西门子PCS7在湖北华新5500t/d 熟料技改项目的应用

概述

　　华新水泥有限公司日产5500 吨的水泥生产线，从石灰石破碎到水泥包装的生产过程监控、信息管理全部纳入计算机控制系统。整个控制系统以生产过程控制为核心，将高低压电动机、自动化仪表、生料质量控制、工厂信息管理等通过网络连接成一个整体。经营管理层采用以太网，生产管理层采用工业以太网，现场控制层以现场总线为主，常规分布式I/O 为辅，组成了一个适于大型水泥生产线的高水平、低投资的完整管理控制一体化系统。整个系统的基本配置见系统配置图。

控制系统配置

整个控制系统网络分为经营管理层、生产管理层和现场控制层。

1) 经营管理层

经营管理层依托华新水泥有限公司已建成的管理网络，通过标准以太网与生产管理层连接。

2) 生产管理层

　　整个系统根据生产线的布置情况和运行管理要求共设6个控制室：中央控制室、原料控制室、石灰石破碎控制室、水泥包装控制室、码头控制室、总配电站。生产管理层采用标准TCP/IP 协议通过工业以太网实现现场控制站与操作员站、工程师站和服务器之间的通讯。

· 操作员站/ 工程师站、PCS7 服务器、现场PLC 站和MIS 服务器通过OSM 连接到工业以太光纤环网上，可以实时共享现场PLC 站的信息。

· 正常操作时，操作员站配置相同，互为备用。可独立工作，也可同时工作，显示不同画面。调试和维修时工程师站可用作软件开发、诊断现场PLC 站故障原因并进行排除等工作。

· 中控室配置彩色喷墨打印机和激光打印机，分别用于报表打印、画面及趋势曲线打印和实时报警打印。

· 管理功能：通过清晰友好的人机界面(HMI) 监控生产线工艺流程实时数据。

· 控制功能：用图形菜单，即中控室操作人员通过操作站的键盘或鼠标对现场设备进行开停控制，也可对现场控制站的调节参数、设定值进行修改。

· 趋势图显示功能：用棒状图和趋势曲线显示主要工艺参数的历史趋势和实时趋势。通常在一幅趋势图中显示1-4 个工艺参数。趋势图中的时间坐标可以选择调整，并能保存两年的历史数据。

· 报警处理功能：在操作员站的CRT 上，不论当前显示何种画面，都会在画面的报警栏处显示出醒目的故障状态，使得操作人员随时了解生产线的故障状态。

·工艺参数设定功能：工艺参数设定分为二类，连续回路控制中的控制值设定和报警的设定。

·其它功能：故障次数记录、主要设备运行累计时间记录、大修周期时间、自动生成日/ 月/ 年报表，并可选择打印方式、自动记录设备或生产过程出现的非正常现象、发生时间、排除时间，并打印报表、历史数据恢复和历史趋势曲线显示，实时数据和历史数据分析处理。

3) 现场控制层

　　现场控制层用于控制水泥生产线工艺过程的各个现场环节。根据本生产线现场I/O 信号的分布，现场控制层分成6 个现场控制站、3 个远程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎远程I/O 站、码头远程I/O 站、原料磨控制站、窑尾控制站、窑头现场控制站、水泥磨现场控制站、熟料库底远程I/O 站和水泥包装现场控制站。

·现场控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每个现场控制站都自成系统，可以独立运行，不受其他现场控制站或服务器故障停机的影响。

·远程I/O 站采用SIMATIC ET200M 远程I/O 站，配置CPU315-2DP 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场控制器进行通信，远程I/O 用于扩展现场控制器的远程输入输出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 远程站中的分布式I/O 模板，通过PROFIBUS-DP 与中央单元连接，为远程I/O 的配置提供了极大的灵活性，即可在控制室内集中配置，也可在现场电力室或分站控制室内分布配置。可通过在中央处理单元插入多个通讯处理器来配置多条SIMATIC NET 网络。

·10kV 系统采用SIPROTEC 4 7SJ62 综合保护器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，实现对高压电机和10kV 配电系统的控制和保护。·低压电动机采用3UF5 SIMOCODE-DP 电机保护控制器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，系列实现对低压电动机的控制和保护。

· 调速装置采用6SE71 系列变频调速，通过CBP2 的PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯。

·电动执行机构采用SIPOS 5 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场控制器进行通信。

· 现场智能仪表( 压力、温度、气体分析等) 通过PROFIBUS-PA 与S7-400 系列现场控制器进行通讯。

SIMATIC 网络系统

　　PCS7 的SIMATIC NET 工业通讯网络结构，拥有丰富灵活的网络层级。各个层级的通讯协议均采用国际标准的网络协议，保证了系统的开放性。SIMATIC NET 的网络产品和模件都采用工业标准制造，适用于有电磁干扰和污染的工业环境。

1) 现场总线级SIMATIC PCS7 的现场仪表和设备级采用PROFIBUS现场总线进行通讯，中央控制器与现场I/O 站通过PROFIBUS-DP 互相进行通讯。

2) 系统总线级工业以太网作为连接操作员站、工程师站和自动化系统站的系统总线。SIMATIC NET 中的高速以太网采用全双工并行(FDX) 通讯模式。

3) 工厂管理级

　　SIMATIC PCS7 提供开放的系统平台，支持将系统连接到工厂管理级，以实现工厂管理层上众多软件包快速简便的集成，实现无缝管理和控制层上的数据交换和共享，并以WEB 方式实现与集团经营管理网的过程数据共享。

结束语

　　现场总线技术的出现和成熟，使传统的DCS 控制系统在结构和性能上都发生了巨大的飞跃。系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出诸多优越性。它不仅节省了硬件数量与投资，节省了安装费用，而且系统的维护费用也大大地降低。SIMATIC PCS7 过程控制系统丰富的产品支撑和多层次的通讯网络可满足现代大型水泥工厂在传统的以生产管理为核心的控制系统结构上向经营管理层和现场控制层两端延伸的控制要求。上层通过标准以太网接入经营管理层，下层根据水泥生产线的特点，灵活地组成现场总线和分布I/O 现场控制层。