埃塞俄比亞國(guó)家水泥控股有限公司NCSC3000t/d 水泥生產(chǎn)線，由國(guó)內(nèi)其他兄弟單位2010年承建并投產(chǎn)運(yùn)行。2017年7月，針對(duì)原生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和編程程序不匹配，系統(tǒng)反應(yīng)滯后，可讀性差等一系列問(wèn)題，NCSC委托合肥水泥與研究設(shè)計(jì)院有限公司對(duì)全廠原系統(tǒng)進(jìn)行重新編制自動(dòng)化控制軟件并進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造。針對(duì)以上問(wèn)題并且從維護(hù)和保障生產(chǎn)角度出發(fā)，考慮效益最大化，我公司在保留其原有硬件系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，進(jìn)行重新編制自動(dòng)化控制程序和重新配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，編制方式改為PCS7+CEMAT結(jié)構(gòu)下的CFC編程方式，網(wǎng)絡(luò)模式改為客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)的結(jié)構(gòu)模式。

此次自動(dòng)化控制系統(tǒng)升級(jí)改造后采用典型的客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采取三層網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：終端網(wǎng)絡(luò)層，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層，現(xiàn)場(chǎng)總線層。新自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

(1)終端網(wǎng)絡(luò)層：由工程師站上裝有的普通網(wǎng)卡，服務(wù)器上裝有的普通網(wǎng)卡和各個(gè)客戶機(jī)；普通網(wǎng)卡之間形成的基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，客戶機(jī)操作員站通過(guò)服務(wù)器獲得來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)；控制器(AS)的數(shù)據(jù)并把操作員的輸出控制傳送到控制器去。

(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層：由工程師站上裝有的一塊CP1613 網(wǎng)卡，每臺(tái)服務(wù)器上分別裝有的一塊CP1613網(wǎng)卡和現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)控制器之間通過(guò)光纖連接形成基于ISO協(xié)議的環(huán)型結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)，滿足工程師站，服務(wù)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視，控制和管理。

(3)現(xiàn)場(chǎng)總線層：在PCS7系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)控制器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O站或?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)智能總線設(shè)備及儀表通過(guò)PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)設(shè)備及儀表的信號(hào)檢測(cè)和輸出控制。

本自動(dòng)化控制系統(tǒng)共配置一臺(tái)工程師站ES(Engineer Station)，兩臺(tái)冗余服務(wù)器OS server，4臺(tái)客戶機(jī)OS Cients，4套的AS控制器，控制全廠整個(gè)水泥生產(chǎn)的全過(guò)程，包括：生料粉磨系統(tǒng)、窯尾及煤磨系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)、水泥磨及包裝系統(tǒng)等部分。

SIMATIC PCS7是新一代過(guò)程控制系統(tǒng)，它是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整的、功能完善，面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程控制系統(tǒng)。此次系統(tǒng)的軟件升級(jí)改造采用的SIMATIC PCS7+CEMAT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，控制邏輯采用SIMATIC Manager管理器下的CFC(連續(xù)功能圖)進(jìn)行組態(tài)。CFC 是一種用于連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化控制的圖形組態(tài)工具，以功能塊為基礎(chǔ)進(jìn)行組態(tài)，CEMAT軟件是西門子公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)水泥行業(yè)設(shè)備特點(diǎn)的一套功能塊。CEMAT包含了用于驅(qū)動(dòng)功能塊(C_DRV_1D，C_DRV_2D，C_DAMPER)，過(guò)程控制塊(C_INTER5，C_INTERL)，報(bào)警功能塊(C_ANNUN8)，組塊C_GROUP等等，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種過(guò)程控制回路。

(1)C_DRV_1D功能塊主要用于控制水泥廠中各種單向電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行，其中一個(gè)管腳ESVG用于連接電機(jī)設(shè)備的保護(hù)聯(lián)鎖，C_INTER5功能塊編寫的保護(hù)聯(lián)鎖可以連接到C_DRV_1D功能塊的ESVG管腳，C_INTER5 引腳最多可以連接5個(gè)輸入信號(hào)，比如皮帶電機(jī)的拉繩、跑偏、失速信號(hào)等等，對(duì)連接到該功能塊管腳的信號(hào)標(biāo)注上信號(hào)注釋，信號(hào)注釋經(jīng)過(guò)編譯上傳后就可以自動(dòng)在WINCC電機(jī)操作面板中生成并顯示，同時(shí)根據(jù)連接C_DRV_1D功能塊XXX/M的名稱分別命名C_INTER5功能塊名稱為M_ESVG1~3，一個(gè)C_DRV_1D功能塊管腳ESVG 最多連接3個(gè)C_INTER5，水泥廠大多數(shù)電機(jī)設(shè)備保護(hù)連鎖信號(hào)一般不超多15個(gè)，使用C_INTER5可以滿足連接大多數(shù)電機(jī)設(shè)備保護(hù)連鎖信號(hào)的要求，但一些生料磨主電機(jī)，窯尾高溫風(fēng)機(jī)，水泥磨主電機(jī)等等中壓主電機(jī)的保護(hù)連鎖有時(shí)會(huì)超過(guò)15個(gè)，此時(shí)仍使用C_INTER5就不能滿足全部連接并顯示保護(hù)連鎖信號(hào)的要求，因此可以改用C_INTERL功能塊進(jìn)行替代，一個(gè)C_INTERL引腳最多可以連接10個(gè)輸入信號(hào)，對(duì)于生料磨主電機(jī)，窯尾高溫風(fēng)機(jī)，水泥磨主電機(jī)等有眾多保護(hù)連鎖信號(hào)就可以滿足全部連接和顯示的要求。窯尾高溫風(fēng)機(jī)主電機(jī)321FN19HM 的C_INTERL的操作面板中可以直觀顯示最多包含30個(gè)保護(hù)聯(lián)鎖的信號(hào)，如圖2所示。

