PCS7方案—湖北華新5500t熟料技改項目

概述

華新水泥有限公司日產5500 噸的水泥生產線，從石灰石破碎到水泥包裝的生產過程監控、信息管理全部納入計算機控制系統。整個控制系統以生產過程控制為核心，將高低壓電動機、自動化儀表、生料質量控制、工廠信息管理等通過網絡連接成一個整體。經營管理層采用以太網，生產管理層采用工業以太網，現場控制層以現場總線為主，常規分布式I/O 為輔，組成了一個適于大型水泥生產線的高水平、低投資的完整管理控制一體化系統。整個系統的基本配置見系統配置圖。

控制系統配置

整個控制系統網絡分為經營管理層、生產管理層和現場控制層。

1) 經營管理層

經營管理層依托華新水泥有限公司已建成的管理網絡，通過標準以太網與生產管理層連接。

2) 生產管理層

整個系統根據生產線的布置情況和運行管理要求共設6個控制室：中央控制室、原料控制室、石灰石破碎控制室、水泥包裝控制室、碼頭控制室、總配電站。生產管理層采用標準TCP/IP 協議通過工業以太網實現現場控制站與操作員站、工程師站和服務器之間的通訊。

· 操作員站/ 工程師站、PCS7 服務器、現場PLC 站和MIS 服務器通過OSM 連接到工業以太光纖環網上，可以實時共享現場PLC 站的信息。

· 正常操作時，操作員站配置相同，互為備用。可獨立工作，也可同時工作，顯示不同畫面。調試和維修時工程師站可用作軟件開發、診斷現場PLC 站故障原因并進行排除等工作。

· 中控室配置彩色噴墨打印機和激光打印機，分別用于報表打印、畫面及趨勢曲線打印和實時報警打印。

· 管理功能：通過清晰友好的人機界面(HMI) 監控生產線工藝流程實時數據。

· 控制功能：用圖形菜單，即中控室操作人員通過操作站的鍵盤或鼠標對現場設備進行開停控制，也可對現場控制站的調節參數、設定值進行修改。

· 趨勢圖顯示功能：用棒狀圖和趨勢曲線顯示主要工藝參數的歷史趨勢和實時趨勢。通常在一幅趨勢圖中顯示

1-4 個工藝參數。趨勢圖中的時間坐標可以選擇調整，并能保存兩年的歷史數據。

· 報警處理功能：在操作員站的CRT 上，不論當前顯示何種畫面，都會在畫面的報警欄處顯示出醒目的故障狀態，使得操作人員隨時了解生產線的故障狀態。

·工藝參數設定功能：工藝參數設定分為二類，連續回路控制中的控制值設定和報警的設定。

·其它功能：故障次數記錄、主要設備運行累計時間記錄、大修周期時間、自動生成日/ 月/ 年報表，并可選擇打印方式、自動記錄設備或生產過程出現的非正常現象、發生時間、排除時間，并打印報表、歷史數據恢復和歷史趨勢曲線顯示，實時數據和歷史數據分析處理。

3) 現場控制層

現場控制層用于控制水泥生產線工藝過程的各個現場環節。根據本生產線現場I/O 信號的分布，現場控制層分成6 個現場控制站、3 個遠程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎遠程I/O 站、碼頭遠程I/O 站、原料磨控制站、窯尾控制站、窯頭現場控制站、水泥磨現場控制站、熟料庫底遠程I/O 站和水泥包裝現場控制站。

·現場控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每個現場控制站都自成系統，可以獨立運行，不受其他現場控制站或服務器故障停機的影響。

·遠程I/O 站采用SIMATIC ET200M 遠程I/O 站，配置CPU315-2DP 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現場控制器進行通信，遠程I/O 用于擴展現場控制器的遠程輸入輸出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 遠程站中的分布式I/O 模板，通過PROFIBUS-DP 與中央單元連接，為遠程I/O 的配置提供了極大的靈活性，即可在控制室內集中配置，也可在現場電力室或分站控制室內分布配置。可通過在中央處理單元插入多個通訊處理器來配置多條SIMATIC NET 網絡。

·10kV 系統采用SIPROTEC 4 7SJ62 綜合保護器，通過PROFIBUS-DP 現場總線與S7-400 系列現場控制器進行通訊，實現對高壓電機和10kV 配電系統的控制和保護。

·低壓電動機采用3UF5 SIMOCODE-DP 電機保護控制器，通過PROFIBUS-DP 現場總線與S7-400 系列現場控制器進行通訊，系列實現對低壓電動機的控制和保護。

· 調速裝置采用6SE71 系列變頻調速，通過CBP2 的PROFIBUS-DP 現場總線與S7-400 系列現場控制器進行通訊。

·電動執行機構采用SIPOS 5 通過PROFIBUS-DP 與S7-400 系列現場控制器進行通信。

· 現場智能儀表( 壓力、溫度、氣體分析等) 通過PROFIBUS-PA 與S7-400 系列現場控制器進行通訊。

SIMATIC 網絡系統

PCS7 的SIMATIC NET 工業通訊網絡結構，擁有豐富靈活的網絡層級。各個層級的通訊協議均采用國際標準的網絡協議，保證了系統的開放性。SIMATIC NET 的網絡產品和模件都采用工業標準制造，適用于有電磁干擾和污染的工業環境。

1) 現場總線級

SIMATIC PCS7 的現場儀表和設備級采用PROFIBUS現場總線進行通訊，中央控制器與現場I/O 站通過PROFIBUS-DP 互相進行通訊。

2) 系統總線級

工業以太網作為連接操作員站、工程師站和自動化系統站的系統總線。SIMATIC NET 中的高速以太網采用全雙工并行(FDX) 通訊模式。

3) 工廠管理級

SIMATIC PCS7 提供開放的系統平臺，支持將系統連接到工廠管理級，以實現工廠管理層上眾多軟件包快速簡便的集成，實現無縫管理和控制層上的數據交換和共享，并以WEB 方式實現與集團經營管理網的過程數據共享。

結束語

現場總線技術的出現和成熟，使傳統的DCS 控制系統在結構和性能上都發生了巨大的飛躍。系統結構的簡化，使其從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出諸多優越性。它不僅節省了硬件數量與投資，節省了安裝費用，而且系統的維護費用也大大地降低。SIMATIC PCS7 過程控制系統豐富的產品支撐和多層次的通訊網絡可滿足現代大型水泥工廠在傳統的以生產管理為核心的控制系統結構上向經營管理層和現場控制層兩端延伸的控制要求。上層通過標準以太網接入經營管理層，下層根據水泥生產線的特點，靈活地組成現場總線和分布I/O 現場控制層。