水泥生產(chǎn)線的PLC分布控制

　　SIMATIC PCS7 是西門子的新一代控制系統(tǒng)。它以先前的SIMATIC產(chǎn)品為基礎(chǔ)的系統(tǒng)所獲得的經(jīng)驗(yàn)集中起來并進(jìn)一步發(fā)展而成的，模塊化結(jié)構(gòu)，可按系統(tǒng)進(jìn)行配置，從單個的小型自動化解決方案到復(fù)雜的控制系統(tǒng)。  

　　本工程為日產(chǎn)1000噸熟料水泥生產(chǎn)線，設(shè)有中央控制室（CCR），其控制、監(jiān)視、管理范圍包括生料配料、原料粉磨、廢氣處理、生料入窯、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、熟料儲存、媒粉制備、水泥配料及水泥粉磨等到主要生產(chǎn)流程。在中央控制室對生產(chǎn)工藝過程的現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行監(jiān)視、管理和操作，從而達(dá)到使生產(chǎn)工藝設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的目的。根據(jù)生產(chǎn)流程分設(shè)1#、2#、3#、4#四個現(xiàn)場控制站，分別設(shè)置在原料磨電氣室、窯尾電氣室、窯頭電氣室和水泥磨電氣室內(nèi)。它們各自的控制和檢測為：1#現(xiàn)場控制站：生料配料站、原料粉磨及廢氣處理。2#現(xiàn)場控制站：生料入窯、燒成窯尾及燒成窯中。3#現(xiàn)場控制站：燒成窯頭、煤粉制備及輸送。4#現(xiàn)場控制站：熟料配料、水泥粉磨及輸送。 現(xiàn)場控制站具有閉環(huán)控制，電機(jī)順序聯(lián)鎖控制，以及數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，儲存、報警等功能；擁有數(shù)字量的模擬量控制的全部功能，可有效地對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，與電氣馬達(dá)控制中心（MCC）一起對生產(chǎn)流程的馬達(dá)實(shí)施邏輯聯(lián)鎖、順序控制、分組啟動/停止，同時，通過數(shù)據(jù)高速通道與中央控制室操作站進(jìn)行過程數(shù)據(jù)和信息傳輸，接受來自操作人員的各種控制命令，完成檢測控制要求。另外，還具有在線/離線組態(tài)功能，自診斷等功能。分布式控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站均可獨(dú)立完成各自的控制任務(wù)。  

　　在本工程投標(biāo)活動中，我們選擇了SIEMENS公司的SIMATIC PCS7，根據(jù)標(biāo)書要求及所提供數(shù)據(jù)：SIMATIC PCS7，SIEMENS公司的新集散控制系統(tǒng)（DCS），是全集成自動化（TIA）的核心部分，是使用單一、全集成化通用的系統(tǒng)解決自動化問題的革新產(chǎn)品。根據(jù)技術(shù)資料介紹，在新的自動化概念范圍內(nèi)，SIMATIC PCS7克服了系統(tǒng)間的許多障礙：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和DCS/PLC之間的障礙，控制和監(jiān)視之間的障礙，集中式和分布式自動化結(jié)構(gòu)之間的障礙，生產(chǎn)制造和工藝過程間的障礙。擁有真正靈活、集成化系統(tǒng)所的全部優(yōu)點(diǎn)。目前PCS7系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)已發(fā)售341套，在國內(nèi)運(yùn)行著12套。而本工程應(yīng)用PCS7所有部件構(gòu)成完整的工廠全面自動化在國內(nèi)還屬第一次。  

　　分布式現(xiàn)場控制單元（AS）為S7400主站加ET200M分布式I/O。SIEMENS公司最新研制的高性能PLC具有下列特點(diǎn)：高速、堅(jiān)固、通信能力強(qiáng)、使用方便、能滿足用戶要求，簡而言之：性能高，操作簡單。包括通信、處理速度、診斷以及完善的處理功能。 自動化系統(tǒng)從SIMATIC S7400系統(tǒng)中選擇的中央處理器以模塊化形式組合，如基于以下SIMATICCPU：S7414 - 2DP，S7416 - 2DP，S7417 - 4DP，系統(tǒng)組成：電源模塊，CPU，通訊處理器。分布式I/O采用裝有S7300模塊的分布式ET200M站用于過程連接。分布式現(xiàn)場站ET200M，是用于高集中輸入/輸出設(shè)備的模塊化I/O站，具有處理全部分布式自動化問題各種需要的能力。可通過S7300I/O模塊擴(kuò)展。用來替代S7400模塊，大幅降低費(fèi)用。ET200是PROFIBUS - DP的被動從站，最大傳輸速率為12Mbit/s。ET200M I/O站包括IM153接口模塊，最多8個S7300可編程控制器模塊，它們通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線與自動化系統(tǒng)相連接。對要求有高可靠性的本方案來說，要求在運(yùn)行過程中能插、拔模塊，則應(yīng)用一種插入和取出I/O子系統(tǒng)，它允許帶電插拔模塊，而不必停止系統(tǒng)的運(yùn)行。技術(shù)資料介紹："有源總線模塊使運(yùn)行時熱更換模塊成為可能。更換模塊時不需要中斷運(yùn)行，老模塊仍保持運(yùn)行，新模塊插入時能自動啟動。"  