圖2 采用C_INTERL功能塊生成的操作面板

(2)對(duì)于一條完整的水泥生產(chǎn)線，經(jīng)常需要建立不同CPU站之間的通訊，比如水泥磨和生料磨之間。一般可以在程序中通過(guò)調(diào)用SFB12來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，SFB13來(lái)接收數(shù)據(jù)，但往往在設(shè)置SFB12和SFB13過(guò)程中，需要對(duì)其管腳REQ，ID，R_ID，LEN等一一進(jìn)行定義和配置，并且還需要新建多個(gè)中間變量，供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)使用，其設(shè)置不便之外，往往還出現(xiàn)有時(shí)通訊不上的問(wèn)題。此時(shí)可以通過(guò)調(diào)用程序Comm中Snd_Digv和Rcv_Digv功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同CPU站之間的數(shù)字量通訊，例如，通過(guò)在硬件配置的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)視圖中查得該項(xiàng)目水泥磨CPU本地ID是4，其對(duì)應(yīng)伙伴CPU(生料磨)ID是6，只需在水泥磨程序中設(shè)置Snd_Digv接口引腳ID為16#4，在對(duì)應(yīng)生料磨程序塊中設(shè)置Rcv_Digv接口引腳ID為16#6，并在上述水泥磨塊中Snd_Digv引腳R_ID和生料磨塊中Rcv_Digv引腳R_ID同時(shí)依順序設(shè)置為16#1或2，3…，最后只需在Snd_Digv接口引腳PV_In0~127連接需要發(fā)送的信號(hào)，在Rcv_Digv接口引腳PV_Out0~127連接要接受的信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)水泥磨和生料磨之間CPU的站間通訊。采用Snd_Digv和Rcv_Digv 功能塊實(shí)現(xiàn)站間通訊如圖3所示。

圖3 采用Snd_Digv和Rcv_Digv功能塊實(shí)現(xiàn)站間通訊圖

(3)在水泥生產(chǎn)中報(bào)表一直占有非常重要的部分，它一般用來(lái)記錄現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)和統(tǒng)計(jì)信息。早期一般是由中控操作員人工抄錄然后統(tǒng)計(jì)出相關(guān)的報(bào)表，進(jìn)入DCS控制階段，這份工作就需要WinCC軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于DCS工程師來(lái)說(shuō)，如何開(kāi)發(fā)適合用戶需求的報(bào)表一直是個(gè)難題，WinCC自帶的報(bào)表功能主要在于配置過(guò)程繁瑣，可用性又很差，雖然網(wǎng)上也有很多實(shí)現(xiàn)報(bào)表的方法，但是毫無(wú)例外的要求使用者具有腳本編程功底，需要對(duì)WinCC及C語(yǔ)言熟悉，還要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)也比較熟悉，否則很難做出復(fù)雜的報(bào)表，如今C_ODA功能塊的出現(xiàn)將很方便的解決這一問(wèn)題，此次在CENAT V8.2中可以直接調(diào)用C_ODA的功能塊，通過(guò)在C_ODA的功能塊引腳SHIFT1，SHIFT2，SHIFT3分別填入不同班次的開(kāi)始時(shí)間，在C01_PV接口引腳連接統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使能C01_SCAN和C01_ENPV，設(shè)置C01_FAC為3600等，即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)變量的報(bào)表統(tǒng)計(jì)設(shè)置，采用C_ODA功能塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表其畫面如圖4所示。

圖4 采用C_ODA功能塊實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)報(bào)表

基于SIMATIC PCS7+CEMAT程序塊的編程系統(tǒng)，該系統(tǒng)從形式上將編程軟件、監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件集中在同一平臺(tái)，基于良好的可靠性高，靈活性好，使用方便，功能豐富等特點(diǎn)，很好地解決了現(xiàn)代水泥生產(chǎn)過(guò)程中各種各樣復(fù)雜控制的要求。埃塞俄比亞國(guó)家水泥控股有限公司NCSC 3000t/d水泥生產(chǎn)線新的自動(dòng)化控制系統(tǒng)2018年10月投入運(yùn)行至今，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，升級(jí)改造效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者：顧威

所屬：合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司

來(lái)源：《中國(guó)水泥》

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