UniMAT PLC在某水泥廠DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　一 、系統(tǒng)概述

　　工程范圍：為日產(chǎn)2500噸新型干法水泥生產(chǎn)線提供完整的集散控制系統(tǒng)（DCS），滿足水泥生產(chǎn)需要，為生產(chǎn)高品質(zhì)水泥提供穩(wěn)定性保障。

　　控制系統(tǒng)設(shè)計的總體目標(biāo)：

　?。?）為生產(chǎn)高品質(zhì)水泥提供可靠的運行環(huán)境；

　　（2）提高整個水泥生產(chǎn)線的自動化水平；

　?。?）實現(xiàn)機組高品質(zhì)運行，提高運行經(jīng)濟性；

　?。?）提高運行人員工作效率，滿足機組運行全能值班要求；

　　（5）提高效益，降低能耗。

　　二、系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用時的設(shè)計思想

　　1、 功能設(shè)計：體現(xiàn)DCS建成后的自動化程度、處理事故能力（報警、分析、指導(dǎo)、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(shè)計思想。具體如下：

　  1.1對象控制

　?。?）按工藝流程的自動化過程由DCS系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成，達到能量平衡。

　　（2）保障機組安全、可靠、高效運行和啟停。

　　1.2提高機組運行的技術(shù)經(jīng)濟效益

　　（1）機組在額定參數(shù)的上限運行，使機組處于最佳運行工況。

　　（2）實現(xiàn)高自動化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。

　　1.3完善的操作指導(dǎo)和事故分析手段

　?。?）機組的運行工況可由很多監(jiān)測參數(shù)反映出來，當(dāng)運行工況出現(xiàn)異常時，一方面進行超馳功能及過程制約機制的實行，一方面提供相關(guān)參數(shù)、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，有助于機組的日常管理和事故分析。

　　（3）高效、便捷的系統(tǒng)在線維護。

　　2、 系統(tǒng)設(shè)計：體現(xiàn)DCS的高可靠性、先進性、易維護、易組態(tài)等為設(shè)計思想。具體如下：

　　2.1可靠性設(shè)計

　　（1）所有部件標(biāo)準化、通用化、模塊化。

　　（2）控制系統(tǒng)按分層、分散、自治的原則。

　?。?）所有I/O模件均為智能化設(shè)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(shù)字濾波和消除偶發(fā)干擾的措施。

　　2.2維護性設(shè)計

　　（1）系統(tǒng)自診斷至通道級。

　?。?）選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件透明度。

　　2.3擴展性設(shè)計

　　（1）采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通訊速率100mpbs，主干網(wǎng)采用冗余環(huán)網(wǎng)，各子站通過雙絞電纜掛接在主干網(wǎng)絡(luò)上，有極強的通訊擴展能力。

　?。?）提供與其它系統(tǒng)的通訊接口，如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS DP或MODBUS。

　　2.4開放性設(shè)計

　　(1)支持國際標(biāo)準數(shù)據(jù)接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。

　 （2）支持SIS系統(tǒng)，實現(xiàn)對DCS數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

　　三、系統(tǒng)配置與功能實現(xiàn)

　　根據(jù)水泥生產(chǎn)的特點和實際I/O點的設(shè)計分布情況，進行以下設(shè)計方案，設(shè)計的基本功能包括：原料配料系統(tǒng)、生料磨系統(tǒng)、生料均化系統(tǒng)、燒成系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)、煤磨系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、報警系統(tǒng)以及趨勢圖等，系統(tǒng)按工藝流程分別介紹如下：

　　1、原料配料系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)主要對水泥生產(chǎn)所需原料鐵粉、砂巖和石灰石的料位計進行自動化控制，實現(xiàn)各原料間的合理、高效配比。配料的目的是為了確定各種原料、燃料的消耗比 例和優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗地生產(chǎn)水泥熟料。其原則是：配制的生料易磨易燒，生產(chǎn)的熟料優(yōu)質(zhì)，生產(chǎn)過程易于操作控制和管理，并簡化工藝流程。

　　2、生料磨系統(tǒng)

　　粉磨是將小塊狀（粒狀）物料碎裂成細粉的過程。生料磨是將原料配合后粉磨成生料的工藝。主要包括生料磨、選粉機以及粉塵回收功能等。合理的生料磨系統(tǒng)對保證生料質(zhì)量和產(chǎn)量，提高熟料的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低單位產(chǎn)品電耗等有重要意義。

　　3、生料均化系統(tǒng)

　　生料均化是采用空氣攪拌及重力作用下產(chǎn)生的“漏斗效應(yīng)”，使生料粉向下降落時切割盡量多層料面予以混合。同時，在不同流化空氣的作用下，使沿庫內(nèi)平行料面發(fā)生大小不同的流化膨脹作用，有的區(qū)域卸料，有的區(qū)域流化，從而使庫內(nèi)料面產(chǎn)生徑向傾斜，進行徑向混合均化。

　　4、燒成系統(tǒng)

