西門子PA儀表與PCS7系統(tǒng)結(jié)合在華新水泥(武穴)項(xiàng)目中的應(yīng)用

華新水泥股份有限公司是一個(gè)有著百年歷史、享譽(yù)國內(nèi)外的國家大型水泥骨干企業(yè)，前身為1946年9月28日創(chuàng)建于湖北黃石的華新水泥股份有限公司大冶水泥廠。當(dāng)年向美國愛立斯公司洽談?dòng)嗁徚藘蓷l3.5*145M大型水泥濕法旋窯和配套設(shè)備，建設(shè)成了當(dāng)時(shí)“遠(yuǎn)東第一”，后來一直享譽(yù)中外的華新水泥廠，即今天的華新水泥股份有限公司。

1994年12月31日，公司新建的2000t/d水泥熟料生產(chǎn)線一次點(diǎn)火成功投產(chǎn)，由此公司實(shí)現(xiàn)了濕法工藝向先進(jìn)的干法工藝的歷史性轉(zhuǎn)變。

進(jìn)入“十五”以來，華新進(jìn)入了飛速發(fā)展期，到目前為止，華新水泥股份有限公司建設(shè)新型干法窯共１０條，粉磨站共8個(gè)。

華新水泥股份有限公司武穴分公司地處“鄂東門戶”武穴市，是中國著名水泥企業(yè)集團(tuán)華新水泥股份有限公司，旗下最大的分(子)公司，規(guī)劃年產(chǎn)水泥1000萬噸，一期工程為一條日產(chǎn)6000噸的新型干法水泥生產(chǎn)線，具備年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料200萬噸，優(yōu)質(zhì)水泥250萬噸的能力。一期工程于2004年4月29日開工興建，2005年4月26日點(diǎn)火投產(chǎn)，現(xiàn)運(yùn)行正常。

新型干法水泥生產(chǎn)已成為當(dāng)代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進(jìn)的工藝。

整條生產(chǎn)線分為三個(gè)階段：(1)生料制備 (2)熟料煅燒 (3)水泥的制成

以上三個(gè)階段可以簡稱為“兩磨一燒”。

華新武穴熟料生產(chǎn)線在水泥生產(chǎn)過程中,大致經(jīng)過了原料開采、原料破碎、生料配料、生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨、水泥包裝及輸送等過程。

圖1-2：武穴水泥磨工藝生產(chǎn)線監(jiān)控圖

過程控制儀表是水泥生產(chǎn)自動(dòng)化中不可缺少的一部分, 而在50 年代, 過程儀表基于 3～15psi 氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 60 年代后發(fā)展了 4～20mA(DC) 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn), 80年代后---4～20mA(DC) 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和智能儀表并存。

然而，II型儀表存在參數(shù)不易調(diào)整, 現(xiàn)場人員不易控制；還有互換性差等缺點(diǎn)，

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了較大變化, 現(xiàn)場總線技術(shù)的智能儀表等產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

SITRANS T3K PA 將來自熱電阻和熱電偶的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。測量值通過微處理器，轉(zhuǎn)化為PROFIBUS PA上的溫度輸出和其它狀態(tài)參數(shù)。傳感器、量程、故障信息都可以編程設(shè)定，因此，SITRANS T3K PA能夠提供您各種各樣可能的診斷和模擬的功能。

高度的安全性----工作電流小于11mA。出于安全考慮，在故障事件中，總線電流減少到小于14mA。

快速，無故障參數(shù)化----SITRANS T3K PA結(jié)構(gòu)緊湊，可安裝在帶蓋的B型接線盒中。此外，在參數(shù)設(shè)定方面，它還可以利用方便的SIMATIC PDM軟件進(jìn)行編程。

SITRANS T3K PA帶有的保護(hù)功能：

l 電流限值：在出現(xiàn)故障時(shí)，避免總線過載，維護(hù)其它正確運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流通；

l 極性顛倒保護(hù)：使總線線路按要求連接；

l EMC濾波：在有電磁干擾時(shí)防止誤動(dòng)作；

SITRANS P DSIII PA系列壓力變送器適用于非腐蝕性和腐蝕性氣體、蒸汽和液體的壓力測量。標(biāo)準(zhǔn)量程寬，從0.1至40MPa

該變送器即可使用三個(gè)輸入鍵在現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并可在數(shù)字表頭上觀察測量結(jié)果、出錯(cuò)信息和操作模式。又可通過一個(gè)SIMATIC PDM工具軟件在線測試狀態(tài)值和診斷值。SITRANS P DSIII 系列變送器特點(diǎn)：

l 可靠性

l 穩(wěn)定性

l 超強(qiáng)的診斷功能

· 超限監(jiān)測。當(dāng)壓力值超限，或錯(cuò)誤信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，其發(fā)生的頻繁度、時(shí)間、幅度、都將作為異常事件被記錄。及時(shí)掌握生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常情況。

