摘要:

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法使監(jiān)控平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)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(shí)下掛不同品牌的PLC設(shè)備，降低了用戶對(duì)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(chǎng)總線及遠(yuǎn)程I/O的出現(xiàn)更使計(jì)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(duì)600t/d～1500t/d中小型干法水泥廠生產(chǎn)過程控制特點(diǎn)，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(kù)底到熟料庫(kù)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(tái)586/166MHz工控機(jī)為監(jiān)控操作平臺(tái)(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(guó)西門子公司最新產(chǎn)品S7 400 PCL為窯頭、窯尾兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，完成現(xiàn)場(chǎng)站與監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，并配有1臺(tái)圖形打印機(jī)，1臺(tái)報(bào)表打印機(jī)，2臺(tái)3000W不間斷電源，見圖1。
窯頭現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(tái)中央操作站互為備用，其中1臺(tái)為工程師站，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)。該系統(tǒng)的兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站與操作站為互聯(lián)網(wǎng)，參數(shù)的修改及系統(tǒng)時(shí)鐘的改變均為同步進(jìn)行。這樣兩臺(tái)操作站的歷史趨勢(shì)、報(bào)表以及報(bào)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(dòng)化任務(wù)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)控軟件。操作員在中央控制室可對(duì)窯系統(tǒng)等主要工藝過程實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)包含了國(guó)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)時(shí)動(dòng)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(dòng)及狀態(tài)顯示，PID參數(shù)整定和控制目標(biāo)值修改、自動(dòng)跟蹤、無擾切換，工藝參數(shù)變化動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖，動(dòng)態(tài)畫面彩色圖形拷貝及打印，生產(chǎn)報(bào)表(班報(bào)、日?qǐng)?bào))打印，報(bào)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(guó)內(nèi)廠家的新專利功能：全漢化菜單提示操作；多媒體語(yǔ)音報(bào)警，事故處理操作指導(dǎo)；技術(shù)人員對(duì)組態(tài)、配置、信號(hào)、報(bào)警等高級(jí)別的設(shè)置功能。這三個(gè)新功能為技術(shù)力量較弱-的中小型水泥廠使用計(jì)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(jiǎn)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(jì)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(jì)算機(jī)顯示屏中，設(shè)備的顏色也根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況而變化，如表1所示。
本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)所有工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)共享，對(duì)于自動(dòng)化的各個(gè)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(hào)參數(shù)定義、模擬量的處理、設(shè)備起?？刂啤?bào)警識(shí)別、PID調(diào)節(jié)、報(bào)表數(shù)據(jù)的保存及清零等功能。它符合IEC1131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使用者很容易掌握，它包括SIMATIC管理器、符號(hào)編輯器等功能軟件包。Step7提供兩種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：語(yǔ)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(hào)狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

色 彩	模 擬 量	設(shè)備狀況
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(bào)警，已被確認(rèn) 產(chǎn)生報(bào)警，未確認(rèn) 報(bào)警已確認(rèn)并消除 報(bào)警未被確認(rèn)但已消除	正常運(yùn)行中 備妥 報(bào)警，已被確認(rèn) 產(chǎn)生報(bào)警，未確認(rèn) 報(bào)警已確認(rèn)并消除 開停時(shí)間記錄

以設(shè)備起停控制為例，一組設(shè)備的步序啟動(dòng)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(shí)時(shí)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(dòng)脈沖發(fā)出時(shí)，程序在檢查砍認(rèn)無報(bào)警、已備妥、聯(lián)鎖的上級(jí)設(shè)備已正常啟動(dòng)及相關(guān)條件成立的情況下，程序才發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)該設(shè)備；當(dāng)上級(jí)設(shè)備突然停止運(yùn)行時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)停止相應(yīng)聯(lián)鎖設(shè)備的運(yùn)行。如果發(fā)出啟動(dòng)命令而沒有返回信號(hào)，說明設(shè)備啟動(dòng)有故障，程序立即停發(fā)啟動(dòng)命令，并向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；沒有發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)卻收到了返回信號(hào)時(shí)處理方法同前。此外程序還實(shí)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(dú)啟動(dòng)某臺(tái)設(shè)備。在程序中，緊急停車和現(xiàn)場(chǎng)開停具有更高的優(yōu)先級(jí)別，以保證人生及設(shè)備的安全，當(dāng)然這需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)能準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)。

3 投運(yùn)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(yùn)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(jiǎn)單方便，且直觀。由于系統(tǒng)有報(bào)表功能，操作員筆頭工作減少了；在處理報(bào)警方面，也比以前迅速；交接班時(shí)，接班工作人員直接觀察上一班的歷史趨勢(shì)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(dòng)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(jì)算機(jī)直接控制，它能正確反映設(shè)備的起停狀態(tài)、運(yùn)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(shí)踐證明，全面而完整的歷史趨勢(shì)對(duì)事故追憶、實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)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(shì)圖
圖3 PID投入使用后喂料量、喂煤量趨勢(shì)圖

4 投資效益比較

采用Supercem 100型集散系統(tǒng)的投資費(fèi)用較低。第一，系統(tǒng)只需一個(gè)控制室，節(jié)省了各車間原來控制室的占地及土建費(fèi)用；第二，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接到最近的現(xiàn)場(chǎng)站即可；節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)用；第三，可靠性極高，從而大大提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低了消耗，提高了帶動(dòng)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(yǔ)

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(diǎn)，從諸暨八方水泥有限公司的運(yùn)行效果看，本系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、價(jià)格低廉、操作方便，做到花儀表的錢，上計(jì)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(jià)值。