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          PCS7在華新水泥生產過程控制系統中的應用

          發布時間:2010-01-06 來源:中國自動化網 類型:應用案例 人瀏覽
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          關鍵字:

          西門子 華新水泥 SIMATICPCS7

          導讀:

          【摘要】  西門子PCS7系統是完全無縫集成的自動化解決方案。可以應用于所有工業領域,包括過程工業,制造工業,混合工業以及工業所涉及的所有制造和過程自動化產品。作為先進的過程控制系統,SIMATIC PCS7 形成了...

          【摘要】
            西門子PCS7系統是完全無縫集成的自動化解決方案。可以應用于所有工業領域,包括過程工業,制造工業,混合工業以及工業所涉及的所有制造和過程自動化產品。作為先進的過程控制系統,SIMATIC PCS7 形成了一個帶有典型過程組態特征的全集成系統。本文描述PCS7控制系統在華新水泥生產過程控制系統中的應用。

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          【關鍵詞】

          西門子、華新水泥、SIMATIC PCS7、應用

          Abstract

          This paper introduces that the applications of SIMATIC PCS7 in HuaXin Cement Co., Ltd and the reasons that HuaXin Cement Co., Ltd insist on using the process control system, and how HuaXin Cement Co., Ltd using SIMATIC PCS7 in the procedure of cement production.

          The advantage of SIMATIC PCS7 brings HuaXin Cement Co., Ltd more benefits.

          HuaXin Cement Co., Ltd and SIEMENS will cooperate more and more.

          Siemens total integration automation control system that has all the specially and function in the process control field, the process control is simple and safety, it is convenient for the information network, field bus and instrument to integrate, it is the perfect integration running flat roof in the process of the cement production.

          【Key Words】

          SIEMENS、HUAXIN、CEMENT、SIMATIC PCS7、APPLICATION  

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          【前言】

          華新水泥股份有限公司是水泥行業具有百年歷史的龍頭企業,也是政府重點扶持的大型工業企業之一。在新的世紀,公司堅持積極、穩妥、快速、高效的原則,以宏偉的氣魄,非凡的膽識,通過新建、擴建與并購等手段,實現了超常規的擴張。在建設工期、工程質量、資金投入、項目管理及設備國產化等方面均創造了國內最佳,為國內外行家所高度贊賞,瑞士豪西蒙集團將其作為水泥項目工程建設的典范向其它國家和地區推廣。

          華新水泥股份有限公司在國內乃至世界水泥生產企業中名列前茅,在水泥生產過程控制系統中,運用的電氣自動化技術及相關系統產品的檔次質量,特別是控制系統軟件和硬件配置方案及系統應用體現的能力和水平,體現了高度的延續性和前瞻性。 

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          【正文】

          一、工程概述:

          水泥生產過程控制系統在功能分配上同時又是分級式層次結構,高層次是過程控制級,低層次是基礎自動化級。
             基礎自動化級,主要進行電氣自動控制和儀表自動控制,對工藝設備過程信息進行檢測、顯示、記錄及數據初步處理,執行設備運轉控制及工藝設備過程自動調節、超限報警。
             過程控制級,主要完成生產過程優化控制、操作指導、數據處理和存儲,與上級管理計算機及其它計算機之間的數據通信。

          在華新水泥,過程自動化控制系統采用4級網絡系統:
             ·以太網――批量控制服務器和操作站的數據傳輸
             ·工業以太網――系統總線,操作站和控制器間的數據傳輸
             ·PROFIBUS-DP――系統I/O總線,控制器與I/O站間的數據傳輸
             ·PROFIBUS-PA――系統與PA智能儀表的數據傳輸

          華新水泥生產過程自動化控制系統依照水泥生產工藝流程,按如下子系統控制站分布(以下WINCC畫面截屏,以華新水泥(陽新)公司一期6000T/D熟料生產線為例):

          1.  石灰石破碎控制站:石灰石破碎及輸送;

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          2.  原料磨控制站:原料進廠均化及輸送、原料配料、原料粉磨、電收塵、生料入庫、水泵房;

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           3.  窯尾控制站:廢氣處理(高溫風機、增濕塔)、生料均化、生料入窯、窯尾塔架(預熱器、分解爐)、燒成窯中、空壓機站;

