摘要:
0 引言
隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法使監(jiān)控平臺的軟件設(shè)計更加簡單，從而使人機(jī)界面更加友好，操作更為方便；工業(yè)以太網(wǎng)的使用使集散控制系統(tǒng)既可與全廠管理信息系統(tǒng)(MIS)聯(lián)網(wǎng)，又可同時下掛不同品牌的PLC設(shè)備，降低了用戶對某一種PLC的依賴，充分顯示了系統(tǒng)良好的開放性和兼容性；現(xiàn)場總線及遠(yuǎn)程I/O的出現(xiàn)更使計算機(jī)有了更大的用武之地。
我公司充分利用上述技術(shù)，針對600t/d～1500t/d中小型干法水泥廠生產(chǎn)過程控制特點，開發(fā)了Supercem1000型集散控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于浙江諸暨八方水泥有限責(zé)任公司#2生產(chǎn)線?(600t/d)?窯系統(tǒng)及煤磨系統(tǒng)的生產(chǎn)過程控制，其控制范圍從均化庫底到熟料庫頂以及煤磨系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)。本文就該線的控制系統(tǒng)作一介紹。
1 硬件結(jié)構(gòu)
圖1 諸暨八方水泥600t/d生產(chǎn)線Supercem1000型DCS結(jié)構(gòu)總覽
系統(tǒng)以2臺586/166MHz工控機(jī)為監(jiān)控操作平臺(內(nèi)存32M，硬盤1G，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)，20″彩色監(jiān)示器)；以德國西門子公司最新產(chǎn)品S7 400 PCL為窯頭、窯尾兩個現(xiàn)場站，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用西門子公司波特率為10M的高速以太網(wǎng)——H?1網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，完成現(xiàn)場站與監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，并配有1臺圖形打印機(jī)，1臺報表打印機(jī)，2臺3000W不間斷電源，見圖1。
窯頭現(xiàn)場站負(fù)責(zé)窯尾預(yù)熱器、窯中、窯頭、單筒冷卻機(jī)、熟料輸送以及煤磨的數(shù)據(jù)采集和控制；窯尾現(xiàn)場站負(fù)責(zé)生料卸料、生料入窯、窯尾吹掃以及廢氣處理的數(shù)據(jù)采集和控制。2臺中央操作站互為備用，其中1臺為工程師站，以便實現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)。該系統(tǒng)的兩個現(xiàn)場站與操作站為互聯(lián)網(wǎng)，參數(shù)的修改及系統(tǒng)時鐘的改變均為同步進(jìn)行。這樣兩臺操作站的歷史趨勢、報表以及報警等相關(guān)數(shù)據(jù)就可以保持一致。S7 400是為中高檔性能范圍的自動化任務(wù)設(shè)計的功能強(qiáng)大的PLC。在程序執(zhí)行方面，它有極短的指令執(zhí)行時間，全密封的模板可適應(yīng)惡劣、不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境。I/O模板可進(jìn)行帶電插拔更換。
2 軟件配置與功能
中央操作站是Win95環(huán)境下用西門子人機(jī)接口(MMI)軟件COROS LS-B開發(fā)的實時多任務(wù)監(jiān)控軟件。操作員在中央控制室可對窯系統(tǒng)等主要工藝過程實施實時監(jiān)控。該系統(tǒng)包含了國外公司通用型DCS所具有的全部功能：生產(chǎn)工藝流程圖，過程實時動態(tài)畫面，實時動態(tài)參數(shù)顯示及棒狀圖，設(shè)備起停順序控制、聯(lián)鎖聯(lián)動及狀態(tài)顯示，PID參數(shù)整定和控制目標(biāo)值修改、自動跟蹤、無擾切換，工藝參數(shù)變化動態(tài)趨勢圖，動態(tài)畫面彩色圖形拷貝及打印，生產(chǎn)報表(班報、日報)打印，報警及事故記錄打印。
此外，該系統(tǒng)還增加了我公司專門開發(fā)的適用于國內(nèi)廠家的新專利功能：全漢化菜單提示操作；多媒體語音報警，事故處理操作指導(dǎo)；技術(shù)人員對組態(tài)、配置、信號、報警等高級別的設(shè)置功能。這三個新功能為技術(shù)力量較弱-的中小型水泥廠使用計算機(jī)技術(shù)提供了極大的方便。操作員在掌握了鼠標(biāo)的簡單使用方法后即可進(jìn)-行正常操作，這主要是Windows風(fēng)格及本系統(tǒng)設(shè)計的界面易于被接受。比如閥門的開度，不僅有模擬量的顯示，而且在全開、全關(guān)、一般情況下顯示圖形都不同；計算機(jī)顯示屏中，設(shè)備的顏色也根據(jù)設(shè)備運行情況而變化，如表1所示。
