概述 廣州水泥廠位于廣州市花都區(qū)新華鎮(zhèn)，珠江支流巴江河北岸?？紤]到企業(yè)自身發(fā)展的需要和周邊居民對(duì)空氣環(huán)境改善的期盼，廣州水泥廠于2004 年4 月開(kāi)土動(dòng)工遷建，并計(jì)劃于2005 年上半年建成投產(chǎn)。該項(xiàng)目總投資10 億元，建成后將達(dá)到年產(chǎn)230 萬(wàn)噸水泥的規(guī)模。 集散控制系統(tǒng) 以下對(duì)新廣州水泥廠環(huán)保遷建工程項(xiàng)目（6000t/d） 集散型控制系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)功能、操作功能等性能進(jìn)行介紹。西門子公司在此項(xiàng)目上使用的是新一代集DCS 和PLC 的優(yōu)點(diǎn)于一身的集散控制系統(tǒng)PCS7，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。 它的主要特點(diǎn)如下： · 徹底打破了DCS 和PLC 的界限由于PCS7 AS 控制站采用的硬件與SIMATIC S7-400 系列高檔控制器相同，這樣就可以使得PCS7 的控制器和S7-400 控制器在硬件上是徹底兼容的, 從而徹底解決了硬件平臺(tái)不一樣的問(wèn)題，系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、管理和備件的問(wèn)題都得到了解決。 在硬件統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，PCS7 更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一。在PCS7 的工程師站可以對(duì)PCS7 的控制器、操作員站進(jìn)行編程和組態(tài)。同時(shí)，可以將整個(gè)項(xiàng)目有關(guān)的組態(tài)信息，如I/O 點(diǎn)數(shù)、I/O 規(guī)范（ 量程范圍、信號(hào)制等）、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)置參數(shù)（ 如變頻器） 等都統(tǒng)一地存儲(chǔ)在一個(gè)唯一的組態(tài)文件中，并且這些組態(tài)信息可以下載到PCS7 的控制器中，當(dāng)需要更換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，可以直接更換，有關(guān)的設(shè)備設(shè)置信息可以由控制器直接下載到有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，從而避免設(shè)備設(shè)置錯(cuò)誤，減少停機(jī)時(shí)間。 · 更加方便的組態(tài)工具 PCS7 的主要組態(tài)工具為CFC（ 用于模擬控制的組態(tài)） 和SFC（ 用于邏輯控制的組態(tài)），同時(shí)保留了語(yǔ)句表和梯形圖的編程方式。各種不同的編程方式所做的用戶程序，經(jīng)過(guò)編譯后生成統(tǒng)一的程序塊，經(jīng)過(guò)有關(guān)的OB 塊調(diào)用后即可執(zhí)行。 · 完全融合了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 由于采用了目前市場(chǎng)占有率最高的PROFIBUS 總線技術(shù)，PCS7 既可以支持I/O 站又可以支持其它高速現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如變頻器等。所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都可以通過(guò)工程師站進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控、診斷等。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：監(jiān)控終端網(wǎng)（ 普通辦公室以太網(wǎng)10/100Mbps）、系統(tǒng)總線（ 高速工業(yè)以太網(wǎng)10/100Mbps）和現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS 12Mbps）。通過(guò)三層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端、監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、工程師站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余服務(wù)器/ 客戶機(jī)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器故障時(shí)，客戶機(jī)可以自動(dòng)登錄到另外一臺(tái)服務(wù)器上。當(dāng)故障的服務(wù)器修復(fù)后重新投入時(shí)，有關(guān)的歷史數(shù)據(jù)可以自動(dòng)更新到新投入的服務(wù)器中。這樣就可以保證在任意一臺(tái)服務(wù)器中時(shí)刻都可以保存著完整的整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)系統(tǒng)中最多可以有12 對(duì)互相冗余的服務(wù)器，每對(duì)服務(wù)器最多32 臺(tái)操作員終端。 CEMAT CEMAT 是西門子公司專門針對(duì)水泥廠設(shè)計(jì)的工藝控制軟件，并且在惡劣的環(huán)境中經(jīng)歷多年的驗(yàn)證。該系統(tǒng)在水泥行業(yè)廣受歡迎，使用廠家數(shù)量不斷攀升。西門子基于對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程工藝的深刻理解，聯(lián)合世界上眾多水泥生產(chǎn)廠家一起設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了CEMAT 系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)和支持CEMAT 的工程師們?cè)谒嘈袠I(yè)的從事經(jīng)歷可以追溯到35 前。