           

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          4.  窯頭控制站:熟料冷卻(篦冷機)、熟料入庫、原煤輸送、煤磨、煤粉秤;

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          5.  水泥磨控制站:熟料配料、水泥粉磨、水泥入庫、;

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           6.  包裝控制站:水泥輸送、水泥包裝、散裝輸送、袋裝輸送、外運碼頭;

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          上位機采用WINCC進行組態。人機界面主要設計有以下內容:

          (1) 系統工藝流程顯示:依據設備系統工藝流程圖,按照功能組區域劃分;
          (2) 調節系統、調節畫面:回路手操站,調節參數與參數趨勢的集中顯示;
          (3) 重要參數趨勢顯示:有實時趨勢與歷史趨勢兩種顯示;

          (4) 全局報警顯示:系統按照功能區分為若干個報警組,各個報警組的報警窗口分布于相應功能顯示窗口的上方,全局報警顯示提供集中查看系統所有報警的能力,或按優先級、報警組過濾查看,并具有全局報警確認。

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          通常情況下,石灰石破碎控制站使用一個西門子SIMATIC S7-300站(315-2 DP)進行控制,其余各個控制站使用一個西門子SIMATIC S7-400站(416-2 DP)進行控制。依照現場設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控制站;將水泥磨控制站和包裝控制站合并為一個控制站。

          以上每個子系統均通過西門子不同的通訊模塊連接在同一個工業以太網上。在窯線主要生產控制部分,采用工程師站及服務器/客戶機結構,運用若干數量的人機界面(操作員站)完成對生料、熟料、水泥生產過程自動化控制系統的監視和控制。并且,管理人員能夠使用IE瀏覽器,利用WINCC中的Web Navigator,通過網關,對生產線的監視和控制進行實時瀏覽。

          二、系統要求

          1.控制系統設計的總體目標
            •提高水泥生產的自動化水平;
            •實現實現水泥生產系統的高品質運行,提高運行經濟性;
            •提高運行人員工作效率,滿足整個系統運行全能值班要求;
            •提高效益,降低能耗。

          2.系統設計及應用時的設計思想

          1) 功能設計:體現DCS建成后的自動化程度、處理事故能力(報警、分析、指導、處理等)及先進的控制策略等,以最大限度提高效益,降低能耗為設計思想。

          具體如下:
            對象控制
            •按工藝流程的自動化過程由DCS系統協調完成,達到平衡。
            •保障系統安全、可靠、高效運行和啟停。
            提高水泥生產系統運行的技術經濟效益
            •實現高自動化投入率,提高可靠性,減少誤操作,降低事故率。
            完善的操作指導和事故分析手段
            •系統運行工況可由很多監測參數反映出來,當運行工況出現異常時,提供相關參數、趨勢、圖表等高效方式通知運行人員及時處理。
            •操作記錄打印、報警打印、事故追憶打印、周期性報表等功能,有助于系統日常管理和事故分析。
            •高效、便捷的系統在線維護。  

          2) 系統設計:體現DCS的高可靠性、先進性、易維護、易組態等為設計思想。具體如下:
            可靠性設計:
            •所有部件標準化、通用化、模塊化。
            •控制系統按分層、分散、自治的原則。
            •所有I/O模件均為智能化設計,采用隔離措施,具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數字濾波和消除偶發干擾的措施。
            維護性設計:
            •可帶電插拔。
            •系統自診斷至通道級。
            •選用模塊化的功能組態軟件,提高軟件透明度。
            擴展性設計:
            •采用工業以太網網絡結構,通訊速率100MBPS,主干網采用冗余環網,個子站通過雙絞電纜掛接在主干網絡上,有極強的通訊擴展能力。
            •提供與其它系統的通訊接口,如工業以太網、PROFIBUS DP或MODBUS。
            開放性設計:
            •支持國際標準數據接口,如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
            •標準MIS數據接口站,與廠級MIS互聯。

          三、PCS7系統的主要特點

          華新水泥為什么選擇SIEMENS PCS7? 

