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(jì)的總體目標(biāo):

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

 ?。?)提高整個水泥生產(chǎn)線的自動化水平;

 ?。?)實(shí)現(xiàn)機(jī)組高品質(zhì)運(yùn)行,提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;

 ?。?)提高運(yùn)行人員工作效率,滿足機(jī)組運(yùn)行全能值班要求;

 ?。?)提高效益,降低能耗。

  二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用時的設(shè)計(jì)思想

  1、 功能設(shè)計(jì):體現(xiàn)DCS建成后的自動化程度、處理事故能力(報(bào)警、分析、指導(dǎo)、處理等)及先進(jìn)的控制策略等,以最大限度提高效益,降低能耗為設(shè)計(jì)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(dá)到能量平衡。

  (2)保障機(jī)組安全、可靠、高效運(yùn)行和啟停。

  1.2提高機(jī)組運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

 ?。?)機(jī)組在額定參數(shù)的上限運(yùn)行,使機(jī)組處于最佳運(yùn)行工況。

 ?。?)實(shí)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(jī)組的運(yùn)行工況可由很多監(jiān)測參數(shù)反映出來,當(dāng)運(yùn)行工況出現(xiàn)異常時,一方面進(jìn)行超馳功能及過程制約機(jī)制的實(shí)行,一方面提供相關(guān)參數(shù)、趨勢、圖表等高效方式通知運(yùn)行人員及時處理。

  (2)操作記錄打印、報(bào)警打印、事故追憶打印、周期性報(bào)表等功能,有助于機(jī)組的日常管理和事故分析。

  (3)高效、便捷的系統(tǒng)在線維護(hù)。

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

  2.1可靠性設(shè)計(jì)

 ?。?)所有部件標(biāo)準(zhǔn)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(jì),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(hù)性設(shè)計(jì)

 ?。?)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(kuò)展性設(shè)計(jì)

  (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(qiáng)的通訊擴(kuò)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(jì)

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

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

  三、系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)

  根據(jù)水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)和實(shí)際I/O點(diǎn)的設(shè)計(jì)分布情況,進(jìn)行以下設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)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(bào)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(jì)進(jìn)行自動化控制,實(shí)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(xì)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(jī)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(jìn)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(yùn)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(jī)作用在于高效、快速地實(shí)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(shí)高壓柜實(shí)現(xiàn)實(shí)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(jì)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

[Page]

  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(dú)立的操作員站(OS站),其中遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)。

  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(jī)上輸出。運(yùn)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場啟停、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲的運(yùn)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(shí)時數(shù)據(jù)庫、控制塊、圖形、趨勢、報(bào)表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝,完成對系統(tǒng)的詳細(xì)自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備。運(yùn)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(jìn)行組態(tài)、維護(hù)。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(jìn)行在線或離線修改。同時,所有運(yùn)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(yùn)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(jī),用于記錄打印和CRT圖象拷貝。打印機(jī)選用HP網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。

 ?。?)遠(yuǎn)程I/O站

  系統(tǒng)由西門子CPU和億維UNIMAT的遠(yuǎn)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(jìn)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。

 ?。?)冗余的通訊網(wǎng)絡(luò)

  CP443-1作為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)連接裝置,在物理層上采用高防護(hù)等級的通訊線纜,工業(yè)以太網(wǎng)的卡件上帶有CPU可以獨(dú)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(diǎn)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(jī)模塊將整個網(wǎng)段分成若干子網(wǎng),每個子網(wǎng)都可以獨(dú)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(shí)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(jì)匯總表(I/O)

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

  1    LCS01-DR1   配料遠(yuǎn)程站      81    29    12     6      128

  2    LCS01-DR2   窯尾遠(yuǎn)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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編輯:易洪興

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2024-12-23 20:51:59