CEMAT 現(xiàn)在是基于西門子的過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7，它為現(xiàn)代的、面向未來(lái)的、經(jīng)濟(jì)型的水泥解決方案提供了獨(dú)特的、開(kāi)放的系統(tǒng)架構(gòu)。 STEP7 程序管理器 STEP7 程序管理器是SIMATIC S7 系列編程語(yǔ)言，用來(lái)處理變量連鎖控制。STEP7 可以用IEC-1131 標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言（STL，LAD，F(xiàn)BD，CFC，SFC 和SCL） 進(jìn)行編程。在PCS7 中，CFC、SFC 和SCL 作為主要的組態(tài)工具，用于完成傳統(tǒng)DCS 中連續(xù)過(guò)程控制任務(wù)的組態(tài)。如果在一個(gè)項(xiàng)目中，有很多離散過(guò)程如聯(lián)鎖控制等，則可采用STEP7 中其它幾種編程語(yǔ)言，很方便地進(jìn)行編程，這是對(duì)傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)處理離散控制任務(wù)能力不強(qiáng)的一個(gè)補(bǔ)充。 CFC CFC 是一種簡(jiǎn)潔的圖形組態(tài)工具，它采用了IEC-1131 的標(biāo)準(zhǔn)。使用CFC 有助于節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)大大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。用CFC 進(jìn)行組態(tài)時(shí)是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。這些功能塊以庫(kù)的形式體現(xiàn)。每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)。功能塊在CFC 中的連接直接用鼠標(biāo)點(diǎn)接。每個(gè)CFC 由6 頁(yè)組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC 之間的不同的頁(yè)面上進(jìn)行，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)出。因此，采用CFC 可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。CFC主要用于連續(xù)過(guò)程的自動(dòng)化控制任務(wù)的組態(tài)。 SFC SFC 也是一種圖形組態(tài)工具，它也采用了IEC-1131 的標(biāo)準(zhǔn)。SFC 主要用于小型的批量操作等順序控制的自動(dòng)化任務(wù)。這種圖形化的組態(tài)工具在組態(tài)時(shí)，首先畫出順控的順序圖。順序圖中，可選擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟（Step）和轉(zhuǎn)移條件（Transition）。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務(wù)即得到完成。在組態(tài)時(shí)，由于很多步驟中的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件都與CFC 有關(guān)，因此，可把CFC 中的信號(hào)引入SFC 中。CFC 與SFC 的交替使用，可以很方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順控任務(wù)。 SCL SCL 是一種類PASCAL 的高級(jí)語(yǔ)言，它采用IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)。利用SCL 可以很方便地編制用戶功能塊。用SCL生成的功能塊可在CFC 中被多次調(diào)用。用戶可以把過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制策略用SCL 編成功能塊，直接下載到控制器中運(yùn)行。這樣，可以把過(guò)程的優(yōu)化控制放在控制器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的優(yōu)化控制。 工程師站 工程師站用于對(duì)整個(gè)PCS7 系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，采用了集成的全局?jǐn)?shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的組態(tài)工具。這個(gè)組態(tài)工具就是SIMATIC 程序管理器，它采用了現(xiàn)代化的軟件體系結(jié)構(gòu)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立文件。在軟件開(kāi)發(fā)方面，采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。與傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)相比，西門子PCS7 的組態(tài)直接面向工藝過(guò)程。在SIMATIC 程序管理器下，有多種組態(tài)工具可以使用，無(wú)論采用何種組態(tài)工具，生成的組態(tài)數(shù)據(jù)都自動(dòng)存到一個(gè)同一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些組態(tài)工具是：水泥行業(yè)專用工藝控制軟件CEMAT、CFC（ 連續(xù)功能圖）、SFC（ 順序功能圖） 和WinCC 視窗控制中心等。 操作員站（ 簡(jiǎn)稱OS） 所有OS 專用的組態(tài)是用在SIMATIC 程序管理器中的相應(yīng)工具完成的。