隨著水泥生產(chǎn)大型化、使用設(shè)備先進(jìn)性的提高以及水泥工業(yè)劣質(zhì)原料和工業(yè)廢渣的綜合利用，水泥工廠自動(dòng)化水平的提高已受到越來越高的重視。與傳統(tǒng)的模擬儀表及繼電器控制相比，分布式控制系統(tǒng)以其集中操作管理、分散檢測控制的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能完善、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)，在水泥行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。 　　武漢亞東水泥股份有限公司5000t /d水泥熟料生產(chǎn)線投產(chǎn)后，為用戶帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。該生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝為了滿足大型化、自動(dòng)化、高效率、低能耗、低污染等要求，整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平必須非常高。經(jīng)過長期的認(rèn)真比較研究，該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用了西門子公司PCS7系統(tǒng)及CEMAT系統(tǒng)軟件、總線儀表等當(dāng)前國際先進(jìn)的控制技術(shù)，并針對大型水泥工廠生產(chǎn)工藝要求編制相應(yīng)軟件，使控制系統(tǒng)的使用及維護(hù)更加方便可靠。 1 PCS7系統(tǒng)特點(diǎn) 　　PCS7集成了系統(tǒng)所需的標(biāo)準(zhǔn)硬件和編程所需的標(biāo)準(zhǔn)軟件，其控制器采用西門子公司的S740+ET200M部件，使其模塊化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和豐富的通訊功能得到充分發(fā)揮； 系統(tǒng)軟件為Simatic Manager， 它是PCS7的核心應(yīng)用程序， 集成了STEP7、WinCC、CFC、SFC等編輯器，使上下位機(jī)的數(shù)據(jù)連接工作方便地進(jìn)行。 　　PCS7系統(tǒng)軟件采用SIMATIC程序管理器，可對項(xiàng)目進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立文件。對于一個(gè)項(xiàng)目管理，可有工廠視圖、組件視圖、過程對象視圖三個(gè)不同的視圖，同時(shí)進(jìn)行管理。其中，組件視圖主要管理系統(tǒng)的硬件，如控制器、系統(tǒng)總線、I/O系統(tǒng)等；工廠視圖主要管理工藝過程，它將整個(gè)工廠按工藝過程的要求，分為各個(gè)子系統(tǒng)，然后將各個(gè)系統(tǒng)映射到控制器上；過程對象視圖用于對所有控制對象的參數(shù)進(jìn)行管理。 　　在SIMATIC程序管理器下，還可以使用多種組態(tài)工具，無論采用何種組態(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)庫中。組態(tài)工具有：CFC、SFC、STEP7、SCL和WinCC等。CFC是一種簡潔的圖形組態(tài)工具，主要用于連續(xù)過程的自動(dòng)化控制任務(wù)的組態(tài)，為系統(tǒng)主要編程工具。CFC組態(tài)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)。每個(gè)CFC由多個(gè)分區(qū)構(gòu)成。每個(gè)分區(qū)由6頁組成。功能塊之間的連接可以在相同或不同的CFC之間的相同或不同的分區(qū)的頁面上進(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)。此外，CFC還具有圖中圖功能，即將同類的控制功能組態(tài)成樣板CFC圖，以后組態(tài)時(shí)可以多次在其它CFC圖中插入樣板CFC圖，直接對樣板圖進(jìn)行連接，這樣可以節(jié)省大量的組態(tài)時(shí)間。 　　水泥行業(yè)的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制除了常規(guī)的電機(jī)控制、儀表信號監(jiān)控外，還具有一些特殊要求。如設(shè)備的成組控制（包括組啟動(dòng)、組暫停、組停止），兩路閥的控制等，不同方式對同一控制設(shè)備有不同的啟停要求。CEMAT軟件包是西門子公司專門為水泥行業(yè)開發(fā)的水泥控制系統(tǒng)，是一個(gè)集成化的標(biāo)準(zhǔn)軟件，具有專用于水泥工廠的特征模塊數(shù)據(jù)庫，對各種電動(dòng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、電磁閥、測量信號及硬件診斷等都有自己獨(dú)特的解決方案。