          ●水泥生產各個車間和工段互不干擾,但它必須實現相互之間的通訊,完成交換數據,從而保證連鎖要求;
             ●系統有大量的離散輸入/輸出數據,以及少量的模擬輸入/輸出;
             ●部分離散輸入/輸出需要高掃描速度;
             ●部分重要過程傳感器需要系統能夠實現優化處理,也可以實現人工設置;
             ●工藝相對簡潔,設備數量多;
             ●系統方便地與隨機控制設備(PLC)的連接、通訊;
             ●控制系統必須有很好的兼容性;
             ●控制系統可靠性高,有自診斷和冗余功能
             ●TIA的理念和強大的系統軟件功能 

          PCS7是一種模塊化的基于現場總線的新一代過程控制系統,結合了傳統DCS和PLC控制系統的優點,將兩者的功能有機的結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺;所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下,有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用了新技術,在網絡配置上,使用標準工業以太網和PROFIBUS網絡。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限,真正實現了儀控和電控的一體化,充分體現了全集成自動化的特點,使得系統應用范圍變廣,是一種適用于現在、面向未來的開放型過程控制系統。   

          PCS7擁有良好的用戶界面及強大的系統功能塊庫,能大大節省系統編程組態的時間和費用。
            ·系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺, 所有軟件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同樣統一的軟件平臺。
            ·系統大量采用了新技術, 在網絡配置上使用標準的工業以太網和 PROFIBUS 網絡。
            ·通過冗余的 10 Mbps 光纖環網(工業以太網)相連接,分別將信號傳送至中央控制室, 全廠主要設備的開、停和故障信號都將在過程控制系統和中央控制室顯示。
            ·采用 SIEMENS 高速以太網光纖通信模塊 OSM, 大大加強了網絡抗電磁干擾的能力, 省去了采用普通雙絞線連網所必須考慮的防雷擊及過電壓保護的措施, 使得控制系統安全可靠, 風險系數大大降低。
            ·自動化系統的現場控制站采用帶有帶電熱插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式輸入/輸出控制站,允許控制站中的信號模塊在系統運行的情況下插拔, 而無需停止系統,大大提高了系統的可靠性。
            ·系統所有的分布式遠程I/O分站和低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場控制器等通過PROFIBUS-DP現場總線與系統控制器進行通信,最高通信速率可達12Mbps。

          四、PCS7系統在華新水泥的應用

          1. 硬件組成
            華新水泥生產過程自動化控制系統的硬件包括:1個西門子SIMATIC 300站和5個(最少為3個)西門子SIMATIC 400站。(各個站包括1個電源模塊、1個CPU、1個工業以太網通訊接口模塊和數量不等的ET200M、模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊)、1臺工程師站計算機和1組服務器對及若干臺工控計算機、2個西門子CP1613網卡、1臺MIS服務器。

          2、 軟件組成
            華新水泥生產過程自動化控制系統的軟件包括:Windows 2000 Server 英文版操作系統、西門子PCS7編程軟件和CEMAT水泥行業專業軟件。

          3、 系統配置(見附圖)
            華新水泥生產過程自動化控制系統中各個現場控制站通過西門子工業以太網通訊模塊連接在同一個SIMATIC工業以太網(采用光纖熔接為環形網絡,如下圖中綠線所示)上完成控制功能,同時服務器通過西門子CP1613網卡、若干臺工控計算機也通過經RJ45屏蔽雙絞線由普通網卡到交換機或中控室的OSM TP62連接到此SIMATIC 工業以太網上完成監視和操作功能。其中,原料磨控制系統的SIMATIC 400站通過工業以太網與石灰石破碎控制系統的SIMATIC 300站交換數據,同時原料磨控制系統的SIMATIC 400站通通過工業以太網與窯尾控制系統和窯頭控制系統的SIMATIC 400站交換數據。而且,SIMATIC 400站基于PROFIBUS-DP/PA網絡,連接現場遠程控制站、PROFIBUS-DP設備(低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場控制器等)或PROFIBUS-PA儀表(溫度變送器、壓力變送器)。

          4、 硬件評估
            SIMATIC 工業以太網是德國西門子公司開發的一種基于TCP/IP協議的標準以太網,它的優點是連接簡單、便于擴展、速度快、兼容性好。華新水泥生產過程自動化控制系統在主站監控級網絡采用SIEMENS Industrial Ethernet,在設備級網絡采用PROFIBUS-DP。華新水泥采用室外重鎧六芯62.5um/125um光纖作為SIMATIC 工業以太網的連接介質,有效地實現了工業以太網數據傳輸過程中的抗干擾功能,保證了系統運行的可靠性。

