PCS7在华新水泥消费经过控制系统中的应用.docx

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1、PCS7在华新水泥消费经过控制系统中的应用在国内乃至世界水泥消费企业中名列前茅，在水泥消费经过控制系统中，运用的电气自动化技术及相关系统产品的档次质量华新水泥股份有限公司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，以宏伟的气势，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。在建立工期、工程质量、资金投入、工程治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立的典范向其它国家和地区推广。华新水泥股份有限公司在国内乃至世界水泥消费企业中名列前茅，在水泥消

2、费经过控制系统中，运用的电气自动化技术及相关系统产品的档次质量，十分是控制系统软件和硬件配置方案及系统应用表达的才能和程度，表达了高度的延续性和前瞻性。一、工程概述：水泥消费经过控制系统在功能分配上同时又是分级式层次构造，高层次是经过控制级，低层次是根底自动化级。根底自动化级，主要进展电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备经过信息进展检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转控制及工艺设备经过自动调节、超限报警。经过控制级，主要完成消费经过优化控制、操纵指导、数据处理和存储，与上级治理计算机及其它计算机之间的数据通讯。在华新水泥，经过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纵

3、站的数据传输工业以太网系统总线，操纵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消费经过自动化控制系统按照水泥消费工艺流程，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熟料消费线为例：1石灰石破碎控制站：石灰石破碎及输送；2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；3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；4窑头控制站：熟料冷却篦冷机、熟料入库、原煤输送、煤

4、磨、煤粉秤；5水泥磨控制站：熟料配料、水泥粉磨、水泥入库6包装控制站：水泥输送、水泥包装、散装输送、袋装输送、外运码头；上位机采用WINCC进展组态。人机界面主要设计有以下内容:1系统工艺流程显示:根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才能，或者按优先级、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SIMA

5、TICS7-300站315-2DP进展控制，其余各个控制站使用一个西门子SIMATICS7-400站416-2DP进展控制。按照现场设备及工艺布局的详细情况，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。在窑线主要消费控制局部，采用工程师站及效劳器/客户机构造，运用假设干数目的人机界面操纵员站完成对生料、熟料、水泥消费经过自动化控制系统的监视和控制。并且，治理人员可以使用IE阅读器，利用WINCC中的WebNavigator，通过网关，对消费线的监视和控制进展实时阅读。二、系统要求1.

6、控制系统设计的总体目的进步水泥消费的自动化程度；实现实现水泥消费系统的高品质运行，进步运行经济性；进步运行人员工作效率，知足整个系统运行全能值班要求；进步效益，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、处理事故才能报警、分析、指导、处理等及先进的控制策略等，以最大限度进步效益，降低能耗为设计思想。详细如下：对象控制按工艺流程的自动化经过由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。进步水泥消费系统运行的技术经济效益实现高自动化投入率，进步可靠性，减少误操纵，降低事故率。完善的操纵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，

7、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。操纵记录打印、报警打印、事故追忆打印、周期性报表等功能，有助于系统日常治理和事故分析。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。详细如下：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，进步软件透明度。扩展性设计：采用工业以太网网络构造，通讯速率100

8、MBPS，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，有极强的通讯扩展才能。提供与其它系统的通讯接口，如工业以太网、PROFIBUSDP或者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?水泥消费各个车间和工段互不干扰，但它必须实现互相之间的通讯，完成交换数据，进而保证连锁要求；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；局部重要经过传感器需要系统可以实现优化处理，也可以实现人工设置

9、；工艺相对简洁，设备数目多；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PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代经过控制系统，结合了传统DCS和PLC控制系统的优点，将两者的功能有机的结合在一起。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台；所有软件也都全部集成在SIMATIC程序治理器下，有同样统一的软件平台。系统大量采用了新技术，在网络配置上，使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7消除了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分表达了全集成自动化的特点，使得系统应用范

10、围变广，是一种适用于如今、面向将来的开放型经过控制系统。PCS7拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，能大大节省系统编程组态的时间和费用。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台,所有软件也都全部集成在SIMATIC程序治理器下,具有同样统一的软件平台。系统大量采用了新技术,在网络配置上使用标准的工业以太网和PROFIBUS网络。通过冗余的10Mbps光纤环网工业以太网相连接,分别将信号传送至中央控制室,全厂主要设备的开、停和故障信号都将在经过控制系统和中央控制室显示。采用SIEMENS高速以太网光纤通讯模块OSM,大大加强了网络抗电磁干扰的才能,省去了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压