同時(shí)其顯示方式簡潔，不需附加另外的專家系統(tǒng)就可完成組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。該軟件包集成于PCS7系統(tǒng)，在PCS7集成的功能上增加了針對水泥工程的工程操作、故障診斷及聯(lián)鎖等功能塊，是具有獨(dú)特的、開放式的接口及經(jīng)濟(jì)的解決方案。CEMAT軟件包特點(diǎn)如下： 方便的水泥廠故障診斷功能 方便的軟件聯(lián)鎖功能 靈活便利的操作方式 減少故障時(shí)間 針對水泥行業(yè)的特殊指令 與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)模塊相比，CEMAT系統(tǒng)的組態(tài)直接面向水泥工藝過程，其功能塊使用靈活、編程調(diào)試方便、功能塊間通過點(diǎn)擊自動(dòng)連線，避免了許多中間變量的產(chǎn)生，節(jié)約了大量的系統(tǒng)資源。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.1 系統(tǒng)軟硬件配置 2.1.1 硬件組成 系統(tǒng)硬件由信息可交換的中央控制室、高可靠大容量冗余的現(xiàn)場控制站、PROFIBUS 過程現(xiàn)場總線技術(shù)的分散型I/ O等子系統(tǒng)組成。操作員站及工程師站均配有支持工業(yè)以太網(wǎng)的CP1613智能網(wǎng)卡，以分擔(dān)主機(jī)CPU 的負(fù)荷，控制站采用了功能強(qiáng)大的冗余CPU 417 - H，控制站與操作員站及工程師站之間配備了電氣交換機(jī)ESM，使工業(yè)以太網(wǎng)通訊速率達(dá)到100mps，并實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，控制站與現(xiàn)場I/ O 之間采用了冗余現(xiàn)場總線PROFIBUS，I/ O模塊支持帶電熱插拔。 2.1.2 軟件構(gòu)成 控制站用PCS7 TOOL SET 進(jìn)行編程和組態(tài)，PCS7 TOOL SET由STEP 7 （邏輯控制） 、SFC（順序控制功能圖） 、CFC（連續(xù)控制功能圖） 、SCL （結(jié)構(gòu)化編程語言） 等控制算法組成。在控制站和操作員站上，監(jiān)控軟件采用西門子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的視窗控制中心軟件WinCC（Windows Control Conter） ，上下位機(jī)使用高度統(tǒng)一的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL2000?？刂葡到y(tǒng)軟件構(gòu)成見圖1。 圖1 控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成圖 2.2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu) 　　整個(gè)系統(tǒng)分為下層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理網(wǎng)絡(luò)兩部分。下層控制網(wǎng)采用同軸屏敝電纜,通過每個(gè)ET200M上的IM153 - 2通訊卡與AS417 - H控制器互相連接，滿足現(xiàn)場信號的采集、處理和控制器通訊需要，為Profibus - DP現(xiàn)場通訊網(wǎng)。上層管理網(wǎng)絡(luò)又分為兩類：一類為采用同軸電纜，通過OS 站、ES站控制器上的通訊模塊CP443 - 3 相連接，滿足操作員站、工程師站對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理的需要，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另一類為采用同軸細(xì)纜，通過ESM電氣交換機(jī)，構(gòu)成環(huán)形光纜管理網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)站與站之間的通訊，主要滿足工程師站和操作員站之間的文件管理、拷貝等功能的需要。環(huán)形網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余，無論網(wǎng)上的任意一點(diǎn)斷開都不會(huì)影響網(wǎng)上任何設(shè)備的正常工作。 　　其中現(xiàn)場控制站由六個(gè)站組成（其中包括兩個(gè)遠(yuǎn)程控制站），石灰石破碎控制站、原料控制站、燒成窯尾控制站、煤粉制備遠(yuǎn)程控制站、燒成窯頭控制站和熟料儲存遠(yuǎn)程控制站?，F(xiàn)場控制站通過中央處理單元及I/O模塊完成生產(chǎn)過程中各過程參數(shù)的采集、調(diào)節(jié)以及設(shè)備的起?？刂?。控制站分布在各電氣室，以縮短與電氣柜、現(xiàn)場一次檢測元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的距離。 