西門子工業控制軟件CEMAT在水泥廠的應用

1 系統結構
　　西門子PCS7過程控制系統是集DCS、總線I/O以及PLC為一體的新型全集成控制系統。具有分散控制、集中管理、安裝方便、成本低和維護管理智能化等特點。
　　CEMAT軟件包是西門子公司專門為水泥行業開發的水泥控制系統。是一個集成化的標準軟件，具有多個專門用于水泥工廠過程控制優化的功能塊，具有簡潔的顯示方式，不需附加另外的專家系統就可完成組態和參數設置。該軟件包集成于PCS7系統，在PCS7集成的功能上增加了針對水泥工程的工程操作、故障診斷及聯鎖等功能塊，是具有獨特的、開放式的接口及經濟的解決方案。1971年至今，CEMAT軟件包已在世界范圍已經成功使用了438套。具有如下特點：方便的水泥廠故障診斷功能；方便的軟件聯鎖功能；靈活便利的操作方式；減少故障時間；針對水泥行業的特殊指令。
2 控制系統構成
　　本自動控制系統采用控制網、監控網、現場總線三級控制網絡構成系統。系統硬件配置及網絡結構見下圖：
2.1控制網
　　控制網采用工業級交換機由光纖構成冗余環網，通信速率100Mbit/s。根據控制站的分布共配置5臺交換機，設備包括：1臺工程師站（配A3噴墨打印機1臺）；2臺互為冗余的數據庫服務器；2臺A3激光網絡打印機；5個控制站。
　　其中冗余服務器用于歷史數據記錄、性能計算、報表、SOE、事故追憶，可向操作員站、上位計算機提供數據庫服務。兩臺服務器互為冗余配置了兩個網卡：西門子的專用通訊網卡1613和通用網卡，分別用于與控制站及操作員站的通訊。
　　5個控制站采用了AS416-2做主控制站，分別為生料磨PLC、窯頭PLC、窯尾PLC、水泥磨PLC、包裝PLC。AS416-2控制站集成了CPU416-2模件，CP443-1以太網通訊模件，PS407電源模件及9槽機架，可實現現場設備的運行狀態監測、數據采集及處理、自動閉環回路控制、電氣設備開關控制等系統控制功能。

圖1 DCS控制系統配置圖
2.2監控網
　　冗余服務器、5臺操作員站（HMI）采用2臺交換機構成監控網。其中中控室4臺操作員站，包裝車間操作室1臺操作員站。所有操作員站配置相同，采用客戶機/服務器（C/S）模式。HMI可實現設備成組及單機操作、動態測量數據、報警、事件記錄、歷史趨勢觀察等功能。對于所有控制對象提供面板，使用戶可以操作和診斷回路。可以顯示所操作的測量位置的所有信息，也可防止意外操作。
2.3現場總線
　　控制站采用AS416-2控制站和ET200M遠程I/O構成現場控制網絡，采用Profibus-DP通訊協議，通信速率設置：1.5Mbit/s。由于原料破碎站距離生料磨電氣室的電纜長度約500米，為保證通訊速度，破碎站與生料磨主站間采用了一對OLM（光纖璉路模件），采用光纖連接，實現Profibus-DP通訊。
3 控制系統功能簡介
　　PCS7系統軟件采用SIMATIC程序管理器，可對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。對于一個項目管理，可有工廠視圖、組件視圖、過程對象視圖3個不同的視圖，同時進行管理。其中，組件視圖主要管理系統的硬件，如控制器、系統總線、I/O系統等；工廠視圖主要管理工藝過程，它將整個工廠按工藝過程的要求，分為各個子系統，然后將各子系統映射到控制器上；過程對象視圖用于對所有控制對象的參數進行管理。
　　在SIMATIC程序管理器下，可以使用多種組態工具，無論采用何種組態工具，生成的組態數據都自動存到一個同一的數據庫中。組態工具有：CFC（連續功能圖）、SFC（順序功能圖）、STEP7、SCL（結構化的控制語言）和WinCC（SIMATIC視窗控制中心）等。
　　CFC是一種簡潔的圖形組態工具，主要用于連續過程的自動化控制任務的組態，為系統主要編程工具。CFC組態以功能塊為基礎的，系統配置了很多預編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現。每個功能塊都有一個參數表，可根據實際工藝要求選擇不同的參數。每個CFC由多個分區構成（可以任意插入，由字母A-Z任意排列），每個分區由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的頁面上進行，連接標記由系統自動標出。因此，采用CFC可以完成很復雜的大型控制任務。此外，CFC還具有圖中圖功能，即將同類的控制功能（或方案）組態成樣板CFC圖，以后組態時可以多次在其它CFC圖中插入樣板CFC圖，直接對樣板圖進行連接，這樣可以節省大量的組態時間。
　　水泥行業的基礎自動化控制除了常規的電機控制、儀表信號監控外，還具有一些的特殊要求。如設備的成組控制（包括組啟動、組暫停、組停止），兩路閥的控制等，不同方式對同一控制設備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個水泥工程的專用功能塊，司方便的實現各種功能的控制。用戶可根據控制要求連接相應的管腳實現控制。對于每個功能塊均可使用在線查找幫助。以下介紹了常用的功能塊的功能及應用：
1）組（GROUP）功能塊的應用：在CEMAT中特有的組（GROUP）功能塊，可用于輸送系統成組順序啟動；可方便的實現組啟動、組單步（本組設備單機啟動）、組暫停、組停止以及組間啟停聯鎖。在實現輸送系統或磨機順序控制時，編程簡單，動作可靠。
2）DAMPER功能塊的應用：可用于切斷閥、調節閥、雙向電機的控制，有模擬量和數字量控制輸出。常用于風機入口閥門、兩路閥等的控制。
3）ROUTE功能塊的應用：主要用于順控路徑的選擇，如生料入窯/倒庫選擇、熟料入庫選擇等。
4）單向電機（Unidirectional Drive）功能塊應用：用于單向電機的手/自動控制，有外部速度信號及電流信號監控，適用多種電機設備的控制，如皮帶電機（有速度開關信號監控聯鎖）、破碎電機（可設定電機電流監控聯鎖）。
5）測量（Measuring Value）功能塊的應用：模擬量信號監控，該功能塊多與CH_AI塊聯合使用，可在線更改輸入的模擬量信號的量程。
6）功能塊的應用舉例：在以下一個原料入配料倉組的程序中，應用了組（GROUP）、路徑選擇（ROUTE）、三通閥（DAMPER），單相電機（收塵風機、皮帶輸送機）功能塊。整個程序結構清晰，調試方便。

3 結束語
本系統由于采用西門子CEMAT軟件，節約了開發人員大量的系統編程時間，從而保證了整個系統的開發進度。系統運行結果表明，西門子的CEMAT軟件運行穩定，控制可靠，具有推廣運用的價值。