11、保护的措施,使得控制系统平安可靠,风险系数大大降低。自动化系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的SIMATICET200M分布式输入/输出控制站,允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔,而无需停顿系统,大大进步了系统的可靠性。系统所有的分布式远程I/O分站和低压保护装置、高压保护装置、执行机构、变频器、现场控制器等通过PROFIBUS-DP现场总线与系统控制器进展通讯，最高通讯速率可达12Mbps。四、PCS7系统在华新水泥的应用1硬件组成华新水泥消费经过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

12、CPU、1个工业以太网通讯接口模块和数目不等的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、软件组成华新水泥消费经过自动化控制系统的软件包括：Windows2000Server英文版操纵系统、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消费经过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，如下列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

13、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者中控室的OSMTP62连接到此SIMATIC工业以太网上完成监视和操纵功能。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站统统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、现场控制器等或者PROFIBUS-PA仪表温度变送器、压力变送器。4、硬件评

14、估SIMATIC工业以太网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。华新水泥消费经过自动化控制系统在主站监控级网络采用SIEMENSIndustrialEthernet，在设备级网络采用PROFIBUS-DP。华新水泥采用室外重铠六芯62.5um/125um光纤作为SIMATIC工业以太网的连接介质，有效地实现了工业以太网数据传输经过中的抗干扰功能，保证了系统运行的可靠性。PROFIBUS作为一种总线标准，具有开放、国际化、不依靠于设备消费商等特点，由其构成的兼容网络系统，可应用于不同的场合，分别是PROFIBUS-FMS，提供

15、强有力的通讯功能；PROFIBUS-DP，用于传感器和执行器级的高速数据传输；PROFIBUS-PA，用于平安性较高的场合，允许对设备进展完全的内部操纵。SIMATICProfibusDP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC可编程序控制器与现场设备如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等之间交换数据。华新水泥消费经过自动化控制系统采用西门子专用DP/PA线作为ProfibusDP/PA网的连接介质。华新水泥自2002年起至今，大规模使用PROFIBUS技术。在华新，各条水泥大约使用DP设备200台，PA仪表100台。PROFIBUS是目前国际上通用的现

16、场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证标准、开放的标准、诸多厂商的支持和不断开展的应用行规，已成为最重要的现场总线标准。它符合：-IEC61158国际标准和-JB/T10308.3-2001中国标准2001年。PROFIBUS协议包括以下主要局部：PROFIBUSDP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通讯。PROFIBUSPA：电源和通讯数据通过总线并行传输，主要用于面向经过自动化系统中单元级和现场级通讯。PROFIBUS技术与传统集中控制比拟，在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有特别明显的上风：12M的通讯速率和可靠的通讯质量适用多种

17、通讯介质电、光、红外、导轨以及混合方式灵敏的拓扑构造，支持线型、树型、环型构造以及冗余的通讯模型强大的通讯功能，支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508的总线平安通讯技术先进的网络规模最多支持126个总线站，网络规格可达90公里采用PROFIBUS技术后，与传统的电控系统比拟，系统具有以下几个特点：系统设计更加方便、明晰负载馈电器的使用，免去了电机保护开关、接触器及与PLC输入/出的大量原理图、接线图的设计，出图量大幅度减少，ET200M模块化组件的使用，也使柜箱内布线、设计更为简便，加快了控制系统设计、消费周期。安装简单、快捷在不采用任何工具的情况下，接口模块和端子模块卡在导轨上，完成接

18、线后，电子模块、电源模块、负载馈电器模块“即插即用。组态、调试更加轻易无须其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完成PROFIBUS-DP的组态。不需额外费用，设备故障就可通过总线报告，故障定位更加方便。维护简单划分子站和模块化组件的使用，以及强大的故障诊断能力，都为日后设备维护带来极大的便利。便于扩展和信息集成PROFIBUS的使用将孤立的单元设备带进了信息化网络中,为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的根底。最终用户工程造价降低PROFIBUS技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子排、柜体等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。SIMATIC400站是西门子公司的拳

19、头产品，无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵敏性各方面讲都处与PLC产品的领先地位。5、软件评估PCS7是西门子公司为S7-400系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制；它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求；它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断恳求；它的符号表Symbol可以方便进展程序注释。基于标准的SIMATIC软件和硬件组件先进的分布式客户机/效劳器架构可伸缩性强，从小型实验室系统，到具有高达60，000个经过对象的大型工厂可用于连续和批处理应用可用于所有工业领域：经过、制造以及混合工业强大的HMI系统

20、，带有集成的基于SQL效劳器的归档系统基于IEC61131的集中式，工厂范围内的工程系统通过现场总线PROFIBUS，现场设备和驱动系统均可很灵敏和轻易的集成无缝集成的平安系统，通过TV验证的可知足AK6/SIL3在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障平安相结合的形式，高可用性和故障平安相结合的形式可在所有层级实现冗余，进步可用性符合ISAS88.01和FDA21CFRPart11标准的模块化批处理系统SIMATICBATCH通过SIMATICIT架构实现MES/ERP层级的接口SIMATICPCS7一个真正的当代DCS系统具有多用户才能的HMI组件大容量架构客户机-效劳器构造在线修改A

