劉慶元 衛(wèi) 東

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

ABB Industrial IT系統(tǒng)在國內(nèi)首臺120萬t/a LGMS 5725型立磨礦渣微粉生產(chǎn)線上的應用

劉慶元 衛(wèi) 東

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

文章主要介紹瑞士ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)在天瑞集團營口天瑞水泥有限公司國內(nèi)首臺120萬t/aLGMS 5725型立磨礦渣微粉生產(chǎn)線上的成功應用。文章針對礦渣立磨的生產(chǎn)工藝及過程控制的要求，闡述了ABB Industrial IT系統(tǒng)在整條礦渣立磨生產(chǎn)線的生產(chǎn)控制系統(tǒng)方案。

LGMS 5725型;國內(nèi)首臺；120萬t/a礦渣立磨；ABB Industrial IT系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；PROFIBUS活性；摻合料

1 項目背景及系統(tǒng)概述

我國是鋼鐵大國，每年產(chǎn)生大量的礦渣。這些礦渣既要占用大量土地，又會造成環(huán)境污染。礦渣立磨就是將煉鋼產(chǎn)生的廢礦渣磨成細粉，由于這種細粉達到了一定的細度，因此具有很好的活性，可在一定條件下參與化學反應，將其摻入水泥便可得到高質(zhì)量的礦渣水泥。這一技術的廣泛應用，不僅可使嚴重污染環(huán)境的廢棄礦渣得到利用，還大大節(jié)約了一般水泥生產(chǎn)的原料資源。同時，由于立式輥磨機采用受限料床粉磨原理，因此粉磨效果好、能量利用率高，能更好地落實國家節(jié)能降耗減排的戰(zhàn)略方針。故而礦渣粉磨是近年來礦渣綜合利用的主要發(fā)展方向，發(fā)展前景十分廣闊。

作為可以明顯改善混凝土和水泥制品的綜合性能、大幅度降低水泥成本的新型水泥摻合料，國家推行的節(jié)能減排政策使得礦渣微粉的價格節(jié)節(jié)攀升。天瑞集團營口天瑞水泥有限公司120萬t/a立磨礦渣微粉生產(chǎn)線經(jīng)過緊張地施工安裝調(diào)試，已順利投產(chǎn)。該礦渣立磨生產(chǎn)線由洛陽重工礦山機械工程設計院設計，主設備選用洛陽中信重工機械股份有限公司的LGMS 5725型立磨，該型礦渣立磨是一種綜合性的特大型粉磨設備，集破碎、研磨、選粉、烘干、物料輸送五大功能于一體，是一種國家正在大力推廣采用的節(jié)能環(huán)保型重大技術裝備。

自動控制采用DCS系統(tǒng),由河南建筑材料研究設計院有限責任公司完成硬件成套和軟件編程工作。DCS系統(tǒng)產(chǎn)品選用瑞士ABB公司的Industrial IT系統(tǒng)。ABB Industrial IT系統(tǒng)是在ABB原有控制系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的最新的企業(yè)自動化解決方案。該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點于一體，支持多種國際現(xiàn)場總線標準,適合各個自動化行業(yè)應用,目前在國內(nèi)外應用非常廣泛。作為自動化控制的基礎和平臺，該系統(tǒng)在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通訊、采集、處理聯(lián)調(diào)中表現(xiàn)出了理想的穩(wěn)定性和可靠性，提高了整條生產(chǎn)線的自動化控制水平，保證了礦渣生產(chǎn)工藝控制中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)定、連續(xù)運轉。

2 生產(chǎn)工藝

圖1 生產(chǎn)工藝流程簡圖

礦渣原料配料后，經(jīng)過除鐵器和金屬探測儀，除去金屬后的物料經(jīng)輸送皮帶輸送到回轉鎖風閥，然后進入磨內(nèi)。入磨物料隨磨盤轉動，邊烘干、邊碾壓最后被磨盤甩出，其中物料隨熱氣進入選粉機分選，細度不合格的粉料回磨再進行研磨，合格的物料隨氣流進入收塵器內(nèi)，收集的成品經(jīng)過成品輸送系統(tǒng)，送到微粉庫。出收塵的其他部分物料參與再循環(huán)，與熱風爐產(chǎn)生的新熱氣體一起進入立磨，其余的氣體則通過尾部煙囪排放到大氣中。