　　采用ET200M I/O能構(gòu)成徹底分散的自動化系統(tǒng)。Siemens公司的Profibus現(xiàn)場總線是當(dāng)代應(yīng)用相當(dāng)廣泛、發(fā)展很快的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。與從前使用的對等連接相比，現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)如今已廣為人知。PROFIBUS的迅速普及說明了現(xiàn)場總線已被人們所接受。ET200M I/O正是基于Profibus的分布式自動化系統(tǒng)。因此SIMATIC PCS7支持I/O向更為分散的方向發(fā)展。所有PCS7自動化系統(tǒng)都有集成在CPU上的一個PROFIBUS - DP接口。而且，智能I/O設(shè)備可以直接連接到PROFIBUS - DP上。與當(dāng)今各現(xiàn)場總線技術(shù)相比，PROFIBUS還是有不足之處。PROFIBUS是主從結(jié)構(gòu)，它的配置需要從主站下傳至每一個從站，再等待全部從站發(fā)回備妥信號，在主站每次初始化中均占用大部分時間。而當(dāng)主站正常運(yùn)行時，任何一個從站的故障都會導(dǎo)致主站停機(jī)。這使得我們覺得實(shí)在是PROFIBUS的一大缺陷。 另外ET200M有一個突出的優(yōu)點(diǎn)，那就是S7 - 300模擬量模塊。一個模擬量模塊可以覆蓋所有測量范圍。通過軟件可以單獨(dú)設(shè)置多達(dá)40個不同的測量范圍，如需要每個通道的測量范圍都可以不同。混合方式也可以。這些極大的增加了靈活性。在培訓(xùn)中、在現(xiàn)場調(diào)試中我們反復(fù)向用戶方強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，現(xiàn)在用戶方已經(jīng)從中得益，并且能夠掌握配置方法。不僅如此，ET200M還降低了后勤和庫存的費(fèi)用，因?yàn)閷τ谒袦y量范圍只需一種模塊作庫存?zhèn)溆?。該工程?xiàng)目中現(xiàn)場設(shè)備除了ET200M分布式I/O模塊外，還包括SIPOS執(zhí)行機(jī)構(gòu)，SIMOVERT可變速驅(qū)動裝置，SIMOCODE電動機(jī)接觸器和控制模塊等和來自其它制造商的各種與PROFIBUS兼容的現(xiàn)場設(shè)備，能連接到PROFIBUS - DP。 

　　過程控制系統(tǒng)SIMATIC PCS7使用SIMATIC NET工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。所有的SIMATIC NET產(chǎn)品都是為工業(yè)應(yīng)用而專門開發(fā)的。SIMATIC NET提供三種總線選擇：用于大型網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)以太網(wǎng)，用于小型網(wǎng)絡(luò)的PROFIBUS - FMS和用于連接現(xiàn)場設(shè)備的PROFIBUS - DP。它們特別適宜網(wǎng)絡(luò)部件會遭受嚴(yán)重的電磁干擾、液體侵入、大氣侵蝕、高度污染或過重的機(jī)械負(fù)荷的地區(qū)。所有這些網(wǎng)絡(luò)都已成功的用于世界各地。 從SIMATIC NET系列引出的系統(tǒng)總線用于工程和自動化系統(tǒng)與人 - 機(jī)接口之間的。在小規(guī)模應(yīng)用中，例如：在小批量生產(chǎn)設(shè)備中，操作員面板和自動化系統(tǒng)可經(jīng)過集成的MPI接口連接，PROFIBUS適用于有高性能要求的中型到大型工廠，而工業(yè)以太網(wǎng)則滿足大型工廠的高性能要求。從而，SIMATIC PCS7能使生產(chǎn)工廠的所有地區(qū)（亦即實(shí)際的生產(chǎn)過程及上游和下游自動化級）用統(tǒng)一的通信系統(tǒng)相互連接。也可利用有冗余布置的光纖與光纖鏈路模塊（OLM）的PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)各種型式。工業(yè)以太網(wǎng)是用于為大型工廠設(shè)計(jì)的要求高性能的SIMATIC PCS7的系統(tǒng)總線。把S7 - 400連接到已有的網(wǎng)絡(luò)是非常容易的，只要簡單地將SIMATIC NET通信處理器（CP）插入PLC，然后在STEP7軟件中配置通信處理器的參數(shù)，這就完成了入網(wǎng)操作，CPU和CP之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換是由集成的已編程的通信功能模塊來處理。我們在本次應(yīng)用中選擇了工業(yè)以太網(wǎng)為系統(tǒng)總線。 