· 可以通過軟件輸入一個(gè)值，修正正常范圍內(nèi)的漂移情況。

· 內(nèi)置維護(hù)計(jì)數(shù)器，可以記錄變送器調(diào)校次數(shù)。根據(jù)連續(xù)性理論，此功能可用于保證變送器的最大使用精度。

· 變送器內(nèi)的仿真功能，可基于已定義的數(shù)值檢查變送器電子部分和整個(gè)回路，以獲得以下重要信息：變送器電子部分是否正常工作？多少壓力時(shí)產(chǎn)生超限響應(yīng)?調(diào)節(jié)回路是否正常？所有顯示功能是否起作用？

STRANS LR400是一款24GHz連續(xù)波調(diào)頻工作方式的微波雷達(dá)物位計(jì)，最大量程可達(dá)45米，改進(jìn)型的量程升級(jí)至50米；喇叭口可以根據(jù)客戶的實(shí)際需要加長，可以完全滿足水泥廠中各種不同高度的倉的要求。

可以通過紅外手持編程器直接對(duì)儀表進(jìn)行編程，也可以使用SIMATIC PDM 軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程編程。

除此之外，它還有以下特點(diǎn)：

1) 高頻、耐高溫特性，使其很好地用于諸如生料、熟料、成品水泥、粉煤灰等介質(zhì)的測量應(yīng)用中，測量結(jié)果可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

2) 先進(jìn)的回波處理算法——聲智能技術(shù)，能夠?qū)⒄婕倩夭ㄐ盘?hào)區(qū)分開來，從而保證測量的可靠性。

3) 采用PTFE長喇叭防塵封頭設(shè)計(jì)，外加吹掃裝置，既克服粉塵吸附，又消除干擾信號(hào)的影響。

堅(jiān)固的鋁制外殼設(shè)計(jì)，能夠滿足各種惡劣的工況。

對(duì)于華新而言，如何選擇可靠高效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、電控設(shè)備及儀表設(shè)備是提高產(chǎn)品的競爭力的成本控制策略的重要內(nèi)容。在水泥廠中，利用溫度、壓力、物位等儀器對(duì)不同的爐膛、管道、物料倉的準(zhǔn)確測量，是提高整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全環(huán)保起著至關(guān)重要的作用。

表2-1 西門子產(chǎn)品

　　

　　　　　　

西門子變頻器440 西門子PA 壓力&溫度儀表

DP執(zhí)行器SIPOS5 用現(xiàn)場接線盒取代TAP頭　

LR400 雷達(dá)料位計(jì)

3.1系統(tǒng)共設(shè)3個(gè)控制室：石灰石破碎控制室1個(gè)，中央控制室1個(gè)，包裝控制室1個(gè)。

3.2 全廠過程控制系統(tǒng)需控制的點(diǎn)：DI 2624點(diǎn)、 DO 1280點(diǎn)、AI 200點(diǎn)、AO 8點(diǎn)、PT100 320點(diǎn)、 共4432點(diǎn)、DP 256個(gè)、 PA 105個(gè)。

圖3-­1武穴過程控制系統(tǒng)配置圖

根據(jù)華新武穴6000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目的工廠管理、生產(chǎn)過程及功能要求，過程控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)可分為3層，即

3.3 工廠級(jí)(企業(yè)管理層)、車間級(jí)(監(jiān)控層)和現(xiàn)場級(jí)(現(xiàn)場控制層)。

現(xiàn)場控制層：

（1）SIMATIC ET 200M 遠(yuǎn)程I/O站通過ProfibusDP通信標(biāo)準(zhǔn)與S7 416-2進(jìn)行通信；

（2）現(xiàn)場低壓智能保護(hù)、中壓智能保護(hù)、交直流傳動(dòng)、調(diào)速變頻裝置以及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過ProfibusDP通信標(biāo)準(zhǔn)與 S7 416-2 PLC進(jìn)行通信；