立磨外排渣經(jīng)除鐵器檢測后經(jīng)由排渣系統(tǒng)提升到回料倉，經(jīng)過除鐵器和金屬探測儀的再次探測后，通過另一個回轉鎖風閥重新入磨。當其不需要喂入立磨時，可先將回料暫存在中間倉內(nèi)，隨時等待調(diào)用。

3 系統(tǒng)的硬件設計

3.1 硬件設計布局

生產(chǎn)線設1個現(xiàn)場站和2個Siemens從站。整個控制系統(tǒng)的過程站之間及其與中控室之間的通訊網(wǎng)絡采用TCP／IP協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)選用光纖，以將現(xiàn)場干擾信號減少到最??；各Siemens從站與現(xiàn)場站之間的通訊選用Profibus-DP總線來完成。利用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的開放性、互用性以及系統(tǒng)結構的高度分散性，將西門子PLC控制系統(tǒng)與ABB DCS控制系統(tǒng)有機地結合在一起，從而實現(xiàn)Siemens從站控制系統(tǒng)與ABB DCS系統(tǒng)之間的控制信息的交換。中控室設1臺操作員站及1臺工程師工作站。操作員站可對所有信號實現(xiàn)顯示、報警、控制、存儲及打印報表等功能。

現(xiàn)場站置于立磨控制室，采用1套AC800F控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:1個連接礦渣立磨S800本地I/O，共計6個S800I/O站，用于礦渣立磨配套設備的控制。1個連接Siemens S7300 PLC，用于立磨減速機潤滑系統(tǒng)及立磨控制柜液壓系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。

3.2 工程師站

工程師工作站安裝ABB Control Builder F 8.2中文版軟件，運行在PC Windows XP SP2操作系統(tǒng)下，可實現(xiàn)硬件組態(tài)、過程站編程、操作員站組態(tài)等一體化編程及調(diào)試功能，在不進行組態(tài)時可兼作操作員站使用。工程師站不采用服務器/客戶方案,無需永久性接入系統(tǒng)，以避免服務器故障造成數(shù)據(jù)交換任務癱瘓。

CBF軟件支持現(xiàn)場總線設備的數(shù)據(jù)編程與讀取功能。該軟件也提供用戶自定義接口，根據(jù)用戶要求開發(fā)自定義專用功能塊。系統(tǒng)采用全局數(shù)據(jù)庫變量實現(xiàn)共享，該全局數(shù)據(jù)庫完全下裝到過程站；該軟件可以離線編程、在線修改參數(shù)，被修改的參數(shù)具備自動備份功能，可以恢復；該軟件還可以在線調(diào)試，可以單步運行、跟蹤、仿真調(diào)試。

3.3 操作員站

該控制系統(tǒng)設1臺操作員站，安裝ABB Industrial IT Digivis 8.2版中文軟件，操作員站支持一系列標準預定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號面板顯示（面板也可以根據(jù)用戶特殊要求實現(xiàn)自定義）、控制組顯示、趨勢顯示、報警顯示、過程信號記錄與操作記錄列表（實現(xiàn)各種操作的實時記錄和實時打印）顯示等，圖形數(shù)量無軟件限制，畫面數(shù)據(jù)更新時間少于1秒，可以由編程軟件定義；Digivis還可以記錄現(xiàn)場各種設備的報警信息，在操作員站畫面上進行顯示，并在報警記錄表中記錄，可以很方便地進行故障查詢。

3.4 現(xiàn)場站與現(xiàn)場遠程 I／O 站

現(xiàn)場控制站采用AC800F現(xiàn)場總線控制器與現(xiàn)場遠程 S800 I／O站，AC800F控制器可安裝CAN、PROFIBUS、FF HSE等4個多種協(xié)議類型的總線接口卡，用于實現(xiàn)與現(xiàn)場遠程I／O站及FF總線設備之問的通訊。I／O模件具備實時檢測及遠程診測功能。S800 I／O站具有監(jiān)控、平滑轉換及故障報告功能。