          PROFIBUS作為一種總線標準,具有開放、國際化、不依賴于設備生產商等特點,由其構成的兼容網絡系統,可應用于不同的場合,分別是PROFIBUS-FMS,提供強有力的通信功能;PROFIBUS-DP,用于傳感器和執行器級 的高速數據傳輸;PROFIBUS-PA,用于安全性較高的場 合,允許對設備進行完全的內部操作。SIMATIC Profibus DP網是西門子公司開發的一種基于現場總線技術的設備網,它的特點是可以在PLC(可編程序控制器)與現場設備(如變頻器、工業鍵盤、智能儀表、分布式I/O站等)之間交換數據。華新水泥生產過程自動化控制系統采用西門子專用DP/PA線作為Profibus DP/PA網的連接介質。  

          華新水泥自2002年起至今,大規模使用PROFIBUS技術。在華新,各條水泥大約使用DP設備200臺,PA儀表100臺。

          PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一,以其獨特的技術特點、嚴格的認證規范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規,已成為最重要的現場總線標準。它符合:- IEC 61158 國際標準 和- JB/T10308.3-2001(中國標準2001 年) 。  

          PROFIBUS 協議包括以下主要部分:
          · PROFIBUS DP:主站和從站之間采用輪循的通訊方式,主要應用于制造業自動化系統中單元級和現場級通信。
          · PROFIBUS PA:電源和通信數據通過總線并行傳輸,主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場級通訊。

          PROFIBUS技術與傳統集中控制比較,在系統設計、安裝調試、維護及擴展方面都具有十分明顯的優勢:

          · 12M 的通信速率和可靠的通信質量
          · 適用多種通信介質(電、光、紅外、導軌以及混合方式)
          · 靈活的拓撲結構,支持線型、樹型、環型結構以及冗余的通信模型
          · 強大的通信功能,支持基于總線的驅動技術和符合IEC61508 的總線安全通信技術
          · 先進的網絡規模(最多支持126 個總線站,網絡規格可達90 公里)

          采用PROFIBUS技術后,與傳統的電控系統比較,系統具有以下幾個特點:
            ·系統設計更加方便、清晰----負載饋電器的使用,免去了電機保護開關、接觸器及與 PLC輸入/出的大量原理圖、接線圖的設計,出圖量大幅 度減少,ET200M模塊化組件的使用,也使柜(箱)內布 線、設計更為簡便,加快了控制系統設計、生產周期。
            ·安裝簡單、快捷----在不采用任何工具的情況下,接口模塊和端子模塊卡在導軌上,完成接線后,電子模塊、電源模塊、負載饋電 器模塊“即插即用”。
            ·組態、調試更加容易----無須其他特殊軟件,在S7軟件包中,用鼠標拖拉即可完 成PROFIBUS-DP的組態。不需額外費用,設備故障就可通過總線報告,故障定位更加方便。
            ·維護簡單----劃分子站和模塊化組件的使用,以及強大的故障診斷能 力,都為日后設備維護帶來極大的便利。
            ·便于擴展和信息集成----PROFIBUS的使用將孤立的單元設備帶進了信息化網絡中, 為今后系統擴展和企業綜合自動化的實現打下良好的基礎。
            ·最終用戶工程造價降低----PROFIBUS技術的使用,節省了大量的線纜、橋架、端子 排、柜體等,培訓和維護費用減少,這些都降低了工程總造價。

          SIMATIC 400站是西門子公司的拳頭產品,無論在控制速度、控制精度還是抗干擾性、靈活性各方面講都處與PLC產品的領先地位。

          5、 軟件評估
            PCS7是西門子公司為S7-400系列PLC設計的編程軟件,它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節控制;它的組織塊、功能塊、數據塊相結合的編程思想可以隨心所欲地實現各種控制要求;它的時間中斷組織塊可以實現短到10ms長到5s的快速中斷請求;它的符號表(Symbol)可以方便進行程序注釋。

