浙江諸暨八方水泥有限責(zé)任公司#2窯集散控制系統(tǒng)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法使監(jiān)控平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)更加簡單,從而使人機(jī)界面更加友好,操作更為方便;工業(yè)以太網(wǎng)的使用使集散控制系統(tǒng)既可與全廠管理信息系統(tǒng)(MIS)聯(lián)網(wǎng),又可同時(shí)下掛不同品牌的PLC設(shè)備,降低了用戶對(duì)某一種PLC的依賴,充分顯示了系統(tǒng)良好的開放性和兼容性;現(xiàn)場總線及遠(yuǎn)程I/O的出現(xiàn)更使計(jì)算機(jī)有了更大的用武之地。
我公司充分利用上述技術(shù),針對(duì)600t/d~1500t/d中小型干法水泥廠生產(chǎn)過程控制特點(diǎn),開發(fā)了Supercem1000型集散控制系統(tǒng),并成功應(yīng)用于浙江諸暨八方水泥有限責(zé)任公司#2生產(chǎn)線(600t/d)窯系統(tǒng)及煤磨系統(tǒng)的生產(chǎn)過程控制,其控制范圍從均化庫底到熟料庫頂以及煤磨系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)。本文就該線的控制系統(tǒng)作一介紹。

1 硬件結(jié)構(gòu)

圖1 諸暨八方水泥600t/d生產(chǎn)線Supercem1000型DCS結(jié)構(gòu)總覽
系統(tǒng)以2臺(tái)586/166MHz工控機(jī)為監(jiān)控操作平臺(tái)(內(nèi)存32M,硬盤1G,標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo),20″彩色監(jiān)示器);以德國西門子公司最新產(chǎn)品S7 400 PCL為窯頭、窯尾兩個(gè)現(xiàn)場站,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采用西門子公司波特率為10M的高速以太網(wǎng)——H1網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,完成現(xiàn)場站與監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換,并配有1臺(tái)圖形打印機(jī),1臺(tái)報(bào)表打印機(jī),2臺(tái)3000W不間斷電源,見圖1。
窯頭現(xiàn)場站負(fù)責(zé)窯尾預(yù)熱器、窯中、窯頭、單筒冷卻機(jī)、熟料輸送以及煤磨的數(shù)據(jù)采集和控制;窯尾現(xiàn)場站負(fù)責(zé)生料卸料、生料入窯、窯尾吹掃以及廢氣處理的數(shù)據(jù)采集和控制。2臺(tái)中央操作站互為備用,其中1臺(tái)為工程師站,以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)。該系統(tǒng)的兩個(gè)現(xiàn)場站與操作站為互聯(lián)網(wǎng),參數(shù)的修改及系統(tǒng)時(shí)鐘的改變均為同步進(jìn)行。這樣兩臺(tái)操作站的歷史趨勢、報(bào)表以及報(bào)警等相關(guān)數(shù)據(jù)就可以保持一致。S7 400是為中高檔性能范圍的自動(dòng)化任務(wù)設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的PLC。在程序執(zhí)行方面,它有極短的指令執(zhí)行時(shí)間,全密封的模板可適應(yīng)惡劣、不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境。I/O模板可進(jìn)行帶電插拔更換。

2 軟件配置與功能

中央操作站是Win95環(huán)境下用西門子人機(jī)接口(MMI)軟件COROS LS-B開發(fā)的實(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)控軟件。操作員在中央控制室可對(duì)窯系統(tǒng)等主要工藝過程實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)包含了國外公司通用型DCS所具有的全部功能:生產(chǎn)工藝流程圖,過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)顯示及棒狀圖,設(shè)備起停順序控制、聯(lián)鎖聯(lián)動(dòng)及狀態(tài)顯示,PID參數(shù)整定和控制目標(biāo)值修改、自動(dòng)跟蹤、無擾切換,工藝參數(shù)變化動(dòng)態(tài)趨勢圖,動(dòng)態(tài)畫面彩色圖形拷貝及打印,生產(chǎn)報(bào)表(班報(bào)、日?qǐng)?bào))打印,報(bào)警及事故記錄打印。
此外,該系統(tǒng)還增加了我公司專門開發(fā)的適用于國內(nèi)廠家的新專利功能:全漢化菜單提示操作;多媒體語音報(bào)警,事故處理操作指導(dǎo);技術(shù)人員對(duì)組態(tài)、配置、信號(hào)、報(bào)警等高級(jí)別的設(shè)置功能。這三個(gè)新功能為技術(shù)力量較弱-的中小型水泥廠使用計(jì)算機(jī)技術(shù)提供了極大的方便。操作員在掌握了鼠標(biāo)的簡單使用方法后即可進(jìn)-行正常操作,這主要是Windows風(fēng)格及本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的界面易于被接受。比如閥門的開度,不僅有模擬量的顯示,而且在全開、全關(guān)、一般情況下顯示圖形都不同;計(jì)算機(jī)顯示屏中,設(shè)備的顏色也根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況而變化,如表1所示。
本系統(tǒng)現(xiàn)場站的程序是在Windows95環(huán)境下用西門子Step7編程軟件包開發(fā)的,實(shí)現(xiàn)所有工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)共享,對(duì)于自動(dòng)化的各個(gè)方面都具備用戶友好的功能:模塊配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、信號(hào)參數(shù)定義、模擬量的處理、設(shè)備起停控制、報(bào)警識(shí)別、PID調(diào)節(jié)、報(bào)表數(shù)據(jù)的保存及清零等功能。它符合IEC1131-3國際標(biāo)準(zhǔn),使用者很容易掌握,它包括SIMATIC管理器、符號(hào)編輯器等功能軟件包。Step7提供兩種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言:語句表(STL)、梯形圖(LAD)。本系統(tǒng)主要采用梯形圖編程,這樣程序可讀性強(qiáng),便于廠方技術(shù)人員盡快掌握。

