水泥行业现场仪表的选择

水泥行业现场仪表的选择
　　对于水泥行业而言，如何选择可靠高效的自动化控制系统、电控设备及仪表设备是提高产品的竞争力的成本控制策略的重要内容。在水泥厂中，利用温度、压力、物位等仪器对不同的炉膛、管道、物料仓的准确测量，是提高整个生产线的产品质量、生产效率和安全环保起着至关重要的作用。

重庆川仪总厂有限公司推出第一台国产PROFIBUS-PA仪表PROFIBUS现场总线技术逐渐成为全球自动化技术的热点，越来越多的自动化厂商和用户支持和应用这项技术。PROFIBUS总线标准已经国家标委会批准为中国国家标准，显现出良好的发展势头。国内最大的工业自动化仪表制造商和系统集成商之一----重庆川仪总厂有限公司在2004年10月正式启动了PROFIBUS-PA现场总线技术开发国际合作项目，并于2005年10月完成了PA智能电磁流量计开发，2005年12月9日在德国的Munich工业大学的ITM实验室通过了PA测试认证，并于2005年12月14日获得了国际PNO组织颁发的认证证书，成为国内第一个推出符合PROFIBUS-PA国际标准的仪表产品的厂家。重庆川仪计划将这项先进技术应用到该公司其他的现场仪表和控制系统上并广泛介绍给用户。

