概述

廣州水泥廠位于廣州市花都區(qū)新華鎮(zhèn)，珠江支流巴江河北岸。考慮到企業(yè)自身發(fā)展的需要和周邊居民對空氣環(huán)境改善的期盼，廣州水泥廠于2004 年4 月開土動工遷建，并計劃于2005 年上半年建成投產(chǎn)。該項目總投資10 億元，建成后將達到年產(chǎn)230 萬噸水泥的規(guī)模。

集散控制系統(tǒng)

以下對新廣州水泥廠環(huán)保遷建工程項目(6000t/d) 集散型控制系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)功能、操作功能等性能進行介紹。西門子公司在此項目上使用的是新一代集DCS 和PLC 的優(yōu)點于一身的集散控制系統(tǒng)PCS7，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

它的主要特點如下：
· 徹底打破了DCS 和PLC 的界限由于PCS7 AS 控制站采用的硬件與SIMATIC S7-400 系列高檔控制器相同，這樣就可以使得PCS7 的控制器和S7-400 控制器在硬件上是徹底兼容的, 從而徹底解決了硬件平臺不一樣的問題，系統(tǒng)的安裝、維護、管理和備件的問題都得到了解決。

在硬件統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，PCS7 更進一步實現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一。在PCS7 的工程師站可以對PCS7 的控制器、操作員站進行編程和組態(tài)。同時，可以將整個項目有關(guān)的組態(tài)信息，如I/O 點數(shù)、I/O 規(guī)范( 量程范圍、信號制等)、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址、現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)置參數(shù)( 如變頻器) 等都統(tǒng)一地存儲在一個唯一的組態(tài)文件中，并且這些組態(tài)信息可以下載到PCS7 的控制器中，當需要更換現(xiàn)場設(shè)備時，可以直接更換，有關(guān)的設(shè)備設(shè)置信息可以由控制器直接下載到有關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備中，從而避免設(shè)備設(shè)置錯誤，減少停機時間。

· 更加方便的組態(tài)工具

PCS7 的主要組態(tài)工具為CFC( 用于模擬控制的組態(tài)) 和SFC( 用于邏輯控制的組態(tài))，同時保留了語句表和梯形圖的編程方式。各種不同的編程方式所做的用戶程序，經(jīng)過編譯后生成統(tǒng)一的程序塊，經(jīng)過有關(guān)的OB 塊調(diào)用后即可執(zhí)行。

· 完全融合了現(xiàn)場總線技術(shù)

由于采用了目前市場占有率最高的PROFIBUS 總線技術(shù)，PCS7 既可以支持I/O 站又可以支持其它高速現(xiàn)場設(shè)備如變頻器等。所有的現(xiàn)場設(shè)備都可以通過工程師站進行組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控、診斷等。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：監(jiān)控終端網(wǎng)( 普通辦公室以太網(wǎng)10/100Mbps)、系統(tǒng)總線( 高速工業(yè)以太網(wǎng)10/100Mbps)和現(xiàn)場總線(PROFIBUS 12Mbps)。通過三層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控終端、監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、工程師站和現(xiàn)場設(shè)備的連接。監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余服務(wù)器/ 客戶機結(jié)構(gòu)。當一臺服務(wù)器故障時，客戶機可以自動登錄到另外一臺服務(wù)器上。當故障的服務(wù)器修復后重新投入時，有關(guān)的歷史數(shù)據(jù)可以自動更新到新投入的服務(wù)器中。這樣就可以保證在任意一臺服務(wù)器中時刻都可以保存著完整的整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。在一個系統(tǒng)中最多可以有12 對互相冗余的服務(wù)器，每對服務(wù)器最多32 臺操作員終端。

CEMAT

CEMAT 是西門子公司專門針對水泥廠設(shè)計的工藝控制軟件，并且在惡劣的環(huán)境中經(jīng)歷多年的驗證。該系統(tǒng)在水泥行業(yè)廣受歡迎，使用廠家數(shù)量不斷攀升。西門子基于對水泥生產(chǎn)過程工藝的深刻理解，聯(lián)合世界上眾多水泥生產(chǎn)廠家一起設(shè)計開發(fā)了CEMAT 系統(tǒng)。開發(fā)和支持CEMAT 的工程師們在水泥行業(yè)的從事經(jīng)歷可以追溯到35 前。CEMAT 現(xiàn)在是基于西門子的過程控制系統(tǒng)PCS7，它為現(xiàn)代的、面向未來的、經(jīng)濟型的水泥解決方案提供了獨特的、開放的系統(tǒng)架構(gòu)。