（3）現(xiàn)場智能儀表（包括總線式壓力變送器和總線式溫度變送器）通過Profibus-PA通信標(biāo)準(zhǔn)與DP/PA-LINK及COUPLER連接與S7 416-2 PLC進(jìn)行通信；

3.3.2 現(xiàn)場控制層組成：6個(gè)現(xiàn)場控制站、5個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。

３．４控制系統(tǒng)軟件

3.4.1 武穴項(xiàng)目選用的是西門子的PCS7作為操作平臺(tái)；

3.4.2　用戶軟件有華新技術(shù)中心技術(shù)人員自己開發(fā)的應(yīng)用軟件；

西門子網(wǎng)絡(luò)以PROFIBUS協(xié)議為主流，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)簡單快捷，直觀易于操作。

ProfiBus-PA儀表組態(tài)步驟：（以壓力變送器為例，其它儀表類似）

4.1.1 打開PCS7中的硬件配置，將現(xiàn)場儀表圖標(biāo)拖入，西門子的GSD文件自動(dòng)集成在后臺(tái)；

4.1.2 現(xiàn)場儀表硬地址（例如：８）必須與硬件配置中的地址匹配；

4.1.3 編輯下載后，控制器開始通訊;

4.1.4　邏輯分配的地址(例如：５１６)存放的數(shù)據(jù)是有效的；

4.1.5 雙擊現(xiàn)場儀表圖標(biāo)，打開SIMATIC PDM, 即可對(duì)現(xiàn)場儀表進(jìn)行參數(shù)配置；

圖4-1 ProfiBus-PA儀表在PCS7中硬件配置

4.2.1 在CFC chart圖中拖進(jìn)一個(gè)“PA_AI”塊；

4.2.2 “PA_AI” 模塊具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，將邏輯I/O單元內(nèi)容轉(zhuǎn)換成測量值和狀態(tài)值，例如”516”

4.2.3 PA_AI 共5BYTES, 高4ｂｔｙｅｓ是測量值，１ｂｔｙｅ過程狀態(tài)；

4.2.4 通過狀態(tài)值的評(píng)估在線診斷現(xiàn)場設(shè)備；

4.2.5 將CFC　chart 塊編輯、然后下載到CPU控制器，現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)

圖4-2 ProfiBus-PA儀表在PCS7的CFC中的應(yīng)用圖

圖4-3 461KH1T1窯頭罩溫度曲線

圖4-4 461KH1P1窯頭罩壓力曲線

（2006.11.03，14:23~15:23 一個(gè)小時(shí)的溫度、壓力曲線記錄）

5.1 SIMATIC PDM—是一個(gè)過程設(shè)備管理工具，適用于所有的現(xiàn)場設(shè)備，如溫度變送器、壓力變送器、物位計(jì)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等智能儀表；

5.2 打開PDM工具展示供貨商所有的設(shè)備參數(shù)描述；

5.3 提供統(tǒng)一的人機(jī)界面易于操作；

5.4 SIMATIC PDM 有集成版或單機(jī)版；

5.5 一臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備的所有參數(shù)可以通過通訊傳輸上來；

5.6 SIMATIC PDM 特殊功能

- 設(shè)置現(xiàn)場設(shè)備地址

- 顯示連續(xù)記錄

- 參數(shù)設(shè)置比較

圖5-1 SIMATIC PDM 可視平臺(tái)

圖6-1 壓力表頂?shù)谋Ｗo(hù)蓋

圖6-2 三個(gè)現(xiàn)場按鈕

6.1壓力儀表調(diào)校

對(duì)于西門子壓力儀表參數(shù)設(shè)置方法很多，并且所設(shè)定的參數(shù)有20多個(gè)，如何簡單迅速的對(duì)儀表進(jìn)行設(shè)定，是儀表工程師關(guān)注的問題。通過現(xiàn)場摸索，總結(jié)出一套簡單的操作步驟：

6.1.1 直接打開現(xiàn)場安裝好的壓力表頂?shù)谋Ｗo(hù)蓋，通過三個(gè)現(xiàn)場按鈕進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；

6.1.2 SITRANS P DSIII PA系列壓力變送器依按照下列基本參數(shù)設(shè)定

6.1.3 零點(diǎn)誤差的調(diào)整：將變送器放空或抽真空，然后通過零點(diǎn)調(diào)整使實(shí)際位差顯示為0Pa，從而達(dá)到校正因安裝位置等原因?qū)е碌牧泓c(diǎn)誤差。

