PCS7在華新水泥生產過程控制系統中的應用

通常情況下，石灰石破碎控制站使用一個西門子SIMATIC S7-300站（315-2 DP）進行控制，其余各個控制站使用一個西門子SIMATIC S7-400站（416-2 DP）進行控制。依照現場設備及工藝布局的具體情況，可以將窯尾控制站和窯頭控制站合并為一個控制站；將水泥磨控制站和包裝控制站合并為一個控制站。

以上每個子系統均通過西門子不同的通訊模塊連接在同一個工業以太網上。在窯線主要生產控制部分，采用工程師站及服務器/客戶機結構，運用若干數量的人機界面（操作員站）完成對生料、熟料、水泥生產過程自動化控制系統的監視和控制。并且，管理人員能夠使用IE瀏覽器，利用WINCC中的Web Navigator，通過網關，對生產線的監視和控制進行實時瀏覽。

二、系統要求

1．控制系統設計的總體目標
　　•提高水泥生產的自動化水平；
　　•實現實現水泥生產系統的高品質運行，提高運行經濟性；
　　•提高運行人員工作效率，滿足整個系統運行全能值班要求；
　　•提高效益，降低能耗。

2．系統設計及應用時的設計思想
　　

1) 功能設計：體現DCS建成后的自動化程度、處理事故能力（報警、分析、指導、處理等）及先進的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設計思想。

具體如下：
　　對象控制
　　•按工藝流程的自動化過程由DCS系統協調完成，達到平衡。
　　•保障系統安全、可靠、高效運行和啟停。
　　提高水泥生產系統運行的技術經濟效益
　　•實現高自動化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。
　　完善的操作指導和事故分析手段
　　•系統運行工況可由很多監測參數反映出來，當運行工況出現異常時，提供相關參數、趨勢、圖表等高效方式通知運行人員及時處理。
　　•操作記錄打印、報警打印、事故追憶打印、周期性報表等功能，有助于系統日常管理和事故分析。
　　•高效、便捷的系統在線維護。
　　

2) 系統設計：體現DCS的高可靠性、先進性、易維護、易組態等為設計思想。具體如下：
　　可靠性設計：
　　•所有部件標準化、通用化、模塊化。
　　•控制系統按分層、分散、自治的原則。
　　•所有I/O模件均為智能化設計，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數字濾波和消除偶發干擾的措施。
　　維護性設計：
　　•可帶電插拔。
　　•系統自診斷至通道級。
　　•選用模塊化的功能組態軟件，提高軟件透明度。
　　擴展性設計：
　　•采用工業以太網網絡結構，通訊速率100MBPS，主干網采用冗余環網，個子站通過雙絞電纜掛接在主干網絡上，有極強的通訊擴展能力。
　　•提供與其它系統的通訊接口，如工業以太網、PROFIBUS DP或MODBUS。
　　開放性設計：
　　•支持國際標準數據接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
　　•標準MIS數據接口站，與廠級MIS互聯。

三、PCS7系統的主要特點

華新水泥為什么選擇SIEMENS PCS7?
　　

●水泥生產各個車間和工段互不干擾，但它必須實現相互之間的通訊，完成交換數據，從而保證連鎖要求；
　　 ●系統有大量的離散輸入/輸出數據，以及少量的模擬輸入/輸出；
　　 ●部分離散輸入/輸出需要高掃描速度；
　　 ●部分重要過程傳感器需要系統能夠實現優化處理，也可以實現人工設置；
　　 ●工藝相對簡潔，設備數量多；
　　 ●系統方便地與隨機控制設備（PLC）的連接、通訊；
　　 ●控制系統必須有很好的兼容性；
　　 ●控制系統可靠性高，有自診斷和冗余功能
　　 ●TIA的理念和強大的系統軟件功能　　

PCS7是一種模塊化的基于現場總線的新一代過程控制系統，結合了傳統DCS和PLC控制系統的優點，將兩者的功能有機的結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用了新技術，在網絡配置上，使用標準工業以太網和PROFIBUS網絡。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實現了儀控和電控的一體化，充分體現了全集成自動化的特點，使得系統應用范圍變廣，是一種適用于現在、面向未來的開放型過程控制系統。

PCS7擁有良好的用戶界面及強大的系統功能塊庫，能大大節省系統編程組態的時間和費用。
　　·系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺, 所有軟件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同樣統一的軟件平臺。
　　·系統大量采用了新技術, 在網絡配置上使用標準的工業以太網和 PROFIBUS 網絡。
　　·通過冗余的 10 Mbps 光纖環網(工業以太網)相連接,分別將信號傳送至中央控制室, 全廠主要設備的開、停和故障信號都將在過程控制系統和中央控制室顯示。
　　·采用 SIEMENS 高速以太網光纖通信模塊 OSM, 大大加強了網絡抗電磁干擾的能力, 省去了采用普通雙絞線連網所必須考慮的防雷擊及過電壓保護的措施, 使得控制系統安全可靠, 風險系數大大降低。
　　·自動化系統的現場控制站采用帶有帶電熱插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式輸入/輸出控制站,允許控制站中的信號模塊在系統運行的情況下插拔, 而無需停止系統,大大提高了系統的可靠性。
　　·系統所有的分布式遠程I/O分站和低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場控制器等通過PROFIBUS-DP現場總線與系統控制器進行通信，最高通信速率可達12Mbps。

四、PCS7系統在華新水泥的應用

1． 硬件組成
　　華新水泥生產過程自動化控制系統的硬件包括：1個西門子SIMATIC 300站和5個（最少為3個）西門子SIMATIC 400站。（各個站包括1個電源模塊、1個CPU、1個工業以太網通訊接口模塊和數量不等的ET200M、模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊）、1臺工程師站計算機和1組服務器對及若干臺工控計算機、2個西門子CP1613網卡、1臺MIS服務器。

2、 軟件組成
　　華新水泥生產過程自動化控制系統的軟件包括：Windows 2000 Server 英文版操作系統、西門子PCS7編程軟件和CEMAT水泥行業專業軟件。

3、 系統配置（見附圖）
　　華新水泥生產過程自動化控制系統中各個現場控制站通過西門子工業以太網通訊模塊連接在同一個SIMATIC工業以太網（采用光纖熔接為環形網絡，如下圖中綠線所示）上完成控制功能，同時服務器通過西門子CP1613網卡、若干臺工控計算機也通過經RJ45屏蔽雙絞線由普通網卡到交換機或中控室的OSM TP62連接到此SIMATIC 工業以太網上完成監視和操作功能。其中，原料磨控制系統的SIMATIC 400站通過工業以太網與石灰石破碎控制系統的SIMATIC 300站交換數據，同時原料磨控制系統的SIMATIC 400站通通過工業以太網與窯尾控制系統和窯頭控制系統的SIMATIC 400站交換數據。而且，SIMATIC 400站基于PROFIBUS-DP/PA網絡，連接現場遠程控制站、PROFIBUS-DP設備（低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場控制器等）或PROFIBUS-PA儀表（溫度變送器、壓力變送器）。