          • 基于標準的SIMATIC軟件和硬件組件
          • 先進的分布式客戶機/服務器架構
          • 可伸縮性強,從小型實驗室系統,到具有高達60,000個過程對象的大型工廠
          • 可用于連續和批處理應用
          • 可用于所有工業領域:過程、制造以及混合工業
          • 強大的HMI系統,帶有集成的基于SQL服務器的歸檔系統
          • 基于IEC 61131 的集中式,工廠范圍內的工程系統
          • 通過現場總線PROFIBUS,現場設備和驅動系統均可很靈活和容易的集成
          • 無縫集成的安全系統,通過TüV*驗證的可滿足AK6/SIL3
          • 在同一個可編程控制器中可以混合運行標準和故障安全相結合的形式,高可用性和故障安全相結合的形式
          • 可在所有層級實現冗余,提高可用性
          • 符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11規范的模塊化批處理系統SIMATIC BATCH
          • 通過SIMATIC IT架構實現 MES/ERP層級的接口

          SIMATIC PCS 7 ——一個真正的現代DCS系統

             HMI

          • 具有多用戶能力的HMI組件
          • 大容量架構
          • 客戶機-服務器結構
          • 冗余
          • 在線修改
            AS, I/O 模塊, I/O
          • 熱插拔(運行中插入和拔出模塊)
          • 運行中可進行擴展 / 修改
          • 用于危險區域的I/O 模塊
          • 冗余(控制器、模塊和PROFIBUS)
          • 集成的故障安全技術
          • 智能現場設備/驅動設備的集成
            通訊
          • 快速以太網和PROFIBUS DP/PA
          • 光纖交換技術
          • 冗余(系統總線和現場總線)
          • 在線擴展
            工程
          • 集中式工程工具,簡單易用,通用操作
          • 批量工程,具有導入/導出功能
          • 應用圖形化和面向PLT的工具進行全面、有效的工程
          • 集成的SIMATIC PDM軟件對智能現場設備進行集中參數化
          • 軟件模擬和測試
          • 修改跟蹤功能
          • 分布式、并行工程功能

          6、 疑難與解答
          1) 標準化編程
            大型的自動化控制系統很難一個人完成,因此需要很多人的分工與合作。標準化編程就是要使軟件工程師編寫的程序整齊劃一,通用性和可讀性強,除了作者本人的閱讀者也能輕而易舉地理解作者的編程思想和工藝要求。這樣不但可以使編程人員不再糾纏編程的枝節問題,縮短編制程序的時間,集中精力解決更加困難的工藝上的問題;而且有利于維護人員對程序的理解,為生產保駕護航提供了更加寶貴的經驗。標準化編程的實現是多方面的,首先根據設計圖紙編制各系統的點號表(用EXCEL表格);再根據點號表編制STEP7符號表(SYMBOL);再根據點號表找出各控制設備的輸入/輸出點號,據此定義下列STEP7使用的點號:模擬手/自動轉換選擇開關;啟動按鈕、停止按鈕(對單線圈的泵或電磁閥);開啟按鈕、關閉按鈕、停止按鈕(對雙線圈的電動閥);手動輸出值、給定值、比例系數、積分時間(對PID調節閥);再根據各控制設備的輸入/輸出點號和中間線圈點號編制各控制設備的手動程序;最后根據設計說明書編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序,即自動程序。

          2) 數據通訊。
            這里的數據通訊包括SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間,SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊。其中,SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間是通過SIMATIC 工業以太網通訊,編程使用FB205(FR_AGSEN/發送數據功能塊)和FB206(FR_AGRCV/接收數據功能塊);SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊也采用相同的方法處理。值得注意的是FB205(FR_AGSEN/發送數據功能塊)和FB206(FR_AGRCV/接收數據功能塊)必須在OB35(100s時間中斷組織塊)中調用。

          3) PID調節
            水泥生產過程中有很多控制對象,諸如系統風力壓力、物料流量等都需要穩定的值。以前這些模擬量的調節采用智能儀表,現在有了西門子SIMATIC 400 PLC就可以取代這些智能儀表,PID調節在STEP7中使用FB513(連續PID調節控制);在WINCC中使用PID調節器的操作面板,完成PID調節控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入、PID參數(比例系數、積分時間)輸入等功能。

