PCS7在华新水泥生产过程控制系统中的应用

PCS7案例4PCS7在华新水泥生产过程控制系统中的应用西门子PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。可以应用于所有工业领域,包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进的过程控制系统，SIMATICPCS7形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。本文描述PCS7控制系统在华新水泥生产过程控制系统中的应用。

华新水泥股份是水泥行业具有百年历史的龙头企业，也是政府重点扶持的大型工业企业之一。在新的世纪，公司坚持积极、稳妥、快速、高效的原那么，以宏伟的气魄，非凡的胆识，通过新建、扩建与并购等手段，实现了超常规的扩张。在建设工期、工程质量、资金投入、工程管理及设备国产化等方面均创造了国内最正确，为国内外行家所高度赞赏，瑞士豪西蒙集团将其作为水泥工程工程建设的典范向其它国家和地区推广。华新水泥股份在国内乃至世界水泥生产企业中名列前茅，在水泥生产过程控制系统中，运用的电气自动化技术及相关系统产品的档次质量，特别是控制系统软件和硬件配置方案及系统应用表达的能力和水平，表达了高度的延续性和前瞻性。一、工程概述：水泥生产过程控制系统在功能分配上同时又是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是根底自动化级。

根底自动化级，主要进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备过程信息进行检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自动调节、超限报警。

过程控制级，主要完成生产过程优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机及其它计算机之间的数据通信。在华新水泥，过程自动化控制系统采用4级网络系统：

·以太网――批量控制效劳器和操作站的数据传输

·工业以太网――系统总线，操作站和控制器间的数据传输

·PROFIBUS-DP――系统I/O总线，控制器与I/O站间的数据传输

·PROFIBUS-PA――系统与PA智能仪表的数据传输华新水泥生产过程自动化控制系统依照水泥生产工艺流程，按如下子系统控制站分布〔以下WINCC画面截屏，以华新水泥〔阳新〕公司一期6000T/D熟料生产线为例〕：石灰石破碎控制站：石灰石破碎及输送；原料磨控制站：原料进厂均化及输送、原料配料、原料粉磨、电收尘、生料入库、水泵房；

窑尾控制站：废气处理〔高温风机、增湿塔〕、生料均化、生料入窑、窑尾塔架〔预热器、分解炉〕、烧成窑中、空压机站；窑头控制站：熟料冷却〔篦冷机〕、熟料入库、原煤输送、煤磨、煤粉秤；上位机采用WINCC进行组态。人机界面主要设计有以下内容:(1)系统工艺流程显示:依据设备系统工艺流程图，按照功能组区域划分;

(2)调节系统、调节画面:回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示;

(3)重要参数趋势显示:有实时趋势与历史趋势两种显示;(4)全局报警显示:系统按照功能区分为假设干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按优先级、报警组过滤查看，并具有全局报警确认。通常情况下，石灰石破碎控制站使用一个西门子SIMATICS7-300站〔315-2DP〕进行控制，其余各个控制站使用一个西门子SIMATICS7-400站〔416-2DP〕进行控制。依照现场设备及工艺布局的具体情况，可以将窑尾控制站和窑头控制站合并为一个控制站；将水泥磨控制站和包装控制站合并为一个控制站。以上每个子系统均通过西门子不同的通讯模块连接在同一个工业以太网上。在窑线主要生产控制局部，采用工程师站及效劳器/客户机结构，运用假设干数量的人机界面〔操作员站〕完成对生料、熟料、水泥生产过程自动化控制系统的监视和控制。并且，管理人员能够使用IE浏览器，利用WINCC中的WebNavigator，通过网关，对生产线的监视和控制进行实时浏览。二、系统要求

1．控制系统设计的总体目标

•提高水泥生产的自动化水平；

•实现实现水泥生产系统的高品质运行，提高运行经济性；

•提高运行人员工作效率，满足整个系统运行全能值班要求；

•提高效益，降低能耗。2．系统设计及应用时的设计思想1)功能设计：表达DCS建成后的自动化程度、处理事故能力〔报警、分析、指导、处理等〕及先进的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗为设计思想。具体如下：