4 DCS系統(tǒng)軟件設計

4.1 AC800F 系統(tǒng)的組態(tài)

ABB Industrial IT系統(tǒng)的CBF軟件是集組態(tài)、工程調(diào)試及診斷功能于一體的工具軟件包。過程站AC800F硬件配置及其所需的各種控制算法和策略都是由CBF來組態(tài)的，它采用圖形化組態(tài)方法，提供了進行參數(shù)友好界面，盡可能的采用動態(tài)形象畫面布置，方便操作員進行設備監(jiān)控、參數(shù)修改和設定。完成后的組態(tài)結果由工程師站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡下載至現(xiàn)場站及操作員站后，就可以進行相應的操作。

4.2 DCS與Siemens PLC從站的通訊

可通過導入Siemens PLC的GSD文件，在CBF硬件結構中插入與Siemens PLC控制器中設置相同的I/O模塊，然后對模塊進行相應的拆分，進行相關參數(shù)數(shù)據(jù)的讀取。最后通過控制功能塊來完成數(shù)據(jù)的讀或?qū)懖僮?。設置總線地址和通訊速率后，將程序下裝到AC800F CPU處理器，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正常通訊。

5 調(diào)試生產(chǎn)過程中系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及處理

5.1 DCS環(huán)形通訊網(wǎng)絡的實現(xiàn)

由于整個控制系統(tǒng)的過程站之間及其與中控室之間的通訊網(wǎng)絡采用TCP／IP協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)選用光纖，在現(xiàn)場控制器和中控室必須通過工業(yè)級以太網(wǎng)光電交換機實現(xiàn)光電信號的轉換。系統(tǒng)選用MOXA EDS-508A-MM-SC型號交換機，開始時整個網(wǎng)絡不通，經(jīng)過檢查，交換機的IP和子網(wǎng)掩碼設置重復，造成系統(tǒng)無法識別，修改以后，系統(tǒng)通訊正常。

5.2 S800I/O 的連接

用于連接控制礦渣立磨配套設備的6個本地站FI830模塊，狀態(tài)燈顯示一直不正常，6個S800I/O站通訊不上，經(jīng)過測試，這是由于通訊速率過高造成的。一個FI830在下掛S800I/O站多于5個的情況下,通訊速率就要降低一檔,否則I/O連接不上。

5.3 研磨時頻繁抬輥的問題處理

開始試運行時，磨輥頻繁自動抬起:一是由于料層厚度不夠引起振動過大，從而導致磨輥連鎖動作，磨輥自抬；再者，雖然沒有產(chǎn)生過大振動，但導致磨輥下降到最低限位，從而使磨輥自動上升。解決的辦法就是控制好磨盤上的料層、修正料層厚度的設定值、修改磨輥下降的延時時間、在嚴格保證設備安全的前提下，增加磨輥振動和低限位自動抬輥的延時時間。

6 結語

立磨液壓潤滑系統(tǒng)邏輯關系構成比較復雜、控制任務較多，既要實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制，又要完成現(xiàn)場各種開關量、模擬量的檢測與反饋、報警、歷史趨勢查詢功能。采用ABB AC800F系統(tǒng)進行編程組態(tài)以及與Siemens PLC進行通訊，滿足了生產(chǎn)工藝的要求，其系統(tǒng)性能優(yōu)良、操作使用方便可靠，確保了現(xiàn)場設備動作的正常、有序完成。經(jīng)過一個月的調(diào)試，立磨運行畫面如圖2所示，截止2010年10月 7日，已達到臺時180T/H，比重、比表面積、產(chǎn)量等指標均達到設計要求，運行穩(wěn)定可靠。

目前，DCS系統(tǒng)運行正常,作為此項目的自動控制軟硬件基礎ABB IndustrialIT系統(tǒng)，在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通信、采集、處理聯(lián)調(diào)中表現(xiàn)出了十分理想的性能和可靠的維護性。整個系統(tǒng)設計合理先進、可靠性高，并且節(jié)省了日后的維修帶來的人力、物力開支。ABB AC800F系統(tǒng)在LGMS 5725礦粉生產(chǎn)線上的成功應用，尤其在120萬t/a級別生產(chǎn)線上的應用，屬國內(nèi)首例，系統(tǒng)本身節(jié)約礦石用量、消耗大量廢礦渣、降低能耗、減少CO2排放，提高了水泥行業(yè)生產(chǎn)水平，在節(jié)能減排、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖2 立磨運行畫面