王淑琴

（江蘇天山水泥集團(tuán)有限公司，江蘇 無錫 214031）

1 概述

ABB 800F系列DCS系統(tǒng)是一種全能綜合型開放控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體，并支持多種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。它既具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機(jī)界面及方便的工程軟件，同時(shí)又具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅?，因此完全可以滿足水泥行業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。本文根據(jù)江蘇天山水泥集團(tuán)熟料生產(chǎn)線的工藝流程和裝備布局進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過合理布局站點(diǎn)、硬件配置及軟件控制，達(dá)到了生產(chǎn)線運(yùn)行控制的技術(shù)要求。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)水泥行業(yè)的特點(diǎn)和控制系統(tǒng)要求，我們選用ABB 800F系列DCS系統(tǒng)作為熟料生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為操作管理級(jí)（操作站OS、工程師站ES）和過程控制級(jí)（過程站PS及現(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F）。在操作管理級(jí)上實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)監(jiān)控操作功能（預(yù)定義及自由格式動(dòng)態(tài)畫面顯示、趨勢(shì)顯示、彈出式報(bào)警及操作指導(dǎo)信息等）；在過程控制級(jí)實(shí)現(xiàn)包括復(fù)雜控制在內(nèi)的各種回路調(diào)節(jié)（各種PID、比值等）和高速邏輯控制、順序控制以及批量間歇控制功能。系統(tǒng)軟件采用Freelance。圖1為熟料生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成示意圖。

3 系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝控制的需要和水泥工藝現(xiàn)場(chǎng)位置排列，分3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站和2個(gè)遠(yuǎn)程站（窯頭主站和煤磨遠(yuǎn)程站、窯尾主站、生料磨主站和生料調(diào)配遠(yuǎn)程站），其目的是合理地使用系統(tǒng)資源，節(jié)省大量的電纜敷設(shè)，使不相關(guān)故障之間彼此不受影響。

編程時(shí)將各相關(guān)的設(shè)備放于同一組中，根據(jù)工藝要求，在組內(nèi)和組間均建立相互連鎖關(guān)系，并加入設(shè)備保護(hù)關(guān)系。啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備根據(jù)連鎖保護(hù)關(guān)系順序啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)連鎖保護(hù)關(guān)系及時(shí)停止相應(yīng)設(shè)備，起到保護(hù)設(shè)備和避免故障擴(kuò)大以及降低事故處理難度的作用。

圖1 熟料生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成示意圖

3．1 硬件構(gòu)成

一個(gè)主站的基本配置為至少一個(gè)AC800F控制器、電源模塊、通訊模塊和I／O模塊等。Freelance的I／O模塊均為自帶CPU的智能化模件，其主要功能是進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理及 A／D、D／A轉(zhuǎn)換，并完成包括線性化、工程單位轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)預(yù)處理。Freelance的I／O模塊與控制器（即主CPU模件）之間的通迅由CAN總線實(shí)現(xiàn)，I／O模塊的參數(shù)設(shè)置均由組態(tài)軟件完成，不必進(jìn)行開關(guān)跳線及電位器調(diào)整。每個(gè)I／O模塊的掃描周期可根據(jù)需要分別進(jìn)行設(shè)置，其開關(guān)量和模擬量I／O模塊的最小掃描周期分別為2ms、10ms，并具有自診斷和內(nèi)部工作溫度監(jiān)視報(bào)警功能，可設(shè)置故障安全（fail＿safe）值（數(shù)據(jù)保持／預(yù)設(shè)值／最大或最小值），一旦模塊發(fā)生故障或通迅出錯(cuò)，其輸入輸出結(jié)果即可切換到事先組態(tài)好的安全值。AC800F本身的基本配置為一個(gè)電源模塊、主CPU通訊模塊和子節(jié)點(diǎn)通訊模塊。AC800F控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制程序運(yùn)行、與上位機(jī)的通訊和I／O模塊的信號(hào)采集處理。

例如一個(gè)高電位信號(hào)（220V．AC）進(jìn)入DI模塊的某一通道，DI模塊接收后，經(jīng)通訊模塊將信號(hào)傳輸?shù)紸C800F的子節(jié)點(diǎn)通訊模塊上，經(jīng)解讀后，AC800F根據(jù)所編程序自動(dòng)做出反應(yīng)，并與上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)通訊，在操作站上顯示信號(hào)的變化，由操作員做進(jìn)一步的控制。