          4)畫面強制
            大型工廠自動化控制系統涉及的控制設備很多,控制工藝復雜,導致控制過程中的邏輯連鎖非常復雜,主要設備動作的諸多條件很難同時滿足。為了調試程序的需要,在畫面上增設許多選擇開關,當某開關置“1”時,就假設此條件滿足。當所有條件滿足時,程序就可以對設備進行操作,而不必等待實際條件滿足。在生產中有時某設備出現臨時故障,為不影響正常生產,也可以在畫面上強制,繼續生產,直到設備修好,再把強制解除即可。

          5)SIMATIC Web Navigator:                                         

              Web Navigator 軟件包可使用戶通過Internet或局域網同過IE瀏覽器直接訪問WINCC過程畫面。客戶端無須安裝WINCC應用程序,所有WINCC應用都位于服務器上,因此降低了對客戶端的系統要求。通過Web Navigator 可實現辦公室與現場的數據實時交換,滿足當前對現代化DCS系統的基本要求。同時只需要較少的軟硬件配制就可同時滿足50個操作員站。由于此功能是通過Internet來實現,所以安全性是必須考慮的問題。 

          五、 項目中的難點: 

          由于華新水泥項目中使用了大量的Profibus通訊,且第三方設備較多。最初十分擔心設備的混合通訊以及現場設備間的相互干擾。但在實際使用過程中,深刻的體會到現場總線技術所帶來的方便。同時也感覺到西門子PCS7的開放性對華新水泥過程控制系統項目的幫助。由于第三方設備較多,因此使用大量的自編寫的CFC功能塊,但是正是由于PCS7的開放性能夠為這些CFC功能塊生成相應的BlockIcon、FacePlate、報警信息等DCS系統所必須的功能;不僅第三方設備可以這樣處理,一些比較復雜的工藝過程也采用了同樣的方法,取得了滿意的效果,得到分公司生產維護人員的好評。在通訊調試過程中發現,調試設備通訊時應注意系統的接地,通訊電纜的短路,系統的等電位等因素都會導致系統總線的癱瘓。

          六、華新水泥應用SIMATIC PCS7的項目情況

          (近年投運窯生產系統以SIEMENS的PCS7+CEMAT為主)

          宜都公司1#窯及2#窯----------PCS7 V5.2                     (一期于2003年2月,原為PCS7 V5.1采用SYBASE數據庫;二期于2005年9月,使用PCS7 V5.2,將原一期同步升級,均采用SQL數據庫)

          陽新公司1#窯及2#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (一期于2004年3月, 二期將于2006年9月投運,并將一期項目合并,)

          恩施公司----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (2004年9月)

          武穴公司1#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (2005年4月)

          西藏公司----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (2005年7月)

          蘇州金貓8#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (2005年9月)

          武漢粉磨站----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0                     (2006年3月)

          云南昭通公司----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1                     (2006年5月)

          黃石公司4#窯----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1                     (2006年6月,原為ABB系統,后改造)

          襄樊公司----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1                     (2006年7月)

          七、CEMAT系統

           

          1)CEMAT系統介紹

          CEMAT是英文CEMent AuTomation的縮寫,CEMAT軟件包是西門子公司專門為水泥行業開發的水泥控制系統。它是一個集成化的標準軟件,具有多個專門用于水泥工廠過程控制優化的功能塊,具有簡潔的顯示方式,不需附加另外的專家系統就可完成組態和參數設置。該軟件包集成于PCS7系統,在PCS7集成的功能上增加了針對水泥工程的工程操作、故障診斷及聯鎖等功能塊,是具有獨特的、開放式的接口及經濟的解決方案。

          CEMAT系統在啟動之前可獲得整個系統詳細的狀態報告,不會出現任何不合理的驅動系統或組的啟動,該系統采用似然性邏輯,不會發生不合理的路由選擇。操作員可輸入每個單獨事件的注意事項,并由其他操作員讀取。CEMAT系統采用集成的全局數據庫和統一的組態工具,即SIMATIC程序管理器。在項目管理上,SIMATIC程序管理器從系統硬件和水泥生產工藝兩個視角,同時進行管理。這兩個視角在程序管理器中分別稱為標準分級(Standard Hierarchy)和工藝分級(Plant Hierarchy)。其中標準分級主要管理系統的硬件,而工藝分級主要管理水泥工藝過程,它將整個水泥廠按工藝過程的要求,分為各個子系統,按水泥廠的實際結構采用分層的形式將各個子系統映射到控制器上。與傳統DCS系統的模塊相比,CEMAT系統的組態直接面向水泥工藝過程,且模塊的I/O參數數量較少,工程與組態非常容易,可以顯著減少編程錯誤,同時可以大大避免系統中資源的浪費。