　　燒成系統(tǒng)是將生料轉(zhuǎn)變?yōu)槭炝系倪^程，直接決定水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量、燃料和襯料的消耗以及回轉(zhuǎn)窯的安全運轉(zhuǎn)。其關(guān)鍵技術(shù)是懸浮預(yù)熱技術(shù)、分解爐和回轉(zhuǎn)窯，分別承擔(dān)水泥熟料煅燒過程的預(yù)熱、分解以及燒成。

　　5、窯頭系統(tǒng)

　　窯頭系統(tǒng)的篦式冷卻機作用在于高效、快速地實現(xiàn)熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。在對熟料驟冷的同時，還有對入窯二次風(fēng)及入爐三次風(fēng)得到加熱升溫任務(wù)。

　　6、水泥粉磨及包裝為后期工程，暫未開工。

　　7、電力系統(tǒng)

　　主要是對生料電力室高壓柜和燒成電力實高壓柜實現(xiàn)實時監(jiān)控。

　　8、網(wǎng)絡(luò)配置

　　水泥生產(chǎn)的各個控制站極為分散，此時系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計與采用使得我們的過程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個系統(tǒng)的安全系數(shù)。本控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

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　　系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)上可分為：

　?。?）操作員站(OS站)和工程師站(ES站)

　　DCS系統(tǒng)配置4套獨立的操作員站（OS站），其中遠程配料、生料磨粉、燒成窯尾窯中、窯頭及煤磨一個OS站，即4個操作員站（每個操作站帶24寸液晶顯示器），在中央控制室還配有一個ES站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用計算機。

　　OS站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)等，可在打印機上輸出。運行Windows XP多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的WINCC6.2應(yīng)用軟件。所有OS站均為全能值班配置，圖像、操作、數(shù)據(jù)一致，實現(xiàn)現(xiàn)場啟停、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲的運行操作。

　　系統(tǒng)配置1套工程師站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用電腦。

　　ES站主要完成實時數(shù)據(jù)庫、控制塊、圖形、趨勢、報表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝，完成對系統(tǒng)的詳細自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備。運行Windows XP多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的STEP7v5.4、WINCC6.2應(yīng)用軟件。

　　可由電氣專業(yè)人員通過工程師站對系統(tǒng)進行組態(tài)、維護。專業(yè)工程師在授權(quán)的情況下，可以在現(xiàn)場對系統(tǒng)進行在線或離線修改。同時，所有運行情況和控制邏輯均可 在工程師站上查看，增加了用戶對系統(tǒng)掌握的程度，以及系統(tǒng)軟件、硬件的透明度。當(dāng)不需組態(tài)時，可運行與操作員站完全相同的軟件。

　　整個系統(tǒng)配置2臺網(wǎng)絡(luò)打印機，用于記錄打印和CRT圖象拷貝。打印機選用HP網(wǎng)絡(luò)打印機。

　?。?）遠程I/O站

　　系統(tǒng)由西門子CPU和億維UNIMAT的遠程I/O站配合組成，每個分布式I/O站都采用億維的UNIMAT的UN 300系列模塊，通過153接口模塊和S7-400中央控制站進行PROFIBUS-DP通信。其中有UN 300系列的UN 321-1BL00-0AA(32DI)，UN 322-1BL00-0AA0(32DO)，UN 331-1KF01-0AB0(8AI)，UN 331-7KF02-0AB0(8TC)，UN 332-5HD01-0AB0(4AO)等，既節(jié)省了成本，又降低了能耗。

　　（3）冗余的通訊網(wǎng)絡(luò)

　　CP443-1作為標(biāo)準的工業(yè)以太網(wǎng)連接裝置，在物理層上采用高防護等級的通訊線纜，工業(yè)以太網(wǎng)的卡件上帶有CPU可以獨立處理通訊信號。高速工業(yè)以太網(wǎng) 是在工業(yè)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網(wǎng)采用了全雙工并行(FDX)通訊模式，這種模式允許站點同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太網(wǎng)上還采用了交換技術(shù)，利用交換機模塊將整個網(wǎng)段分成若干子網(wǎng)，每個子網(wǎng)都可以獨立地形成一個數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)段，可以大大地提高通訊效率。普通以太 網(wǎng)上由于網(wǎng)段上數(shù)據(jù)通訊阻塞的存在，使得網(wǎng)絡(luò)上實際通訊技術(shù)只有40%，采用了全雙工并行通訊技術(shù)和交換技術(shù)后，使得網(wǎng)絡(luò)的通訊能力得以充分地利用。

　　DCS統(tǒng)計匯總表（I/O）

　　序號          設(shè)備名稱                 DI    DO    AI    AO    合計    備注

　　1    LCS01-DR1   配料遠程站      81    29    12     6      128

　　2    LCS01-DR2   窯尾遠程站      41    26    58     7      132

　　3    LCS01       原料系統(tǒng)現(xiàn)場站  248   69    73    11     401

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