概述
華新水泥有限公司日產(chǎn)5500 噸的水泥生產(chǎn)線，從石灰石破碎到水泥包裝的生產(chǎn)過程監(jiān)控、信息管理全部納入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)以生產(chǎn)過程控制為核心，將高低壓電動機(jī)、自動化儀表、生料質(zhì)量控制、工廠信息管理等通過網(wǎng)絡(luò)連接成一個整體。經(jīng)營管理層采用以太網(wǎng)，生產(chǎn)管理層采用工業(yè)以太網(wǎng)，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(chǎn)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(wǎng)絡(luò)分為經(jīng)營管理層、生產(chǎn)管理層和現(xiàn)場控制層。
1) 經(jīng)營管理層
經(jīng)營管理層依托華新水泥有限公司已建成的管理網(wǎng)絡(luò)，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與生產(chǎn)管理層連接。
2) 生產(chǎn)管理層
整個系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)線的布置情況和運(yùn)行管理要求共設(shè)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(chǎn)管理層采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制站與操作員站、工程師站和服務(wù)器之間的通訊。
· 操作員站/ 工程師站、PCS7 服務(wù)器、現(xiàn)場PLC 站和MIS 服務(wù)器通過OSM 連接到工業(yè)以太光纖環(huán)網(wǎng)上，可以實(shí)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(dú)立工作，也可同時工作，顯示不同畫面。調(diào)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(jìn)行排除等工作。
· 中控室配置彩色噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)，分別用于報表打印、畫面及趨勢曲線打印和實(shí)時報警打印。
· 管理功能：通過清晰友好的人機(jī)界面 (HMI) 監(jiān)控生產(chǎn)線工藝流程實(shí)時數(shù)據(jù)。
· 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(biāo)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行開停控制，也可對現(xiàn)場控制站的調(diào)節(jié)參數(shù)、設(shè)定值進(jìn)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(shí)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(biāo)可以選擇調(diào)整，并能保存兩年的歷史數(shù)據(jù)。
· 報警處理功能：在操作員站的CRT 上，不論當(dāng)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(chǎn)線的故障狀態(tài)。
·工藝參數(shù)設(shè)定功能：工藝參數(shù)設(shè)定分為二類，連續(xù)回路控制中的控制值設(shè)定和報警的設(shè)定。
·其它功能：故障次數(shù)記錄、主要設(shè)備運(yùn)行累計(jì)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(shè)備或生產(chǎn)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(jù)恢復(fù)和歷史趨勢曲線顯示，實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)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(chǎn)線工藝過程的各個現(xiàn)場環(huán)節(jié)。根據(jù)本生產(chǎn)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(yuǎn)程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎遠(yuǎn)程I/O 站、碼頭遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dú)立運(yùn)行，不受其他現(xiàn)場控制站或服務(wù)器故障停機(jī)的影響。
·遠(yuǎn)程I/O 站采用SIMATIC ET200M 遠(yuǎn)程I/O 站，配置CPU315-2DP 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進(jìn)行通信，遠(yuǎn)程I/O 用于擴(kuò)展現(xiàn)場控制器的遠(yuǎn)程輸入輸出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 遠(yuǎn)程站中的分布式I/O 模板，通過PROFIBUS-DP 與中央單元連接，為遠(yuǎn)程I/O 的配置提供了極大的靈活性，即可在控制室內(nèi)集中配置，也可在現(xiàn)場電力室或分站控制室內(nèi)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(wǎng)絡(luò)。
·10kV 系統(tǒng)采用SIPROTEC 4 7SJ62 綜合保護(hù)器，通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對高壓電機(jī)和10kV 配電系統(tǒng)的控制和保護(hù)。
·低壓電動機(jī)采用3UF5 SIMOCODE-DP 電機(jī)保護(hù)控制器，通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進(jìn)行通訊，系列實(shí)現(xiàn)對低壓電動機(jī)的控制和保護(hù)。
· 調(diào)速裝置采用6SE71 系列變頻調(diào)速，通過CBP2 的PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進(jìn)行通訊。
·電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用SIPOS 5 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場控制器進(jìn)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(jìn)行通訊。
SIMATIC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
PCS7 的SIMATIC NET 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有豐富靈活的網(wǎng)絡(luò)層級。各個層級的通訊協(xié)議均采用國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開放性。SIMATIC NET 的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和模件都采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備級采用PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，中央控制器與現(xiàn)場I/O 站通過PROFIBUS-DP 互相進(jìn)行通訊。
2) 系統(tǒng)總線級
工業(yè)以太網(wǎng)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(wǎng)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(shí)現(xiàn)工廠管理層上眾多軟件包快速簡便的集成，實(shí)現(xiàn)無縫管理和控制層上的數(shù)據(jù)交換和共享，并以WEB 方式實(shí)現(xiàn)與集團(tuán)經(jīng)營管理網(wǎng)的過程數(shù)據(jù)共享。
結(jié)束語
現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，使傳統(tǒng)的DCS 控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上都發(fā)生了巨大的飛躍。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使其從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，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(fèi)用，而且系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也大大地降低。SIMATIC PCS7 過程控制系統(tǒng)豐富的產(chǎn)品支撐和多層次的通訊網(wǎng)絡(luò)可滿足現(xiàn)代大型水泥工廠在傳統(tǒng)的以生產(chǎn)管理為核心的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上向經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接入經(jīng)營管理層，下層根據(jù)水泥生產(chǎn)線的特點(diǎn)，靈活地組成現(xiàn)場總線和分布I/O 現(xiàn)場控制層。
西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)工業(yè)自動化系統(tǒng)部