6.2壓力儀表安裝需要注意的問題

6.2.1 測量氣體時(shí)，變送器安裝在高于取壓點(diǎn)的位置，保證冷疑液流回主管線而不至于產(chǎn)生假指示；

6.2.2 測量液體時(shí)，變送器安裝在低于取壓點(diǎn)的位置，確保主管線的含雜的氣體被放掉；

6.2.3 安裝便于操作，盡量靠近取樣點(diǎn)；

6.2.4 建議向下垂直安裝；

6.2.5 避免變送器曝曬，避免強(qiáng)振動(dòng)，避免高溫；

6.3溫度儀表調(diào)試和安裝需要注意的問題

由于西門子溫度儀表體積小巧，安裝方便，我們直接用PDM在室內(nèi)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，調(diào)試。安裝便于操作，盡量靠近取樣點(diǎn)，同時(shí)，避免變送器曝曬，避免強(qiáng)振動(dòng)，避免高溫。

PROFIBUS-PA配置方式兩種：一種是通過Coupler直接接PA-儀表，但這種方式通訊速率較低，使得PROFIBUS-DP總線回路速率只有45.45KBit/S；另一種采用Link+Coupler的方式配置系統(tǒng)，適合于系統(tǒng)規(guī)模較大，每個(gè)站的儀表超過20臺(tái)以上，而ProfiBus DP所掛接的設(shè)備要求具有較高的通訊速率，故而，通過PCS7組態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)利用Link作為DP從站占據(jù)一個(gè)DP 地址，所有溫度變送器、壓力變送器等智能儀表作為Like的從屬獨(dú)立于ProfiBus DP單獨(dú)進(jìn)行編址。

　

Iseg：回路總電流

Ibn：總線設(shè)備基本電流消耗

Ifde：總線故障電流

Is：耦合器供電電流

M：總線設(shè)備數(shù)量

N：起始數(shù)

舉例： (1)SIRANS TF PA型溫度變送器，消耗基本電流Ibn =11mA，最大故障電流Ifde <=3mA時(shí)，則在6ES7 157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接溫變臺(tái)數(shù)：（400mA-3mA）/11mA=36臺(tái)

(2)若SITRANS P壓力變送器其消耗基本電流Ibn=12.5Ma,最大故障電流Ifde =15.5mA,則在6ES7 157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接壓變臺(tái)數(shù)：（400Ma-15.5Ma）/12.5mA=30臺(tái)

但是，大家知道ProfiBus行規(guī)協(xié)議規(guī)定，每段僅鏈接31臺(tái)智能儀表

確保最后一臺(tái)儀表的工作電壓大于9V

其中：

Ubn：最后設(shè)備電壓

Us：耦合器的電壓

Is：耦合器的電流

R'：單位長度導(dǎo)線阻抗

Lges：總長度

Iseg：回路總電流

例如：選用Coupler 型號(hào)6ES7 157-0AC81-0XA0為非防爆型，最大輸出電流為400mA，輸出電壓19VDC，則(16V-9V)/400*44 /km=0.4km

所以我們?cè)谖溲?xiàng)目PA儀表網(wǎng)絡(luò)配置中，充分考慮以上因素，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)配置， 使得生產(chǎn)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

8.1 在硬件上節(jié)省電纜、節(jié)省I/O模板、減少盤柜量，節(jié)約電源隔離器 ；

8.2　在軟件上設(shè)計(jì)集中、設(shè)計(jì)故障源減少，節(jié)省調(diào)試時(shí)間；

8.3　在生產(chǎn)安全上減少停機(jī)時(shí)間、尋找故障直觀，迅速、具有預(yù)維護(hù)和診斷功能；

8.4用現(xiàn)場總線與非現(xiàn)場總線成本差別

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 ，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，現(xiàn)場總線技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。運(yùn)用該技術(shù)研究和開發(fā)的現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)及智能儀表 , 必將大大推動(dòng)水泥生產(chǎn)過程中自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)用化。通過我公司多年來西門子溫度、壓力、料位計(jì)等儀表的應(yīng)用情況來看，其穩(wěn)定性好。可靠性高，故障診斷方便等優(yōu)點(diǎn)，為我公司的儀表推薦應(yīng)用產(chǎn)品。