1. 系统概述及项目背景
　　ABB IndustrialIT系统是在ABB原有控制系统基础上发展起来的最新的企业自动化解决方案。该系统融传统的DCS和PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准，尤其适合于水泥行业的应用，目前在水泥行业应用非常广泛。
　　2001年安徽海螺集团上了2500 t/d 生产线两条，5000 t/d 生产线四条，全部采用ABB AC800F控制系统，3年来运行良好，在此良好合作的基础上2004年又大规模地上了11条5000 t/d和10000 t/d生产线，全部采用了ABB的控制系统，在2005年还将有6条5000 t/d和10000 t/d生产线采用ABB的控制系统。本文以池州2×5000 t/d 生产线项目为重点，从技术角度介绍AC800F系统在海螺的成功应用。
　　2. DCS系统控制网络
　　系统网络分为现场控制层和中央监控层两层网络。
　　第一层为现场控制层，ABB S800 远程I/O采用Profibus DP通信标准与AC800F控制器进行通信，通讯速率高达12MB/s，距离远达1200米，根据项目要求，有些站距离比较远，采用光纤作为传输介质；在现场采用了部分现场总线仪表，采用ProfiBus PA通信标准与AC800F控制器进行通信。
　　第二层为中央监控层，实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通信，采用基于TCP/IP协议的工业以太网。由于水泥行业的特点，控制器及操作员站位置分散，且距离较远，现场干扰较大，所以通信网络采用了冗余光纤环网结构。采用赫斯曼导轨安装型光纤集线器通信模件，该集线器提供双冗余供电，双路光纤接口，可以将光缆接成环形，通信模件内置冗余管理功能，当环路任何一处出现故障可以在30ms内自动切换到另外一条备用线路上，同时可以诊测到故障发生位置。
　　3. DCS过程控制站
　　3.1 DCS控制站特点描述
　　过程控制级包括多个ControlIT控制站，完成各种控制功能，ControlIT控制站由AC800F现场总线型控制器和下挂的S800分布式智能I/O站组成。AC800F型控制器功能十分强大，配有运算速度高达150MIPS的32位超标量 RISC型处理器(精简指令系统CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量内存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及实时多任务嵌入式操作系统pSOS+，充分满足工业过程控制对实时性和可靠性的严格要求。控制器的控制周期可根据控制需要设置，最快可设为5ms。I/O模件扫描速度很高，对模拟量T<20ms,对开关量T<5ms。控制器具有基于Web技术的自诊断功能，并可通过Internet进行远方诊断。
　　ControlIT控制站所配置的每个 S800 I/O站可支持12个I/O卡件，I/O卡件采用光电隔离技术，模拟量I/O卡件的精度不小于0.1%(热电阻为0.05%)。AI卡件能驱动600m范围以内的二线制24VDC变送器，能直接给现场变送器供电。DO输出经继电器隔离，继电器输出接点容量为DC24V/5A。S800 I/O 采用模块化设计, DIN导轨式安装, 由于对空间及环境要求不苛刻, S800 I/O 尤其适用于安装在分散的场合, 并且对处理信号几乎没有要求, 从而现场仪表和设备信号可以直接接线到S800 I/O 站。总所周知，在水泥厂的环境非常恶劣，但这几条生产线自开车运行3年来，基本没有卡件损坏现象。
　　
　　3.2 DCS控制站配置
　　池州项目共采用5套AC800F控制器，置于4个控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窑头控制室有两套AC800F控制站，窑尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四个控制室通过冗余光纤环网连在一个网络上。
　　
　　· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
　　- 1个用于生料磨及废气处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，3个用于1＃线，3个用于2＃线。
　　- 1个用于原料调配S800远程I/O 控制，连接2个远程IO站，1个用于1＃线，1个用于2＃线，另外还做 Siemens S7300 的接口；
　　· 窑头控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
　　- 1个用于窑头/熟料入库处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，1＃与2＃线各3各IO站；
　　- 1个用于煤粉制备远程 S800 I/O 控制，连接5个远程IO站，3个用于1＃线，2个用于2＃线，另外连接Siemens S7300 PLC；
　　- 窑尾控制站置于窑尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了1块Profibus模件，用于窑中/窑尾/均化库底处理S800 本地I/O控制，1＃与2＃线各3各IO站。
　　· 水泥磨控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
　　- 1个用于与Siemens S7300 接口。
　　- 1个用于水泥磨本地I/O，并配置了2个S800IO站。
　　
　　3.3 矿山及码头部分控制系统配置
　　· 矿山既码头部分采用西门子S7-300 PLC，共分四个站，即石灰石破碎控制站，原料输送控制站，码头控制站和熟料输送控制站，并与DCS进行通讯。
　　- 石灰石破碎控制站和码头控制站的控制器选用CPU314，原料输送控制站和熟料输送控制站的控制器则选用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 协议与AC800F DCS系统通信；
　　- CP 343-5通信处理器使用Profibus FMS协议与相应的控制站CPU进行通信；
　　- 控制站之间通信介质选用光纤，使用一对光纤耦合器连接；
　　- 石灰石破碎控制站和熟料输送控制站配置触屏装置，而原料输送和码头控制站各配置1台OS站，安装WinCC监控软件；
　　· 另外如铜陵项目采用的PLC是AB的PLC5，PLC与DCS之间采用Modbus 标准进行通信。通讯也很方便。
　　
　　4. 操作管理级
　　操作管理级主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程师站、数据网关、管理计算机及相应软件，另外还包括打印机、各种操作台等辅助设备。
　　工程师站EngineerIT用于系统软件组态(支持在线组态)和调试投运，它无需永久性接入系统，操作站也可兼作工程师站(需按工程师权限登录)。EngineerIT工程师站上的软件ControlBuilderF完成过程级、操作级乃至现场总线仪表的组态以及调试。
　　系统采用全局数据库，系统内的变量实现共享，该全局数据库完全下装到过程级，不采用服务器/客户方案，避免服务器故障造成数据交换任务瘫痪。全局数据库中任何变量更新仅输入一次即可，变量的检查也是全系统范围内进行。编程语言与图形化编程语言标准 IEC 1131-3完全兼容,根据实际控制要求可任意选用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系统具备大量标准功能块及功能子程序，如调节块具备标准、比率、步进、2位、3位等功能块供用户根据实际情况选用，功能块编程采用参数表形式，语言面向仪表工程师语言。同时系统也提供用户自定义接口根据用户要求开发专用功能块。系统具备选择部分、修改部分、全部下装功能。该软件可以离线编程，在线修改参数，被修改的参数具备自动备份功能可以恢复。该软件可以在线调试，可以单步运行、跟踪、仿真调试。
　　操作站的任务是生产监控，即综合监视来自过程控制级的所有信息，进行监示、报警、趋势生成、记录、打印输出及人工干预操作(发送命令、修改参数等)。操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享,互为冗余备份。
　　操作员站支持一系列标准预定义显示:如总貌显示、回路及各过程位号面板显示(面板也可以根据用户特殊要求实现自定义)、控制组显示、趋势显示、报警显示、过程信号记录与操作记录列表(实现各种操作的实时记录和实时打印)显示等，图形数量无软件限制，画面数据更新时间为小于1秒，可以由编程软件定义。
　　操作站及工程师站硬件均选用DELL的PC机，操作系统Windows2000。操作台用于放置操作管理级设备。
　　5. 总结
　　实践证明，ABB AC800F系统在海螺的十多条生产线上的运用都是很成功的。在2004年海螺的几条5000和10000t/d线也顺利地投运，并被中国仪器仪表学会评为2004年度优秀控制项目。

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