水泥行業現場儀表的選擇

水泥行業現場儀表的選擇
　　對于水泥行業而言，如何選擇可靠高效的自動化控制系統、電控設備及儀表設備是提高產品的競爭力的成本控制策略的重要內容。在水泥廠中，利用溫度、壓力、物位等儀器對不同的爐膛、管道、物料倉的準確測量，是提高整個生產線的產品質量、生產效率和安全環保起著至關重要的作用。

重慶川儀總廠有限公司推出第一臺國產PROFIBUS-PA儀表PROFIBUS現場總線技術逐漸成為全球自動化技術的熱點，越來越多的自動化廠商和用戶支持和應用這項技術。PROFIBUS總線標準已經國家標委會批準為中國國家標準，顯現出良好的發展勢頭。國內最大的工業自動化儀表制造商和系統集成商之一----重慶川儀總廠有限公司在2004年10月正式啟動了PROFIBUS-PA現場總線技術開發國際合作項目，并于2005年10月完成了PA智能電磁流量計開發，2005年12月9日在德國的Munich工業大學的ITM實驗室通過了PA測試認證，并于2005年12月14日獲得了國際PNO組織頒發的認證證書，成為國內第一個推出符合PROFIBUS-PA國際標準的儀表產品的廠家。重慶川儀計劃將這項先進技術應用到該公司其他的現場儀表和控制系統上并廣泛介紹給用戶。