21、S,I/O模块,I/O热插拔运行中插入和拔出模块运行中可进展扩展/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在线扩展集中式工程工具，简单易用，通用操纵批量工程，具有导入导出功能应用图形化和面向PLT的工具进展全面、有效的工程集成的SIMATICPDM软件对智能现场设备进展集中参数化软件模拟和测试修改跟踪功能分布式、并行工程功能6、疑难与解答1标准化编程大型的自动化控制系统很难一个人完成，因此需要很多人的分工与合作。标准化编程就是要使软件工程师编写的程序整洁划

22、一，通用性和可读性强，除了作者本人的浏览者也能轻而易举地理解作者的编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员不再纠缠编程的枝节问题，缩短编制程序的时间，集中精力解决更加困难的工艺上的问题；而且有利于维护人员对程序的理解，为消费保驾护航提供了更加珍贵的经历。标准化编程的实现是多方面的，首先根据设计图纸编制各系统的点号表用EXCEL表格；再根据点号表编制STEP7符号表SYMBOL；再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义以下STEP7使用的点号：模拟手/自动转换选择开关；启动按钮、停顿按钮对单线圈的泵或者电磁阀；开启按钮、关闭按钮、停顿按钮对双线圈的电动阀；手动输出值、给定值、比例系

23、数、积分时间对PID调节阀；再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序；最后根据设计讲明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。2数据通讯。这里的数据通讯包括SIMATIC400PLC与SIMATIC400PLC之间，SIMATIC400PLC与SIMATIC300PLC之间的数据通讯。其中，SIMATIC400PLC与SIMATIC400PLC之间是通过SIMATIC工业以太网通讯，编程使用FB205FR_AGSEN/发送数据功能块和FB206FR_AGRCV/接收数据功能块；SIMATIC400PLC与SIMATIC300PLC之间的数据通讯也采用一样的

24、方法处理。值得留意的是FB205FR_AGSEN/发送数据功能块和FB206FR_AGRCV/接收数据功能块必须在OB35100s时间中断组织块中调用。3PID调节水泥消费经过中有很多控制对象，诸如系统风力压力、物料流量等都需要稳定的值。以前这些模拟量的调节采用智能仪表，如今有了西门子SIMATIC400PLC就可以取代这些智能仪表，PID调节在STEP7中使用FB513连续PID调节控制；在WINCC中使用PID调节器的操纵面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数比例系数、积分时间输入等功能。4画面强迫大型工厂自动化控制系统涉及的控制设备很多，控制工艺

25、复杂，导致控制经过中的逻辑连锁非常复杂，主要设备动作的众多条件很难同时知足。为了调试程序的需要，在画面上增设很多选择开关，当某开关置“1时，就假设此条件知足。当所有条件知足时，程序就可以对设备进展操纵，而不必等待实际条件知足。在消费中有时某设备出现临时故障，为不影响正常消费，也可以在画面上强迫，继续消费，直到设备修睦，再把强迫解除即可。5SIMATICWebNavigator：WebNavigator软件包可使用户通过Internet或者局域网同过IE阅读器直接访问WINCC经过画面。客户端无须安装WINCC应用程序，所有WINCC应用都位于效劳器上，因此降低了对客户端的系统要求。通过WebN

26、avigator可实现办公室与现场的数据实时交换，知足当前对当代化DCS系统的根本要求。同时只需要较少的软硬件配制就可同时知足50个操纵员站。由于此功能是通过Internet来实现，所以平安性是必须考虑的问题。五、工程中的难点：由于华新水泥工程中使用了大量的Profibus通讯，且第三方设备较多。最初特别担忧设备的混合通讯以及现场设备间的互相干扰。但在实际使用经过中，深入的体会到现场总线技术所带来的方便。同时也感觉到西门子PCS7的开放性对华新水泥经过控制系统工程的帮助。由于第三方设备较多，因此使用大量的自编写的CFC功能块，但是正是由于PCS7的开放性可以为这些CFC功能块生成相应的BlockIcon、FacePlate、报警信息等DCS系统所必须的功能；不仅第三方设备可以这样处理，一些比拟复杂的工艺经过也采用了同样的方法，获得了满足的效果，得到分公司消费维护人员的好评。在通讯调试经过中发现，调试设备通讯时应留意系统的接地，通讯电缆的短路，系统的等电位等因素都会导致系统总线的瘫痪。