中央控制室配置一臺工程師站（ES）、四臺操作員站（OS）。四臺操作員站均可對從石灰石破碎至熟料散裝的工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和控制。操作員可以在監(jiān)視器上觀察生產(chǎn)過程中各個(gè)部分的流程、各測點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、重要參數(shù)趨勢圖、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警等畫面，監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，從而實(shí)現(xiàn)對工藝過程的管理、監(jiān)視和控制。工程師站除具有操作員站的所有功能外，還可以對全系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和維護(hù)，完成操作員站和現(xiàn)場控制站的編程，修改和調(diào)試工作。 3 控制策略 3.1 控制回路 　　對5000 t/d的水泥熟料生產(chǎn)線，我們確定了比以往生產(chǎn)線具有更高的自動(dòng)化水平的控制方案。在從石灰石破碎至熟料散裝的整條生產(chǎn)線中，除了采用順序邏輯控制控制電機(jī)的起動(dòng)停止，系統(tǒng)還使用了原料配料控制、立磨出口溫度控制、立磨進(jìn)出口壓差控制、增濕塔出口溫度控制、均化庫底充氣及生料小倉倉重控制、生料入窯流量控制、分解爐出口溫度控制、粉煤灰喂料控制、篦冷機(jī)卸灰控制、篦冷機(jī)廢氣溫度控制等控制回路，針對不同的生產(chǎn)工況，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，對生產(chǎn)線各部分實(shí)施最優(yōu)化控制，使系統(tǒng)的操作更加穩(wěn)定可靠，達(dá)到控制系統(tǒng)高效、節(jié)能、環(huán)保的要求。 3.2 專家診斷功能 　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系和步序關(guān)系，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備劃分為若干個(gè)組，各組內(nèi)設(shè)備根據(jù)其聯(lián)鎖及步序關(guān)系順序起停，并受保護(hù)條件的制約。各組及各設(shè)備的起動(dòng)、運(yùn)行都受起動(dòng)條件、聯(lián)鎖條件和運(yùn)行條件的保護(hù)。當(dāng)組或設(shè)備起動(dòng)失敗或跳停時(shí)，操作員站中會(huì)有事件記錄，并可在組或設(shè)備的操作窗口中查詢起動(dòng)失敗或跳停的原因，幫助維護(hù)人員盡快發(fā)現(xiàn)問題，處理故障并恢復(fù)生產(chǎn)。 3.3 工業(yè)電視系統(tǒng) 　　系統(tǒng)中設(shè)置了大量的工業(yè)電視：石灰石破碎板喂機(jī)、石灰石堆料、石灰石取料、原料入磨皮帶、窯頭看火、篦冷機(jī)落料、原煤入磨皮帶秤等。工業(yè)電視的監(jiān)視器都放在中央控制室，使操作員在起停設(shè)備、調(diào)節(jié)參數(shù)的同時(shí)，能直觀地了解現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，大大提高了效率。 4 結(jié)束語 　　水泥熟料生產(chǎn)線投產(chǎn)至今完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能得到了用戶的認(rèn)可。實(shí)踐證明，控制系統(tǒng)作為整條生產(chǎn)線的大腦，始終運(yùn)行良好，在生產(chǎn)中充分發(fā)揮了其應(yīng)有的控制、指揮作用。由于CEMAT軟件未漢化，對中文系統(tǒng)不是完全兼容，在一定程度上阻礙了該控制軟件優(yōu)越性的充分發(fā)揮。 參考文獻(xiàn)： [1]孟睿，汪海峰，陳嘉陵?；诮M態(tài)軟件編程的水泥回轉(zhuǎn)窯先進(jìn)控制，電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2002，7（1）：61-65 [2]張焱，晉國恭。SuperCem-1000 DCS系統(tǒng)在水泥廠的應(yīng)用，水泥工程，1999,（4）：35-37 [3]楊憲惠?，F(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，1999 [4]廖常初。S7 - 300/ 400 PLC 應(yīng)用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 作者：劉童玲，女，25，華中科技大學(xué)研究生 430074 華中科技大學(xué)東九舍402 02787549121 millie0730@tom.com 　 作者單位：華中科技大學(xué) 　 地址：武漢市華中科技大學(xué)東九舍402　430074　 Email：millie0730@tom.com