1. 系統概述及項目背景
　　ABB IndustrialIT系統是在ABB原有控制系統基礎上發展起來的最新的企業自動化解決方案。該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準，尤其適合于水泥行業的應用，目前在水泥行業應用非常廣泛。
　　2001年安徽海螺集團上了2500 t/d 生產線兩條，5000 t/d 生產線四條，全部采用ABB AC800F控制系統，3年來運行良好，在此良好合作的基礎上2004年又大規模地上了11條5000 t/d和10000 t/d生產線，全部采用了ABB的控制系統，在2005年還將有6條5000 t/d和10000 t/d生產線采用ABB的控制系統。本文以池州2×5000 t/d 生產線項目為重點，從技術角度介紹AC800F系統在海螺的成功應用。
　　2. DCS系統控制網絡
　　系統網絡分為現場控制層和中央監控層兩層網絡。
　　第一層為現場控制層，ABB S800 遠程I/O采用Profibus DP通信標準與AC800F控制器進行通信，通訊速率高達12MB/s，距離遠達1200米，根據項目要求，有些站距離比較遠，采用光纖作為傳輸介質；在現場采用了部分現場總線儀表，采用ProfiBus PA通信標準與AC800F控制器進行通信。
　　第二層為中央監控層，實現各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信，采用基于TCP/IP協議的工業以太網。由于水泥行業的特點，控制器及操作員站位置分散，且距離較遠，現場干擾較大，所以通信網絡采用了冗余光纖環網結構。采用赫斯曼導軌安裝型光纖集線器通信模件，該集線器提供雙冗余供電，雙路光纖接口，可以將光纜接成環形，通信模件內置冗余管理功能，當環路任何一處出現故障可以在30ms內自動切換到另外一條備用線路上，同時可以診測到故障發生位置。
　　3. DCS過程控制站
　　3.1 DCS控制站特點描述
　　過程控制級包括多個ControlIT控制站，完成各種控制功能，ControlIT控制站由AC800F現場總線型控制器和下掛的S800分布式智能I/O站組成。AC800F型控制器功能十分強大，配有運算速度高達150MIPS的32位超標量 RISC型處理器(精簡指令系統CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量內存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及實時多任務嵌入式操作系統pSOS+，充分滿足工業過程控制對實時性和可靠性的嚴格要求。控制器的控制周期可根據控制需要設置，最快可設為5ms。I/O模件掃描速度很高，對模擬量T<20ms,對開關量T<5ms。控制器具有基于Web技術的自診斷功能，并可通過Internet進行遠方診斷。
　　ControlIT控制站所配置的每個 S800 I/O站可支持12個I/O卡件，I/O卡件采用光電隔離技術，模擬量I/O卡件的精度不小于0.1%(熱電阻為0.05%)。AI卡件能驅動600m范圍以內的二線制24VDC變送器，能直接給現場變送器供電。DO輸出經繼電器隔離，繼電器輸出接點容量為DC24V/5A。S800 I/O 采用模塊化設計, DIN導軌式安裝, 由于對空間及環境要求不苛刻, S800 I/O 尤其適用于安裝在分散的場合, 并且對處理信號幾乎沒有要求, 從而現場儀表和設備信號可以直接接線到S800 I/O 站。總所周知，在水泥廠的環境非常惡劣，但這幾條生產線自開車運行3年來，基本沒有卡件損壞現象。
　　
　　3.2 DCS控制站配置
　　池州項目共采用5套AC800F控制器，置于4個控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窯頭控制室有兩套AC800F控制站，窯尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四個控制室通過冗余光纖環網連在一個網絡上。
　　
　　· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
　　- 1個用于生料磨及廢氣處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，3個用于1＃線，3個用于2＃線。
　　- 1個用于原料調配S800遠程I/O 控制，連接2個遠程IO站，1個用于1＃線，1個用于2＃線，另外還做 Siemens S7300 的接口；
　　· 窯頭控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
　　- 1個用于窯頭/熟料入庫處理S800 本地I/O控制，共計6個S800IO站，1＃與2＃線各3各IO站；
　　- 1個用于煤粉制備遠程 S800 I/O 控制，連接5個遠程IO站，3個用于1＃線，2個用于2＃線，另外連接Siemens S7300 PLC；
　　- 窯尾控制站置于窯尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了1塊Profibus模件，用于窯中/窯尾/均化庫底處理S800 本地I/O控制，1＃與2＃線各3各IO站。
　　· 水泥磨控制站置于窯頭控制室中，配置了1套AC800F 控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:
　　- 1個用于與Siemens S7300 接口。
　　- 1個用于水泥磨本地I/O，并配置了2個S800IO站。
　　
　　3.3 礦山及碼頭部分控制系統配置
　　· 礦山既碼頭部分采用西門子S7-300 PLC，共分四個站，即石灰石破碎控制站，原料輸送控制站，碼頭控制站和熟料輸送控制站，并與DCS進行通訊。
　　- 石灰石破碎控制站和碼頭控制站的控制器選用CPU314，原料輸送控制站和熟料輸送控制站的控制器則選用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 協議與AC800F DCS系統通信；
　　- CP 343-5通信處理器使用Profibus FMS協議與相應的控制站CPU進行通信；
　　- 控制站之間通信介質選用光纖，使用一對光纖耦合器連接；
　　- 石灰石破碎控制站和熟料輸送控制站配置觸屏裝置，而原料輸送和碼頭控制站各配置1臺OS站，安裝WinCC監控軟件；
　　· 另外如銅陵項目采用的PLC是AB的PLC5，PLC與DCS之間采用Modbus 標準進行通信。通訊也很方便。
　　
　　4. 操作管理級
　　操作管理級主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程師站、數據網關、管理計算機及相應軟件，另外還包括打印機、各種操作臺等輔助設備。
　　工程師站EngineerIT用于系統軟件組態(支持在線組態)和調試投運，它無需永久性接入系統，操作站也可兼作工程師站(需按工程師權限登錄)。EngineerIT工程師站上的軟件ControlBuilderF完成過程級、操作級乃至現場總線儀表的組態以及調試。
　　系統采用全局數據庫，系統內的變量實現共享，該全局數據庫完全下裝到過程級，不采用服務器/客戶方案，避免服務器故障造成數據交換任務癱瘓。全局數據庫中任何變量更新僅輸入一次即可，變量的檢查也是全系統范圍內進行。編程語言與圖形化編程語言標準 IEC 1131-3完全兼容,根據實際控制要求可任意選用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系統具備大量標準功能塊及功能子程序，如調節塊具備標準、比率、步進、2位、3位等功能塊供用戶根據實際情況選用，功能塊編程采用參數表形式，語言面向儀表工程師語言。同時系統也提供用戶自定義接口根據用戶要求開發專用功能塊。系統具備選擇部分、修改部分、全部下裝功能。該軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能可以恢復。該軟件可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。
　　操作站的任務是生產監控，即綜合監視來自過程控制級的所有信息，進行監示、報警、趨勢生成、記錄、打印輸出及人工干預操作(發送命令、修改參數等)。操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享,互為冗余備份。
　　操作員站支持一系列標準預定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號面板顯示(面板也可以根據用戶特殊要求實現自定義)、控制組顯示、趨勢顯示、報警顯示、過程信號記錄與操作記錄列表(實現各種操作的實時記錄和實時打印)顯示等，圖形數量無軟件限制，畫面數據更新時間為小于1秒，可以由編程軟件定義。
　　操作站及工程師站硬件均選用DELL的PC機，操作系統Windows2000。操作臺用于放置操作管理級設備。
　　5. 總結
　　實踐證明，ABB AC800F系統在海螺的十多條生產線上的運用都是很成功的。在2004年海螺的幾條5000和10000t/d線也順利地投運，并被中國儀器儀表學會評為2004年度優秀控制項目。

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