STEP7 程序管理器

STEP7 程序管理器是SIMATIC S7 系列編程語言，用來處理變量連鎖控制。STEP7 可以用IEC-1131 標準編程語言(STL，LAD，F(xiàn)BD，CFC，SFC 和SCL) 進行編程。在PCS7 中，CFC、SFC 和SCL 作為主要的組態(tài)工具，用于完成傳統(tǒng)DCS 中連續(xù)過程控制任務(wù)的組態(tài)。如果在一個項目中，有很多離散過程如聯(lián)鎖控制等，則可采用STEP7 中其它幾種編程語言，很方便地進行編程，這是對傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)處理離散控制任務(wù)能力不強的一個補充。

CFC

CFC 是一種簡潔的圖形組態(tài)工具，它采用了IEC-1131 的標準。使用CFC 有助于節(jié)省時間和費用，同時大大地簡化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護。用CFC 進行組態(tài)時是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現(xiàn)。每個功能塊都有一個參數(shù)表，可根據(jù)實際工藝要求選擇不同的參數(shù)。功能塊在CFC 中的連接直接用鼠標點接。每個CFC 由6 頁組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC 之間的不同的頁面上進行，連接標記由系統(tǒng)自動標出。因此，采用CFC 可以完成很復雜的大型控制任務(wù)。CFC主要用于連續(xù)過程的自動化控制任務(wù)的組態(tài)。

SFC

SFC 也是一種圖形組態(tài)工具，它也采用了IEC-1131 的標準。SFC 主要用于小型的批量操作等順序控制的自動化任務(wù)。這種圖形化的組態(tài)工具在組態(tài)時，首先畫出順控的順序圖。順序圖中，可選擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟(Step)和轉(zhuǎn)移條件(Transition)。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務(wù)即得到完成。在組態(tài)時，由于很多步驟中的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件都與CFC 有關(guān)，因此，可把CFC 中的信號引入SFC 中。CFC 與SFC 的交替使用，可以很方便地實現(xiàn)復雜的順控任務(wù)。

SCL

SCL 是一種類PASCAL 的高級語言，它采用IEC-1131的標準。利用SCL 可以很方便地編制用戶功能塊。用SCL生成的功能塊可在CFC 中被多次調(diào)用。用戶可以把過程的數(shù)學模型和優(yōu)化控制策略用SCL 編成功能塊，直接下載到控制器中運行。這樣，可以把過程的優(yōu)化控制放在控制器中，實現(xiàn)對工藝過程的優(yōu)化控制。

工程師站

工程師站用于對整個PCS7 系統(tǒng)進行組態(tài)，采用了集成的全局數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的組態(tài)工具。這個組態(tài)工具就是SIMATIC 程序管理器，它采用了現(xiàn)代化的軟件體系結(jié)構(gòu)，對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。在軟件開發(fā)方面，采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。與傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)相比，西門子PCS7 的組態(tài)直接面向工藝過程。在SIMATIC 程序管理器下，有多種組態(tài)工具可以使用，無論采用何種組態(tài)工具，生成的組態(tài)數(shù)據(jù)都自動存到一個同一的數(shù)據(jù)庫中。這些組態(tài)工具是：水泥行業(yè)專用工藝控制軟件CEMAT、CFC( 連續(xù)功能圖)、SFC( 順序功能圖) 和WinCC 視窗控制中心等。

操作員站( 簡稱OS)

所有OS 專用的組態(tài)是用在SIMATIC 程序管理器中的相應(yīng)工具完成的。流程圖是用圖形編輯程序建立的，動作、文檔、記錄和曲線是用組態(tài)方式完成的。報警功能是通過組態(tài)實現(xiàn)的，不必多重輸入，同時CFC/SFC 功能塊中已隱含了報警功能。將AS 的組態(tài)鏈接到OS 中時，AS 中的圖象塊之間的連接、功能塊的報警和文檔變量都可隱含產(chǎn)生，不需任何附加的配置工作。