　　SIMATIC PCS7的人 - 機(jī)接口是基于WinnCC4.02版。為WinnCC額外提供專門設(shè)計(jì)用于過程控制系統(tǒng)用戶需要的控制系統(tǒng)選件，它與基本的WinnCC功能結(jié)合，形成一種完整的、功能強(qiáng)大、現(xiàn)代化的操作員站。在WinnCC系列內(nèi)，支持OP47、SIMATIC、工業(yè)PC及編程設(shè)備。因而，從一個局部的現(xiàn)場操作員站（OP）起，經(jīng)過有一個或二個監(jiān)示器的單用戶系統(tǒng)，直至有幾個操作員終端（通過一條以太網(wǎng)終端總線連接）的多用戶系統(tǒng)，可以實(shí)施模塊化解決方案。 多用戶系統(tǒng)由幾個操作員終端組成，這幾個操作員終端由通過終端總線提供數(shù)據(jù)。終端總線是獨(dú)立于系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)總線。終端總線完全獨(dú)立于系統(tǒng)總線而存在，只用于從OS服務(wù)器向過程終端，工程系統(tǒng)和主計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總線和終端總線完全分離，OS服務(wù)器只需通過自動化系統(tǒng)提供一次數(shù)據(jù)，或者，如果有多個操作員通訊通道的話，則通過過程終端提供。多用戶系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：過程終端能夠以極大的靈活性安裝與排列。安裝費(fèi)用相當(dāng)?shù)土?。OS服務(wù)器的操作系統(tǒng)是NT4.0 SERVER or WORKSTATION，運(yùn)行TCP/IP協(xié)議。操作員站的操作系統(tǒng)是WIN95 or NT4.0。SERVER/CLIENT的設(shè)置相當(dāng)簡單。在服務(wù)器上建立一個項(xiàng)目，并將它設(shè)置為SERVER，將工作站設(shè)置為CLIENT，配置SERVER和各個CLIENT的啟動參數(shù)，并且將服務(wù)器首先啟動，然后各個CLIENT就可從SERVER數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)啟動并同時運(yùn)行。 

　　配置有相同功能的并行服務(wù)器需要進(jìn)行檔案比較，在操作員站起動后就需要WinnCC/冗余選件。此選件內(nèi)置，只需安裝授權(quán)。這一選件的先決條件是通過以太網(wǎng)總線將兩個服務(wù)器站連接起來，在一次故障之后，OS終端將自動切換，延時1 - 2分鐘。故障服務(wù)器啟動后需手動切換OS終端，在故障后重新起動操作員站時所有測量值檔案和報警檔案將被自動比較并更新。對于兩臺服務(wù)器的冗余，首先在另一臺服務(wù)器SERVER2中建立另一個項(xiàng)目，將它設(shè)置為多用戶系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)這一項(xiàng)中，將工作站設(shè)置為CLIENT。當(dāng)SERVER1上的項(xiàng)目配置好后，使用SIEMENS/WINCC/PROJECTDUPLICATOR將這個項(xiàng)目復(fù)制到SERVER2上的那個項(xiàng)目，在各個工作站上用SIEMENS/WINCC/PROJECTSWITCHER設(shè)置，當(dāng)SERVER1故障時將項(xiàng)目自動轉(zhuǎn)向SERVER2上的項(xiàng)目中。兩臺服務(wù)器的冗余被設(shè)置完成。  

　　兩臺操作員服務(wù)器互為冗余熱設(shè)備，均能獨(dú)立監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，另兩臺操作員站作為人 - 機(jī)接口，具有以下功能：工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；工藝流程動態(tài)參數(shù)顯示，有關(guān)參數(shù)趨勢顯示，歷史數(shù)據(jù)顯示，記錄。過程參數(shù)的打?。菏鹿蕡蟾娲蛴?，班報、日報、月報打印。報警優(yōu)先權(quán)設(shè)定，當(dāng)前畫面顯示任何報警提示，并有中央報警確認(rèn)功能。在操作組內(nèi)有啟動、停車、再啟動和選擇等軟手操功能，通過鍵盤或鼠標(biāo)操作對馬達(dá)進(jìn)行組啟動/停止，也可啟/停單臺馬達(dá)以及事故緊急停車等功能。在SIMATIC PCS7中，ES工程師系統(tǒng)為過程控制系統(tǒng)的所有部件提供系統(tǒng)和全廠范圍的編程：人 - 機(jī)接口；自動化系統(tǒng)；以及分布式I/O。工程師站具有操作員站的全部功能，編程、組態(tài)、調(diào)試和修改等由工程師站完成。工程師站配備豐富的相關(guān)軟件，可完成在線/離線組態(tài)或修改等，組態(tài)、編程方便；并完成工藝生產(chǎn)過程的各種參數(shù)的采集、處理，過程回路控制，馬達(dá)順序邏輯控制等；系統(tǒng)具備豐富的功能模塊，可以完成復(fù)雜計(jì)算和特殊控制功能；而且具有自診斷功能和在線/離線組態(tài)功能。包含有現(xiàn)成的經(jīng)全面測試的功能塊和功能強(qiáng)大的編輯及復(fù)制功能的標(biāo)準(zhǔn)化程序庫，能經(jīng)濟(jì)地復(fù)用自動化方案。通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，控制系統(tǒng)能與全廠信息管理網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。