制，連接2個遠程IO站，1個用于1＃線，1個用于2＃線，另外還做 Siemens S7300 的接口；
· 窯頭控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于窯頭/熟料入庫處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，1＃與2＃線各3各IO站；
- 1個用于煤粉制備遠程 S800 I/O 控制，連接5個遠程IO站，3個用于1＃線，2個用于2＃線，另外連接Siemens S7300 PLC；
- 窯尾控制站置于窯尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了1塊Profibus模件，用于窯中/窯尾/均化庫底處理S800 本地I/O控制，1＃與2＃線各3各IO站。
· 水泥磨控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于與Siemens S7300 接口。
- 1個用于水泥磨本地I/O，并配置了2個S800IO站。
3.3 礦山及碼頭部分控制系統配置
· 礦山既碼頭部分采用西門子S7-300 PLC，共分四個站，即石灰石破碎控制站，原料輸送控制站，碼頭控制站和熟料輸送控制站，并與DCS進行通訊。
- 石灰石破碎控制站和碼頭控制站的控制器選用CPU314，原料輸送控制站和熟料輸送控制站的控制器則選用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 協議與AC800F DCS系統通信；
- CP 343-5通信處理器使用Profibus FMS協議與相應的控制站CPU進行通信；
- 控制站之間通信介質選用光纖，使用一對光纖耦合器連接；
- 石灰石破碎控制站和熟料輸送控制站配置觸屏裝置，而原料輸送和碼頭控制站各配置1臺OS站，安裝WinCC監控軟件；
· 另外如銅陵項目采用的PLC是AB的PLC5，PLC與DCS之間采用Modbus 標準進行通信。通訊也很方便。
4. 操作管理級
操作管理級主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程師站、數據網關、管理計算機及相應軟件，另外還包括打印機、各種操作臺等輔助設備。
工程師站EngineerIT用于系統軟件組態(支持在線組態)和調試投運，它無需永久性接入系統，操作站也可兼作工程師站(需按工程師權限登錄)。EngineerIT工程師站上的軟件ControlBuilderF完成過程級、操作級乃至現場總線儀表的組態以及調試。
系統采用全局數據庫，系統內的變量實現共享，該全局數據庫完全下裝到過程級，不采用服務器/客戶方案，避免服務器故障造成數據交換任務癱瘓。全局數據庫中任何變量更新僅輸入一次即可，變量的檢查也是全系統范圍內進行。編程語言與圖形化編程語言標準 IEC 1131-3完全兼容,根據實際控制要求可任意選用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系統具備大量標準功能塊及功能子程序，如調節塊具備標準、比率、步進、2位、3位等功能塊供用戶根據實際情況選用，功能塊編程采用參數表形式，語言面向儀表工程師語言。同時系統也提供用戶自定義接口根據用戶要求開發專用功能塊。系統具備選擇部分、修改部分、全部下裝功能。該軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能可以恢復。該軟件可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。
操作站的任務是生產監控，即綜合監視來自過程控制級的所有信息，進行監示、報警、趨勢生成、記錄、打印輸出及人工干預操作(發送命令、修改參數等)。操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享,互為冗余備份。
操作員站支持一系列標準預定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號面板顯示(面板也可以根據用戶特殊要求實現自定義)、控制組顯示、趨勢顯示、報警顯示、過程信號記錄與操作記錄列表(實現各種操作的實時記錄和實時打印)顯示等，圖形數量無軟件限制，畫面數據更新時間為小于1秒，可以由編程軟件定義。
操作站及工程師站硬件均選用DELL的PC機，操作系統Windows2000。操作臺用于放置操作管理級設備。
5. 總結
實踐證明，ABB AC800F系統在海螺的十多條生產線上的運用都是很成功的。在2004年海螺的幾條5000和10000t/d線也順利地投運，并被中國儀器儀表學會評為2004年度優秀控制項目。
ABB IndustrialIT系統是在ABB原有控制系統基礎上發展起來的最新的企業自動化解決方案。該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準，尤其適合于水泥行業的應用，目前在水泥行業應用非常廣泛。
2001年安徽海螺集團上了2500 t/d 生產線兩條，5000 t/d 生產線四條，全部采用ABB AC800F控制系統，3年來運行良好，在此良好合作的基礎上2004年又大規模地上了11條5000 t/d和10000 t/d生產線，全部采用了ABB的控制系統，在2005年還將有6條5000 t/d和10000 t/d生產線采用ABB的控制系統。本文以池州2×5000 t/d 生產線項目為重點，從技術角度介紹AC800F系統在海螺的成功應用。
2. DCS系統控制網絡
系統網絡分為現場控制層和中央監控層兩層網絡。
第一層為現場控制層，ABB S800 遠程I/O采用Profibus DP通信標準與AC800F控制器進行通信，通訊速率高達12MB/s，距離遠達1200米，根據項目要求，有些站距離比較遠，采用光纖作為傳輸介質；在現場采用了部分現場總線儀表，采用ProfiBus PA通信標準與AC800F控制器進行通信。
第二層為中央監控層，實現各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信，采用基于TCP/IP協議的工業以太網。由于水泥行業的特點，控制器及操作員站位置分散，且距離較遠，現場干擾較大，所以通信網絡采用了冗余光纖環網結構。采用赫斯曼導軌安裝型光纖集線器通信模件，該集線器提供雙冗余供電，雙路光纖接口，可以將光纜接成環形，通信模件內置冗余管理功能，當環路任何一處出現故障可以在30ms內自動切換到另外一條備用線路上，同時可以診測到故障發生位置。
3. DCS過程控制站
3.1 DCS控制站特點描述
