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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(guò)程監(jiān)控、信息管理全部納入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)以生產(chǎn)過(guò)程控制為核心，將高低壓電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)化儀表、生料質(zhì)量控制、工廠信息管理等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接成一個(gè)整體。經(jīng)營(yíng)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(chǎng)控制層以現(xiàn)場(chǎng)總線為主，常規(guī)分布式I/O 為輔，組成了一個(gè)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(gè)系統(tǒng)的基本配置見(jiàn)系統(tǒng)配置圖。
控制系統(tǒng)配置
整個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為經(jīng)營(yíng)管理層、生產(chǎn)管理層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。
1) 經(jīng)營(yíng)管理層
經(jīng)營(yíng)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(guò)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(gè)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(gè)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(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)PLC 站和MIS 服務(wù)器通過(guò)OSM 連接到工業(yè)以太光纖環(huán)網(wǎng)上，可以實(shí)時(shí)共享現(xiàn)場(chǎng)PLC 站的信息。
· 正常操作時(shí)，操作員站配置相同，互為備用。可獨(dú)立工作，也可同時(shí)工作，顯示不同畫(huà)面。調(diào)試和維修時(shí)工程師站可用作軟件開(kāi)發(fā)、診斷現(xiàn)場(chǎng)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(bào)表打印、畫(huà)面及趨勢(shì)曲線打印和實(shí)時(shí)報(bào)警打印。
· 管理功能：通過(guò)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(shí)數(shù)據(jù)。
· 控制功能：用圖形菜單，即中控室操作人員通過(guò)操作站的鍵盤(pán)或鼠標(biāo)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)停控制，也可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的調(diào)節(jié)參數(shù)、設(shè)定值進(jìn)行修改。
· 趨勢(shì)圖顯示功能：用棒狀圖和趨勢(shì)曲線顯示主要工藝參數(shù)的歷史趨勢(shì)和實(shí)時(shí)趨勢(shì)。通常在一幅趨勢(shì)圖中顯示
1-4 個(gè)工藝參數(shù)。趨勢(shì)圖中的時(shí)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(bào)警處理功能：在操作員站的CRT 上，不論當(dāng)前顯示何種畫(huà)面，都會(huì)在畫(huà)面的報(bào)警欄處顯示出醒目的故障狀態(tài)，使得操作人員隨時(shí)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(bào)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(shí)間記錄、大修周期時(shí)間、自動(dòng)生成日/ 月/ 年報(bào)表，并可選擇打印方式、自動(dòng)記錄設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的非正常現(xiàn)象、發(fā)生時(shí)間、排除時(shí)間，并打印報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)和歷史趨勢(shì)曲線顯示，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分析處理。
3) 現(xiàn)場(chǎng)控制層
現(xiàn)場(chǎng)控制層用于控制水泥生產(chǎn)線工藝過(guò)程的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)。根據(jù)本生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)I/O 信號(hào)的分布，現(xiàn)場(chǎng)控制層分成6 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站、3 個(gè)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(chǎng)控制站、水泥磨現(xiàn)場(chǎng)控制站、熟料庫(kù)底遠(yuǎn)程I/O 站和水泥包裝現(xiàn)場(chǎng)控制站。
·現(xiàn)場(chǎng)控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站都自成系統(tǒng)，可以獨(dú)立運(yùn)行，不受其他現(xiàn)場(chǎng)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(guò)PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通信，遠(yuǎn)程I/O 用于擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(chǎng)電力室或分站控制室內(nèi)分布配置。可通過(guò)在中央處理單元插入多個(gè)通訊處理器來(lái)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(guò)PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電機(jī)和10kV 配電系統(tǒng)的控制和保護(hù)。
·低壓電動(dòng)機(jī)采用3UF5 SIMOCODE-DP 電機(jī)保護(hù)控制器，通過(guò)PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通訊，系列實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓電動(dòng)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(guò)CBP2 的PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通訊。
·電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用SIPOS 5 通過(guò)PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通信。
· 現(xiàn)場(chǎng)智能儀表( 壓力、溫度、氣體分析等) 通過(guò)PROFIBUS-PA 與S7-400 系列現(xiàn)場(chǎng)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(jí)。各個(gè)層級(jí)的通訊協(xié)議均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開(kāi)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(chǎng)總線級(jí)
SIMATIC PCS7 的現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備級(jí)采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，中央控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O 站通過(guò)PROFIBUS-DP 互相進(jìn)行通訊。
2) 系統(tǒng)總線級(jí)
工業(yè)以太網(wǎng)作為連接操作員站、工程師站和自動(dòng)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(jí)
SIMATIC PCS7 提供開(kāi)放的系統(tǒng)平臺(tái)，支持將系統(tǒng)連接到工廠管理級(jí)，以實(shí)現(xiàn)工廠管理層上眾多軟件包快速簡(jiǎn)便的集成，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(yíng)管理網(wǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)共享。
結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(guò)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(yíng)管理層和現(xiàn)場(chǎng)控制層兩端延伸的控制要求。上層通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接入經(jīng)營(yíng)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(chǎng)總線和分布I/O 現(xiàn)場(chǎng)控制層。
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