           

          2)CEMAT系統功能

          水泥行業的基礎自動化控制除了常規的電機控制、儀表信號監控外,還具有一些的特殊要求。如設備的成組控制(包括組啟動、組暫停、組停止),兩路閥的控制等,不同方式對同一控制設備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個水泥工程的專用功能塊,可以方便的實現各種功能的控制。用戶可根據控制要求連接相應的管腳實現控制。對于每個功能塊均可使用在線查找幫助。以下介紹了常用的功能塊的功能及應用:
              1)組(GROUP)功能塊的應用:在CEMAT中特有的組(GROUP)功能塊,可用于輸送系統成組順序啟動;可方便的實現組啟動、組單步(本組設備單機啟動)、組暫停、組停止以及組間啟停聯鎖。在實現輸送系統或磨機順序控制時,編程簡單,動作可靠。
              2)DAMPER功能塊的應用:可用于切斷閥、調節閥、雙向電機的控制,有模擬量和數字量控制輸出。常用于風機入口閥門、兩路閥等的控制。
              3)ROUTE功能塊的應用:主要用于順控路徑的選擇,如生料入窯/倒庫選擇、熟料入庫選擇等。
              4)單向電機(Unidirectional Drive)功能塊應用:用于單向電機的手/自動控制,有外部速度信號及電流信號監控,適用多種電機設備的控制,如皮帶電機(有速度開關信號監控聯鎖)、破碎電機(可設定電機電流監控聯鎖)。
              5)測量(Measuring value)功能塊的應用:模擬量信號監控,該功能塊多與CH_AI塊聯合使用,可在線更改輸入的模擬量信號的量程。
              6)功能塊的應用舉例:在以下一個原料入配料倉組的程序中,應用了組(GROUP)、路徑選擇(ROUTE)、三通閥(DAMPER),單相電機(收塵風機、皮帶輸送機)功能塊。整個程序結構清晰,調試方便。

              CEMAT系統有一個專門針對水泥行業開發的特征模塊數據庫,通過它能知道怎樣去運作一個水泥廠,怎樣通過診斷將故障停機時間降到最低,以及怎樣將電動機、節氣閥、傳送帶和工廠的測量結果互相結合起來。CEMAT系統還集成了CEMAT-KCS回轉窯優化控制系統和CEMAT-MCS磨機優化控制系統

           

          3)CEMAT系統在華新

          華新水泥至今現已使用CEMAT系統十余套,其中包含V4.0一套, V6.0八套, V6.1三套。筆者有幸參與了其中9套的項目編程及調試工作,在學習和使用CEMAT系統的過程中,對其有一定程度上的了解和認識:

          1.  CEMAT系統具有如下特點:

          A.     方便的水泥廠故障診斷功能,方便的軟件聯鎖功能;

          B.     靈活便利的操作方式;減少故障時間;

          C.     針對水泥行業的特殊指令;節約了開發人員大量的系統編程時間,從而保證了整個系統的開發進度;

          D.     系統運行結果表明,CEMAT軟件運行穩定,控制可靠,具有推廣運用的價值;

          2.  該系統能簡單、方便地完成整個水泥廠的控制、管理,是用于水泥企業理想的DCS系統,該系統規模變換靈活,可以實現從一個單元的過程控制,到全廠范圍的自動化集成。穩定可靠,在線修改和調試方便,給操作人員和維護人員帶來了很大方便,在高產、穩產、降低能耗和安全環保等方面發揮廠很大作用,達到了設計預期效果,創造了最佳的經濟效益和社會效益。