对象控制

•按工艺流程的自动化过程由DCS系统协调完成，到达平衡。

•保障系统平安、可靠、高效运行和启停。

提高水泥生产系统运行的技术经济效益

•实现高自动化投入率，提高可靠性，减少误操作，降低事故率。

完善的操作指导和事故分析手段

•系统运行工况可由很多监测参数反映出来，当运行工况出现异常时，提供相关参数、趋势、图表等高效方式通知运行人员及时处理。

•操作记录打印、报警打印、事故追忆打印、周期性报表等功能，有助于系统日常管理和事故分析。

•高效、便捷的系统在线维护。

2)系统设计：表达DCS的高可靠性、先进性、易维护、易组态等为设计思想。具体如下：

可靠性设计：

•所有部件标准化、通用化、模块化。

•控制系统按分层、分散、自治的原那么。

•所有I/O模件均为智能化设计，采用隔离措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。

维护性设计：

•可带电插拔。

•系统自诊断至通道级。

•选用模块化的功能组态软件，提高软件透明度。

扩展性设计：

•采用工业以太网网络结构，通讯速率100MBPS，主干网采用冗余环网，个子站通过双绞电缆挂接在主干网络上，有极强的通讯扩展能力。

•提供与其它系统的通讯接口，如工业以太网、PROFIBUSDP或MODBUS。

开放性设计：

•支持国际标准数据接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。

•标准MIS数据接口站，与厂级MIS互联。

三、PCS7系统的主要特点

华新水泥为什么选择SIEMENSPCS7?

●水泥生产各个车间和工段互不干扰，但它必须实现相互之间的通讯，完成交换数据，从而保证连锁要求；

●系统有大量的离散输入/输出数据，以及少量的模拟输入/输出；

●局部离散输入/输出需要高扫描速度；

●局部重要过程传感器需要系统能够实现优化处理，也可以实现人工设置；

●工艺相对简洁，设备数量多；

●系统方便地与随机控制设备〔PLC〕的连接、通讯；

●控制系统必须有很好的兼容性；

●控制系统可靠性高，有自诊断和冗余功能

●TIA的理念和强大的系统软件功能四、PCS7系统在华新水泥的应用1．硬件组成

华新水泥生产过程自动化控制系统的硬件包括：1个西门子SIMATIC300站和5个〔最少为3个〕西门子SIMATIC400站。〔各个站包括1个电源模块、1个CPU、1个工业以太网通讯接口模块和数量不等的ET200M、模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块〕、1台工程师站计算机和1组效劳器对及假设干台工控计算机、2个西门子CP1613网卡、1台MIS效劳器。

2、软件组成

华新水泥生产过程自动化控制系统的软件包括：Windows2000Server英文版操作系统、西门子PCS7编程软件和CEMAT水泥行业专业软件。3、系统配置〔见附图〕

华新水泥生产过程自动化控制系统中各个现场控制站通过西门子工业以太网通讯模块连接在同一个SIMATIC工业以太网〔采用光纤熔接为环形网络，如以下图中绿线所示〕上完成控制功能，同时效劳器通过西门子CP1613网卡、假设干台工控计算机也通过经RJ45屏蔽双绞线由普通网卡到交换机或中控室的OSMTP62连接到此SIMATIC工业以太网上完成监视和操作功能。其中，原料磨控制系统的SIMATIC400站通过工业以太网与石灰石破碎控制系统的SIMATIC300站交换数据，同时原料磨控制系统的SIMATIC400站通通过工业以太网与窑尾控制系统和窑头控制系统的SIMATIC400站交换数据。而且，SIMATIC400站基于PROFIBUS-DP/PA网络，连接现场远程控制站、PROFIBUS-DP设备〔低压保护装置、高压保护装置、执行机构、变频器、现场控制器等〕或PROFIBUS-PA仪表〔温度变送器、压力变送器〕。SIMATICPCS7——一个真正的现代DCS系统HMI具有多用户能力的HMI组件大容量架构客户机-效劳器结构冗余AS,I/O模块,I/O热插拔〔运行中插入和拔出模块〕运行中可进行扩展/修改用于危险区域的I/O模块冗余〔控制器、模块和PROFIBUS〕集成的故障平安技术智能现场设备/驱动设备的集成

快速以太网和PROFIBUSDP/PA光纤交换技术冗余〔系统总线和现场总线〕集中式工程工具，简单易用，通用操作批量工程，具有导入／导出功能应用图形化和面向PLT的工具进行全面、有效的工程集成的SIMATICPDM软件对智能现场设备进行集中参数化八、应用体会

1、全集成自动化〔TIA〕为现代化企业的生产和管理提供的方便；

2、现场总线技术的应用节约了大量的现场信号电缆，带来的方便的同时也提高了工程的经济