窯頭主站和煤磨遠(yuǎn)程站硬件配置示意圖如圖2所示。窯頭主站有兩個(gè)控制柜分別為模塊柜和中繼柜，模塊柜配置主控制器AC800F（含兩個(gè)通訊模塊），1個(gè)電源模塊，1個(gè)子通訊模塊（每個(gè)子通訊模塊可帶2個(gè)輸入、輸出模塊），18個(gè)開關(guān)量輸入DI模塊（每個(gè)DI模塊可帶16個(gè)DI輸入點(diǎn)），4個(gè)開關(guān)量輸出DO模塊（每個(gè)DO模塊可帶16個(gè)DO輸入點(diǎn)），8個(gè)模擬量輸入AI模塊（每個(gè)AI模塊可帶8個(gè)AI輸入點(diǎn)），2個(gè)模擬量輸出AO模塊（每個(gè)AO模塊可帶8個(gè)AO輸入點(diǎn)）。中繼柜有中間繼電器，用作隔離和增加拖動(dòng)力。

圖2 窯頭主站和煤磨遠(yuǎn)程站硬件配置示意圖

煤磨遠(yuǎn)程站有兩個(gè)控制柜分別為模塊柜和中繼柜，模塊柜不配置主控制器AC800F，配置有電源模塊，3個(gè)子通訊模塊（每個(gè)子通訊模塊可帶12個(gè)輸入、輸出模塊），12個(gè)開關(guān)量輸入DI模塊（每個(gè)DI模塊可帶16個(gè)DI輸入點(diǎn)），3個(gè)開關(guān)量輸出DO模塊（每個(gè)DO模塊可帶16個(gè)DO輸入點(diǎn)），6個(gè)模擬量輸入AI模塊（每個(gè)AI模塊可帶8個(gè)AI輸入點(diǎn)），3個(gè)模擬量輸出AO模塊（每個(gè)AO模塊可帶8個(gè)AO輸入點(diǎn)）。中繼柜有中間繼電器，用作隔離和增加拖動(dòng)力。

其他站（窯尾站、生料磨主站和生料調(diào)配遠(yuǎn)程站）同理進(jìn)行配置。

3．2 軟件編程和組態(tài)

系統(tǒng)通訊為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，操作員站安裝DIGVIS軟件，工程師站安裝DigiTool軟件，這些軟件均運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)上。

DigiTool是Freelance系統(tǒng)的工程工具，它是集組態(tài)（包括硬件配置、控制策略等組態(tài)）、工程調(diào)試和診斷功能為一體的工具軟件包，它采用統(tǒng)一的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和交叉參考工具，不僅能方便地完成控制組態(tài)，而且是一個(gè)高性能的過程調(diào)試工具。Freelance系統(tǒng)過程控制站PS和現(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F所需的各種控制算法和策略都是由DigiTool來組態(tài)的，并采用圖形化的組態(tài)方法（符合IEC1131－3標(biāo)準(zhǔn)）。DigiTool也用于對(duì)操作站人機(jī)接口（HIS）功能的組態(tài)并還可以直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備進(jìn)行組態(tài)。

控制算法和策略組態(tài)可選用以下IEC1131－3標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)方法中的一種或幾種：

§FBD；§LD；§SFC；§IL；§ST

DigiTool安裝在Freelance系統(tǒng)工程師站上，完成后的組態(tài)結(jié)果由工程師站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)下載至相應(yīng)的PS、FC及操作站OS中。

窯頭主站共分為10組：第一組：熟料輸送組；第二組：收塵下料組組態(tài)（見圖3）；第三組：電收塵組 ；第四組：蓖冷機(jī)組 ；第五組：蓖冷機(jī)熱端風(fēng)機(jī)組；第六組：一次風(fēng)機(jī)組；第七組：窯頭密封圈冷卻風(fēng)機(jī)組；第八組：窯頭電收塵排風(fēng)機(jī)組；第九組：蓖冷機(jī)冷端風(fēng)機(jī)組；第十組：空氣炮組。

圖3 收塵下料組組態(tài)

其他站（窯尾站、生料磨主站和生料調(diào)配遠(yuǎn)程站）同理進(jìn)行分組組態(tài)。

4 小結(jié)

本文主要討論了自動(dòng)化控制技術(shù)在水泥窯系統(tǒng)應(yīng)用的基本模型，介紹了ABB公司推出的FREELANCE系統(tǒng)在我廠的應(yīng)用，對(duì)今后的設(shè)計(jì)選型有一定的參考價(jià)值。在設(shè)計(jì)中多考慮降低控制設(shè)備的復(fù)雜程度，應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，提高可靠性，以及設(shè)備的備品備件的易購(gòu)買和價(jià)格，這樣才能使企業(yè)在生產(chǎn)維護(hù)中受益。

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