          3.  CEMAT提供的BLOCK ICON功能,可以自動生成圖形圖符,從而使得上位機的畫面編程工作實現了“批量生產”,大大壓縮了工作時間,保證了監控操作畫面的同一和協調。從2004年起,在CEMAT的原始圖符集的基礎之上,華新水泥又對其進行了些許的修改和優化,使得其更能適應本集團公司的需要。例如在電機等圖符上運用TOOLTIP鼠標文本提示功能,可以更加人性化的為最終用戶考慮。在這些小技巧的考證過程中,CEMAT的整合性和靈活性的兼顧,給每個人留下了深刻的映象。

          4.  雖然CEMAT是基于PCS7針對水泥行業開發的專用擴展軟件包,但是它的長遠規劃和建構的穩定和機動二者兼顧,特別是在調試過程中,讓人感同身受,特別是系統工程師受益菲淺。清晰的邏輯控制理念,幫助大家理清思路,開拓視野;完善的細節管理,使嚴密的工程項目得到質量和時間保證;簡潔的過程步驟,讓后期維護控制和故障管理易于執行。例如:CEMAT在Measuring value測量功能塊和Annunciation報警功能塊中,都在畫面上預留了SIMULATION使能按鈕。這樣,在現場條件不理想或完全不可能具備一定范圍的情況下,生產工作人員可以在一定的授權及許可下,使用該功能從而減少不必要的停機造成損失。

          5.  運用CEMAT系統的統一的編程標準,能夠對企業工廠的管理起到一定程度上的輔助作用,從而使“助力企業生產管理”得以實現。在華新水泥超速發展的今天,人員流動大,在面向相同的控制系統,甚至是控制實現和畫面監控等方面,可以縮短對新生產線的熟悉周期,節約人員的消耗。并且,可以在組織和技術管理層面上,建立統一的標準,即可以摒棄不良的工作習慣,又能夠互相對比參照,最終達到效益和效率的最大最優化。

          6.  CEMAT系統已經作為強大的平臺,為華新水泥提供了更寬廣的自動化優化的空間。例如:在新版本V6.1中,CEMAT系統已經為SIEMENS的MES作了部分的相應的預處理,可以為將來的制造執行系統做好準備。另外,窯優化KCS和磨優化MCS也會在CEMAT系統中實現其強大的功能。

          八、 應用體會


          1、 全集成自動化(TIA)為現代化企業的生產和管理提供的方便;
          2、 現場總線技術的應用節約了大量的現場信號電纜,帶來的方便的同時也提高了項目的經濟效益。Profibus通訊協議的透明允許多廠家開發符合協議的總線設備,為用戶選型提供了廣闊的空間;
          3、 SIMATIC PCS 7的開放性為編程人員帶來的方便;

          4、運行維護費用低:自動控制水平高,運行人員少;

          5、西門子全集成自動化控制系統PCS7具有過程控制系統的所有特性和功能,過程控制簡單而安全、方便信息網絡和現場總線及儀表的集成,設計模塊化,系統的擴展性強,是水泥生產過程中理想的集成運行平臺 .


          九、 控制系統完成的功能
            
            SIMATIC PCS7是西門子公司結合最先進的計算機軟、硬件技術,在西門子公司S5,S7系列可編程控制器及TELEPERM系列集散系統的基礎上,面向所有過程控制應用場合的先進過程控制系統。
            SIMATIC PCS7采用優秀的上位機軟件WinCC作為操作和監控的人機界面,利用開放的現場總線和工業以太網實現現場信息采集和系統通訊,采用S7自動化系統作為現場控制單元實現過程控制,以靈活多樣的分布式I/O接收現場傳感檢測信號。
            SIMATIC PCS7采用符合IEC-1131-3國際標準的編程軟件和現場設備庫,提供連續控制、順序控制及高級編程語言。現場設備庫提供大量的常用的現場設備信息及功能塊,可大大簡化組態工作,縮短工程周期。

          十、 參考文獻
          1、 西門子工業網絡通訊指南。
          2、 西門子自動化專家論文集(2004)
          3、 西門子 Profibus總線通訊技術

          4、 西門子中文網站

           

          十一、結束語


            PCS7控制系統運行系統穩定、可靠。極大地提高了勞動生產率,該系統有效地解決了生產中的很多問題,如減少了生產過程中的突發故障,縮短了生產準備時間和搶修時間,減少了工人的勞動強度,為華新水泥生產創造了可觀的經濟效益和社會效益,達到了節能、降耗的目的。










































































































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