本系統(tǒng)現(xiàn)場站的程序是在Windows95環(huán)境下用西門子Step7編程軟件包開發(fā)的，實現(xiàn)所有工程項目數(shù)據(jù)共享，對于自動化的各個方面都具備用戶友好的功能：模塊配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、信號參數(shù)定義、模擬量的處理、設(shè)備起?？刂啤缶R別、PID調(diào)節(jié)、報表數(shù)據(jù)的保存及清零等功能。它符合IEC1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)，使用者很容易掌握，它包括SIMATIC管理器、符號編輯器等功能軟件包。Step7提供兩種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：語句表(STL)、梯形圖(LAD)。本系統(tǒng)主要采用梯形圖編程，這樣程序可讀性強(qiáng)，便于廠方技術(shù)人員盡快掌握。
表1〓色彩與信號狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系
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色 彩 |
模 擬 量 |
設(shè)備狀況 |
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綠色 藍(lán)色 黃色 紅色 紅色并閃爍 淺蘭色(用于事件記錄中) 玫瑰色(用于事件記錄中) 黑色(用于事件記錄中) |
正常范圍內(nèi) 超限報警，已被確認(rèn) 產(chǎn)生報警，未確認(rèn) 報警已確認(rèn)并消除 報警未被確認(rèn)但已消除 |
正常運行中 備妥 報警，已被確認(rèn) 產(chǎn)生報警，未確認(rèn) 報警已確認(rèn)并消除 開停時間記錄 |
以設(shè)備起停控制為例，一組設(shè)備的步序啟動首先應(yīng)考慮本組設(shè)備是否都已備妥、各設(shè)備之間的延時時間；其次應(yīng)弄清本組中哪些設(shè)備是聯(lián)鎖的，及有些設(shè)備的起停條件(如閥門的開啟程度、壓力大小等)當(dāng)本設(shè)備的啟動脈沖發(fā)出時，程序在檢查砍認(rèn)無報警、已備妥、聯(lián)鎖的上級設(shè)備已正常啟動及相關(guān)條件成立的情況下，程序才發(fā)出信號啟動該設(shè)備；當(dāng)上級設(shè)備突然停止運行時，程序會自動停止相應(yīng)聯(lián)鎖設(shè)備的運行。如果發(fā)出啟動命令而沒有返回信號，說明設(shè)備啟動有故障，程序立即停發(fā)啟動命令，并向上位機(jī)發(fā)出報警信號；沒有發(fā)出啟動信號卻收到了返回信號時處理方法同前。此外程序還實現(xiàn)了解鎖功能，以方便設(shè)備的單機(jī)調(diào)試，或在特殊情況下解開設(shè)備之間的聯(lián)鎖，單獨啟動某臺設(shè)備。在程序中，緊急停車和現(xiàn)場開停具有更高的優(yōu)先級別，以保證人生及設(shè)備的安全，當(dāng)然這需要現(xiàn)場設(shè)備的信號能準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)備的真實狀態(tài)。
3 投運效果
本系統(tǒng)已于1997年7月1日在八方水泥有限責(zé)任公司正式投入使用，在廠方的積極配合下，設(shè)備運轉(zhuǎn)良好，達(dá)到了預(yù)期效果。
(1)從操作效果看，系統(tǒng)操作簡單方便，且直觀。由于系統(tǒng)有報表功能，操作員筆頭工作減少了；在處理報警方面，也比以前迅速；交接班時，接班工作人員直接觀察上一班的歷史趨勢即可。
(2)從控制效果看，喂煤、喂料等的控制效果明顯提高。PID投入使用前，喂料量和喂煤量靠手動調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)來控制，很不穩(wěn)定；PID投入使用后，喂料量和喂煤量由計算機(jī)直接控制，它能正確反映設(shè)備的起停狀態(tài)、運行情況等。圖2、圖3為PID投入使用前后喂料量和喂煤量的穩(wěn)定性。實踐證明，全面而完整的歷史趨勢對事故追憶、實時監(jiān)控、現(xiàn)場調(diào)試等方面起到了很大作用。
圖2 PID投入使用前喂料量、喂煤量趨勢圖
圖3 PID投入使用后喂料量、喂煤量趨勢圖
4 投資效益比較
采用Supercem 100型集散系統(tǒng)的投資費用較低。第一，系統(tǒng)只需一個控制室，節(jié)省了各車間原來控制室的占地及土建費用；第二，現(xiàn)場信號接到最近的現(xiàn)場站即可；節(jié)省了現(xiàn)場到各車間控制室的電線電纜，也節(jié)省了各車間的值班人員、儀表維修人員及相應(yīng)的各種費用；第三，可靠性極高，從而大大提高了設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，降低了消耗，提高了帶動生產(chǎn)率。八方水泥有限公司600t/d生產(chǎn)線采用本系統(tǒng)的投資與采用DDZ單元模擬儀表的投資相比僅增加20%左右，而與采用智能式數(shù)字儀表相比基本持平，或還要便宜一些。由此可見，投資效益是顯著的。
5 結(jié)束語
Supercem 1000型集散控制系統(tǒng)具有控制技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、功能齊全等優(yōu)點，從諸暨八方水泥有限公司的運行效果看，本系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實用、價格低廉、操作方便，做到花儀表的錢，上計算機(jī)的檔次。此系統(tǒng)在600t/d到1500t/d中小型水泥廠中推廣具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值。