過程控制級包括多個ControlIT控制站，完成各種控制功能，ControlIT控制站由AC800F現場總線型控制器和下掛的S800分布式智能I/O站組成。AC800F型 控制器功能十分強大，配有運算速度高達150MIPS的32位超標量 RISC型處理器(精簡指令系統CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量內存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及實時多任務嵌入式操作系統pSOS+，充分滿足工業過程控制對實時性和可靠性的嚴格要求。控制器的控制周期可根據控制需要設置，最快可設為5ms。I/O模件掃描速度很高，對模擬量T<20ms,對開關量T<5ms。控制器具有基于Web技術的自診斷功能，并可通過Internet進行遠方診斷。
ControlIT控制站所配置的每個 S800 I/O站可支持12個I/O卡件，I/O卡件采用光電隔離技術，模擬量I/O卡件的精度不小于0.1%(熱電阻為0.05%)。AI卡件能驅動600m范圍以內的二線制24VDC變送器，能直接給現場變送器供電。DO輸出經繼電器隔離，繼電器輸出接點容量為DC24V/5A。S800 I/O 采用模塊化設計, DIN導軌式安裝, 由于對空間及環境要求不苛刻, S800 I/O 尤其適用于安裝在分散的場合, 并且對處理信號幾乎沒有要求, 從而現場儀表和設備信號可以直接接線到S800 I/O 站。總所周知，在水泥廠的環境非常惡劣，但這幾條生產線自開車運行3年來，基本沒有卡件損壞現象。
3.2 DCS控制站配置
池州項目共采用5套AC800F控制器，置于4個控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窯頭控制室有兩套AC800F控制站，窯尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四個控制室通過冗余光纖環網連在一個網絡上。
· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于生料磨及廢氣處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，3個用于1＃線，3個用于2＃線。
- 1個用于原料調配S800遠程I/O 控制，連接2個遠程IO站，1個用于1＃線，1個用于2＃線，另外還做 Siemens S7300 的接口；
· 窯頭控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于窯頭/熟料入庫處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，1＃與2＃線各3各IO站；
- 1個用于煤粉制備遠程 S800 I/O 控制，連接5個遠程IO站，3個用于1＃線，2個用于2＃線，另外連接Siemens S7300 PLC；
- 窯尾控制站置于窯尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了1塊Profibus模件，用于窯中/窯尾/均化庫底處理S800 本地I/O控制，1＃與2＃線各3各IO站。
· 水泥磨控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
- 1個用于與Siemens S7300 接口。
- 1個用于水泥磨本地I/O，并配置了2個S800IO站。
3.3 礦山及碼頭部分控制系統配置
· 礦山既碼頭部分采用西門子S7-300 PLC，共分四個站，即石灰石破碎控制站，原料輸送控制站，碼頭控制站和熟料輸送控制站，并與DCS進行通訊。
- 石灰石破碎控制站和碼頭控制站的控制器選用CPU314，原料輸送控制站和熟料輸送控制站的控制器則選用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 協議與AC800F DCS系統通信；
- CP 343-5通信處理器使用Profibus FMS協議與相應的控制站CPU進行通信；
- 控制站之間通信介質選用光纖，使用一對光纖耦合器連接；
- 石灰石破碎控制站和熟料輸送控制站配置觸屏裝置，而原料輸送和碼頭控制站各配置1臺OS站，安裝WinCC監控軟件；
· 另外如銅陵項目采用的PLC是AB的PLC5，PLC與DCS之間采用Modbus 標準進行通信。通訊也很方便。
4. 操作管理級
操作管理級主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程師站、數據網關、管理計算機及相應軟件，另外還包括打印機、各種操作臺等輔助設備。
工程師站EngineerIT用于系統軟件組態(支持在線組態)和調試投運，它無需永久性接入系統，操作站也可兼作工程師站(需按工程師權限登錄)。EngineerIT工程師站上的軟件ControlBuilderF完成過程級、操作級乃至現場總線儀表的組態以及調試。
系統采用全局數據庫，系統內的變量實現共享，該全局數據庫完全下裝到過程級，不采用服務器/客戶方案，避免服務器故障造成數據交換任務癱瘓。全局數據庫中任何變量更新僅輸入一次即可，變量的檢查也是全系統范圍內進行。編程語言與圖形化編程語言標準 IEC 1131-3完全兼容,根據實際控制要求可任意選用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系統具備大量標準功能塊及功能子程序，如調節塊具備標準、比率、步進、2位、3位等功能塊供用戶根據實際情況選用，功能塊編程采用參數表形式，語言面向儀表工程師語言。同時系統也提供用戶自定義接口根據用戶要求開發專用功能塊。系統具備選擇部分、修改部分、全部下裝功能。該軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能可以恢復。該軟件可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。
操作站的任務是生產監控，即綜合監視來自過程控制級的所有信息，進行監示、報警、趨勢生成、記錄、打印輸出及人工干預操作(發送命令、修改參數等)。操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享,互為冗余備份。
操作員站支持一系列標準預定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號面板顯示(面板也可以根據用戶特殊要求實現自定義)、控制組顯示、趨勢顯示、報警顯示、過程信號記錄與操作記錄列表(實現各種操作的實時記錄和實時打印)顯示等，圖形數量無軟件限制，畫面數據更新時間為小于1秒，可以由編程軟件定義。
操作站及工程師站硬件均選用DELL的PC機，操作系統Windows2000。操作臺用于放置操作管理級設備。
5. 總結
實踐證明，ABB AC800F系統在海螺的十多條生產線上的運用都是很成功的。在2004年海螺的幾條5000和10000t/d線也順利地投運，并被中國儀器儀表學會評為2004年度優秀控制項目。
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