功能塊庫

采用現(xiàn)成的功能塊庫，可以大大減少工程費用。為了適合各種不同工業(yè)領(lǐng)域的要求，PCS7 預(yù)先編制了大量實用的功能塊，以供用戶選擇。這些功能塊包括：I/O 卡件、PID回路、驅(qū)動、傳動、電機和閥門等。功能塊包括了在ES中的CFC 圖形和OS 中顯示的面板。

數(shù)據(jù)庫

SIEMENS PCS7 系統(tǒng)采用具有標準化、開放性、性能優(yōu)秀、功能強大的關(guān)系型分布式數(shù)據(jù)庫平臺作為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)。關(guān)系型、分布式數(shù)據(jù)庫平臺不同于一般的數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)，它能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、一致性和系統(tǒng)各個部分數(shù)據(jù)的同步性，具備多種形式的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)索引方式。SIEMENS PCS7 系統(tǒng)采用了微軟的SQL SERVER 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)管理功能，包括能支持在異種網(wǎng)上提供透明的數(shù)據(jù)管理，而且應(yīng)用軟件開發(fā)包所集成的SQL_Anywhere 與SQL_SERVER 有著非常好的整合性，確保了數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)完整性。

視窗控制中心( 簡稱WinCC)

操作員站用于對整個PCS7 進行監(jiān)控。服務(wù)器與控制站之間通過西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊，服務(wù)器與客戶機之間通過普通辦公室以太網(wǎng)通訊。

操作員站是通過WinCC 人機界面軟件對系統(tǒng)進行監(jiān)控。WinCC 是西門子公司在自動化領(lǐng)域采用最先進的技術(shù)、與微軟公司共同開發(fā)的、居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。系統(tǒng)帶有標準用戶界面( 概貌區(qū)，畫面區(qū)，按鈕區(qū)，趨勢，報警行，面板)，具有分層結(jié)構(gòu)和簡單導航以及固定區(qū)域的多窗口設(shè)計，方便用戶操作，還可以防止概貌區(qū)與按鈕區(qū)重疊。

具有豐富的標準面板，用以控制各種設(shè)備和控制策略，如電機，閥門，PID 控制，步進控制等等。

報警管理具有屏幕層次及組顯示、回路顯示功能。可以通過一次鼠標點擊，直接從概貌區(qū)跳到報警畫面，由操作員決定哪個報警最重要。

強大的趨勢顯示功能，每一趨勢最多顯示10 個標簽，可以縮放，有標尺( 同時在表格顯示數(shù)值)、時間刻度可調(diào)整，趨勢顯示可暫停。顯示畫面可滾動( 前/ 后)，單一Y 軸可顯示所有標簽值(%)，也可選擇使用幾個Y 軸分別顯示各自標簽值，趨勢圖能顯示和合并在線過程值和歸檔( 歷史)數(shù)值。

靈活的用戶管理。每一操作員/ 組可被分配自定義授權(quán)，報警過濾/ 訪問控制由過程區(qū)域劃分，共享自定義功能，可鎖定/ 共享工廠分區(qū)，授權(quán)訪問使用口令或者智能卡，安全功能可應(yīng)用至每個操作或者對象。

其它一些特殊功能，如智能卡閱讀器用于簡單和安全的用戶識別；在過程畫面中加入視頻輸入；每個操作員/ 組能被分配給單獨的功能、區(qū)域等的操作授權(quán)；帶有DCF 77或者GPS 接收器的中央時鐘同步；信號模塊報警聲光提示；在線語言切換。

本工程采用了西門子公司專門為水泥行業(yè)開發(fā)的CEMAT軟件，使用了融合DCS 和PLC 技術(shù)的PCS7 過程控制系統(tǒng)，在全廠安裝了分布式現(xiàn)場總線，系統(tǒng)總線采用高速光纖以太環(huán)網(wǎng)。這些先進的產(chǎn)品和技術(shù)保證了工程的先進性，并大大縮短了工程實施中編程和調(diào)試的時間，使工廠得以順利投產(chǎn)并取得了良好的效果。