表1〓色彩與信號(hào)狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

色 彩

模 擬 量

設(shè)備狀況

綠色

藍(lán)色

黃色

紅色

紅色并閃爍

淺蘭色(用于事件記錄中)

玫瑰色(用于事件記錄中)

黑色(用于事件記錄中)

正常范圍內(nèi)

超限報(bào)警,已被確認(rèn)

產(chǎn)生報(bào)警,未確認(rèn)

報(bào)警已確認(rèn)并消除

報(bào)警未被確認(rèn)但已消除

正常運(yùn)行中

備妥

報(bào)警,已被確認(rèn)

產(chǎn)生報(bào)警,未確認(rèn)

報(bào)警已確認(rèn)并消除

開停時(shí)間記錄

以設(shè)備起停控制為例,一組設(shè)備的步序啟動(dòng)首先應(yīng)考慮本組設(shè)備是否都已備妥、各設(shè)備之間的延時(shí)時(shí)間;其次應(yīng)弄清本組中哪些設(shè)備是聯(lián)鎖的,及有些設(shè)備的起停條件(如閥門的開啟程度、壓力大小等)當(dāng)本設(shè)備的啟動(dòng)脈沖發(fā)出時(shí),程序在檢查砍認(rèn)無報(bào)警、已備妥、聯(lián)鎖的上級(jí)設(shè)備已正常啟動(dòng)及相關(guān)條件成立的情況下,程序才發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)該設(shè)備;當(dāng)上級(jí)設(shè)備突然停止運(yùn)行時(shí),程序會(huì)自動(dòng)停止相應(yīng)聯(lián)鎖設(shè)備的運(yùn)行。如果發(fā)出啟動(dòng)命令而沒有返回信號(hào),說明設(shè)備啟動(dòng)有故障,程序立即停發(fā)啟動(dòng)命令,并向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào);沒有發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)卻收到了返回信號(hào)時(shí)處理方法同前。此外程序還實(shí)現(xiàn)了解鎖功能,以方便設(shè)備的單機(jī)調(diào)試,或在特殊情況下解開設(shè)備之間的聯(lián)鎖,單獨(dú)啟動(dòng)某臺(tái)設(shè)備。在程序中,緊急停車和現(xiàn)場開停具有更高的優(yōu)先級(jí)別,以保證人生及設(shè)備的安全,當(dāng)然這需要現(xiàn)場設(shè)備的信號(hào)能準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)。

3 投運(yùn)效果
本系統(tǒng)已于1997年7月1日在八方水泥有限責(zé)任公司正式投入使用,在廠方的積極配合下,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好,達(dá)到了預(yù)期效果。
(1)從操作效果看,系統(tǒng)操作簡單方便,且直觀。由于系統(tǒng)有報(bào)表功能,操作員筆頭工作減少了;在處理報(bào)警方面,也比以前迅速;交接班時(shí),接班工作人員直接觀察上一班的歷史趨勢即可。
(2)從控制效果看,喂煤、喂料等的控制效果明顯提高。PID投入使用前,喂料量和喂煤量靠手動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)來控制,很不穩(wěn)定;PID投入使用后,喂料量和喂煤量由計(jì)算機(jī)直接控制,它能正確反映設(shè)備的起停狀態(tài)、運(yùn)行情況等。圖2、圖3為PID投入使用前后喂料量和喂煤量的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明,全面而完整的歷史趨勢對(duì)事故追憶、實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場調(diào)試等方面起到了很大作用。
圖2 PID投入使用前喂料量、喂煤量趨勢圖
圖3 PID投入使用后喂料量、喂煤量趨勢圖

4 投資效益比較

采用Supercem 100型集散系統(tǒng)的投資費(fèi)用較低。第一,系統(tǒng)只需一個(gè)控制室,節(jié)省了各車間原來控制室的占地及土建費(fèi)用;第二,現(xiàn)場信號(hào)接到最近的現(xiàn)場站即可;節(jié)省了現(xiàn)場到各車間控制室的電線電纜,也節(jié)省了各車間的值班人員、儀表維修人員及相應(yīng)的各種費(fèi)用;第三,可靠性極高,從而大大提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率,降低了消耗,提高了帶動(dòng)生產(chǎn)率。八方水泥有限公司600t/d生產(chǎn)線采用本系統(tǒng)的投資與采用DDZ單元模擬儀表的投資相比僅增加20%左右,而與采用智能式數(shù)字儀表相比基本持平,或還要便宜一些。由此可見,投資效益是顯著的。

5 結(jié)束語

Supercem 1000型集散控制系統(tǒng)具有控制技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、功能齊全等優(yōu)點(diǎn),從諸暨八方水泥有限公司的運(yùn)行效果看,本系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、價(jià)格低廉、操作方便,做到花儀表的錢,上計(jì)算機(jī)的檔次。此系統(tǒng)在600t/d到1500t/d中小型水泥廠中推廣具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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