概述

華新水泥有限公司日產5500 噸的水泥生產線，從石灰石破碎到水泥包裝的生產過程監(jiān)控、信息管理全部納入計算機控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)以生產過程控制為核心，將高低壓電動機、自動化儀表、生料質量控制、工廠信息管理等通過網絡連接成一個整體。經營管理層采用以太網，生產管理層采用工業(yè)以太網，現(xiàn)場控制層以現(xiàn)場總線為主，常規(guī)分布式I/O 為輔，組成了一個適于大型水泥生產線的高水平、低投資的完整管理控制一體化系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的基本配置見系統(tǒng)配置圖。

控制系統(tǒng)配置

整個控制系統(tǒng)網絡分為經營管理層、生產管理層和現(xiàn)場控制層。

1) 經營管理層

經營管理層依托華新水泥有限公司已建成的管理網絡，通過標準以太網與生產管理層連接。

2) 生產管理層

整個系統(tǒng)根據生產線的布置情況和運行管理要求共設6個控制室：中央控制室、原料控制室、石灰石破碎控制室、水泥包裝控制室、碼頭控制室、總配電站。生產管理層采用標準TCP/IP 協(xié)議通過工業(yè)以太網實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與操作員站、工程師站和服務器之間的通訊。

· 操作員站/ 工程師站、PCS7 服務器、現(xiàn)場PLC 站和MIS 服務器通過OSM 連接到工業(yè)以太光纖環(huán)網上，可以實時共享現(xiàn)場PLC 站的信息。

· 正常操作時，操作員站配置相同，互為備用。可獨立工作，也可同時工作，顯示不同畫面。調試和維修時工程師站可用作軟件開發(fā)、診斷現(xiàn)場PLC 站故障原因并進行排除等工作。

· 中控室配置彩色噴墨打印機和激光打印機，分別用于報表打印、畫面及趨勢曲線打印和實時報警打印。

· 管理功能：通過清晰友好的人機界面(HMI) 監(jiān)控生產線工藝流程實時數(shù)據。

· 控制功能：用圖形菜單，即中控室操作人員通過操作站的鍵盤或鼠標對現(xiàn)場設備進行開停控制，也可對現(xiàn)場控制站的調節(jié)參數(shù)、設定值進行修改。

· 趨勢圖顯示功能：用棒狀圖和趨勢曲線顯示主要工藝參數(shù)的歷史趨勢和實時趨勢。通常在一幅趨勢圖中顯示

1-4 個工藝參數(shù)。趨勢圖中的時間坐標可以選擇調整，并能保存兩年的歷史數(shù)據。

· 報警處理功能：在操作員站的CRT 上，不論當前顯示何種畫面，都會在畫面的報警欄處顯示出醒目的故障狀態(tài)，使得操作人員隨時了解生產線的故障狀態(tài)。

·工藝參數(shù)設定功能：工藝參數(shù)設定分為二類，連續(xù)回路控制中的控制值設定和報警的設定。

·其它功能：故障次數(shù)記錄、主要設備運行累計時間記錄、大修周期時間、自動生成日/ 月/ 年報表，并可選擇打印方式、自動記錄設備或生產過程出現(xiàn)的非正常現(xiàn)象、發(fā)生時間、排除時間，并打印報表、歷史數(shù)據恢復和歷史趨勢曲線顯示，實時數(shù)據和歷史數(shù)據分析處理。

3) 現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層用于控制水泥生產線工藝過程的各個現(xiàn)場環(huán)節(jié)。根據本生產線現(xiàn)場I/O 信號的分布，現(xiàn)場控制層分成6 個現(xiàn)場控制站、3 個遠程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎遠程I/O 站、碼頭遠程I/O 站、原料磨控制站、窯尾控制站、窯頭現(xiàn)場控制站、水泥磨現(xiàn)場控制站、熟料庫底遠程I/O 站和水泥包裝現(xiàn)場控制站。

·現(xiàn)場控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每個現(xiàn)場控制站都自成系統(tǒng)，可以獨立運行，不受其他現(xiàn)場控制站或服務器故障停機的影響。

·遠程I/O 站采用SIMATIC ET200M 遠程I/O 站，配置CPU315-2DP 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通信，遠程I/O 用于擴展現(xiàn)場控制器的遠程輸入輸出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 遠程站中的分布式I/O 模板，通過PROFIBUS-DP 與中央單元連接，為遠程I/O 的配置提供了極大的靈活性，即可在控制室內集中配置，也可在現(xiàn)場電力室或分站控制室內分布配置。可通過在中央處理單元插入多個通訊處理器來配置多條SIMATIC NET 網絡。

·10kV 系統(tǒng)采用SIPROTEC 4 7SJ62 綜合保護器，通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通訊，實現(xiàn)對高壓電機和10kV 配電系統(tǒng)的控制和保護。

·低壓電動機采用3UF5 SIMOCODE-DP 電機保護控制器，通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通訊，系列實現(xiàn)對低壓電動機的控制和保護。

· 調速裝置采用6SE71 系列變頻調速，通過CBP2 的PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通訊。

·電動執(zhí)行機構采用SIPOS 5 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通信。

· 現(xiàn)場智能儀表( 壓力、溫度、氣體分析等) 通過PROFIBUS-PA 與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進行通訊。

SIMATIC 網絡系統(tǒng)

PCS7 的SIMATIC NET 工業(yè)通訊網絡結構，擁有豐富靈活的網絡層級。各個層級的通訊協(xié)議均采用國際標準的網絡協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開放性。SIMATIC NET 的網絡產品和模件都采用工業(yè)標準制造，適用于有電磁干擾和污染的工業(yè)環(huán)境。

1) 現(xiàn)場總線級

SIMATIC PCS7 的現(xiàn)場儀表和設備級采用PROFIBUS現(xiàn)場總線進行通訊，中央控制器與現(xiàn)場I/O 站通過PROFIBUS-DP 互相進行通訊。

2) 系統(tǒng)總線級

工業(yè)以太網作為連接操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線。SIMATIC NET 中的高速以太網采用全雙工并行(FDX) 通訊模式。

3) 工廠管理級

SIMATIC PCS7 提供開放的系統(tǒng)平臺，支持將系統(tǒng)連接到工廠管理級，以實現(xiàn)工廠管理層上眾多軟件包快速簡便的集成，實現(xiàn)無縫管理和控制層上的數(shù)據交換和共享，并以WEB 方式實現(xiàn)與集團經營管理網的過程數(shù)據共享。

結束語

現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)和成熟，使傳統(tǒng)的DCS 控制系統(tǒng)在結構和性能上都發(fā)生了巨大的飛躍。系統(tǒng)結構的簡化，使其從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現(xiàn)出諸多優(yōu)越性。它不僅節(jié)省了硬件數(shù)量與投資，節(jié)省了安裝費用，而且系統(tǒng)的維護費用也大大地降低。SIMATIC PCS7 過程控制系統(tǒng)豐富的產品支撐和多層次的通訊網絡可滿足現(xiàn)代大型水泥工廠在傳統(tǒng)的以生產管理為核心的控制系統(tǒng)結構上向經營管理層和現(xiàn)場控制層兩端延伸的控制要求。上層通過標準以太網接入經營管理層，下層根據水泥生產線的特點，靈活地組成現(xiàn)場總線和分布I/O 現(xiàn)場控制層。