流程圖是用圖形編輯程序建立的，動(dòng)作、文檔、記錄和曲線是用組態(tài)方式完成的。報(bào)警功能是通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)的，不必多重輸入，同時(shí)CFC/SFC 功能塊中已隱含了報(bào)警功能。將AS 的組態(tài)鏈接到OS 中時(shí)，AS 中的圖象塊之間的連接、功能塊的報(bào)警和文檔變量都可隱含產(chǎn)生，不需任何附加的配置工作。 功能塊庫(kù) 采用現(xiàn)成的功能塊庫(kù)，可以大大減少工程費(fèi)用。為了適合各種不同工業(yè)領(lǐng)域的要求，PCS7 預(yù)先編制了大量實(shí)用的功能塊，以供用戶選擇。這些功能塊包括：I/O 卡件、PID回路、驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、電機(jī)和閥門等。功能塊包括了在ES中的CFC 圖形和OS 中顯示的面板。 數(shù)據(jù)庫(kù) SIEMENS PCS7 系統(tǒng)采用具有標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性、性能優(yōu)秀、功能強(qiáng)大的關(guān)系型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)支撐系統(tǒng)。關(guān)系型、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)不同于一般的數(shù)據(jù)庫(kù)支撐系統(tǒng)，它能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、一致性和系統(tǒng)各個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)的同步性，具備多種形式的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)索引方式。SIEMENS PCS7 系統(tǒng)采用了微軟的SQL SERVER 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)管理功能，包括能支持在異種網(wǎng)上提供透明的數(shù)據(jù)管理，而且應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)包所集成的SQL_Anywhere 與SQL_SERVER 有著非常好的整合性，確保了數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)完整性。 視窗控制中心（ 簡(jiǎn)稱WinCC） 操作員站用于對(duì)整個(gè)PCS7 進(jìn)行監(jiān)控。服務(wù)器與控制站之間通過(guò)西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊，服務(wù)器與客戶機(jī)之間通過(guò)普通辦公室以太網(wǎng)通訊。 操作員站是通過(guò)WinCC 人機(jī)界面軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。WinCC 是西門子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)、與微軟公司共同開(kāi)發(fā)的、居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。系統(tǒng)帶有標(biāo)準(zhǔn)用戶界面（ 概貌區(qū)，畫面區(qū)，按鈕區(qū)，趨勢(shì)，報(bào)警行，面板），具有分層結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單導(dǎo)航以及固定區(qū)域的多窗口設(shè)計(jì)，方便用戶操作，還可以防止概貌區(qū)與按鈕區(qū)重疊。 具有豐富的標(biāo)準(zhǔn)面板，用以控制各種設(shè)備和控制策略，如電機(jī)，閥門，PID 控制，步進(jìn)控制等等。 報(bào)警管理具有屏幕層次及組顯示、回路顯示功能。可以通過(guò)一次鼠標(biāo)點(diǎn)擊，直接從概貌區(qū)跳到報(bào)警畫面，由操作員決定哪個(gè)報(bào)警最重要。 強(qiáng)大的趨勢(shì)顯示功能，每一趨勢(shì)最多顯示10 個(gè)標(biāo)簽，可以縮放，有標(biāo)尺（ 同時(shí)在表格顯示數(shù)值）、時(shí)間刻度可調(diào)整，趨勢(shì)顯示可暫停。顯示畫面可滾動(dòng)（ 前/ 后），單一Y 軸可顯示所有標(biāo)簽值（%），也可選擇使用幾個(gè)Y 軸分別顯示各自標(biāo)簽值，趨勢(shì)圖能顯示和合并在線過(guò)程值和歸檔（ 歷史）數(shù)值。 靈活的用戶管理。每一操作員/ 組可被分配自定義授權(quán)，報(bào)警過(guò)濾/ 訪問(wèn)控制由過(guò)程區(qū)域劃分，共享自定義功能，可鎖定/ 共享工廠分區(qū)，授權(quán)訪問(wèn)使用口令或者智能卡，安全功能可應(yīng)用至每個(gè)操作或者對(duì)象。 其它一些特殊功能，如智能卡閱讀器用于簡(jiǎn)單和安全的用戶識(shí)別；在過(guò)程畫面中加入視頻輸入；每個(gè)操作員/ 組能被分配給單獨(dú)的功能、區(qū)域等的操作授權(quán)；帶有DCF 77或者GPS 接收器的中央時(shí)鐘同步；信號(hào)模塊報(bào)警聲光提示；在線語(yǔ)言切換。 本工程采用了西門子公司專門為水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的CEMAT軟件，使用了融合DCS 和PLC 技術(shù)的PCS7 過(guò)程控制系統(tǒng)，在全廠安裝了分布式現(xiàn)場(chǎng)總線，系統(tǒng)總線采用高速光纖以太環(huán)網(wǎng)。這些先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)保證了工程的先進(jìn)性，并大大縮短了工程實(shí)施中編程和調(diào)試的時(shí)間，使工廠得以順利投產(chǎn)并取得了良好的效果。