一、前言

ABB AC900F DCS自動控制系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、可靠、故障率低等優(yōu)點，主要應(yīng)用于骨料生產(chǎn)線過程控制，可提高骨料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的自動化水平。目前，骨料生產(chǎn)過程控制趨于大型化、集成化、連續(xù)化、復(fù)雜化方向發(fā)展，在對過程控制品質(zhì)提出更高要求的同時，對經(jīng)濟效益等也有一定要求，而以單一變量技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)過程控制技術(shù)已無法滿足上述要求。ABBAC900FDCS自動控制系統(tǒng)配套先進及優(yōu)化控制軟件包，可有效解決傳統(tǒng)過程控制中無法解決的問題，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益。

二、系統(tǒng)介紹及搭建流程

骨料生產(chǎn)線ABBAC900FDCS自動控制系統(tǒng)（以下簡稱DCS系統(tǒng)）是ABB公司最新推出的全能綜合型開放系統(tǒng)。AC900F控制器版本為Freelance2019，新版本向下兼容了AC800F系列控制器。該系統(tǒng)集傳統(tǒng)DCS和PLC優(yōu)點于一體，支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。

搭建骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)，需要提前準(zhǔn)備機柜圖、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、Freelance2016軟件、Freelance 2019軟件、網(wǎng)絡(luò)通訊地址表等。

2.1 設(shè)置CPU地址

先給CPU供電，再將CPU和工程師站設(shè)置在同一網(wǎng)段內(nèi)。設(shè)置CPU地址的方法如下：

CPU斷電→重啟CPU→長按ESC→IPAddress →通過左右上下鍵設(shè)置CPU的IP地址和子網(wǎng)掩碼→按兩次Save鍵進行保存（屏幕上出現(xiàn)“Save”說明保存完成）。

2.2 升級CPU（主站單元為PM902F）

（1）第一次升級。安裝Freelance2016版本軟件，在相應(yīng)位置輸入CPU地址，加載地址。FreelanceSettings操作界面見圖1，控制器硬件更新見圖2，Profibus模塊硬件更新見圖3。

（2）第二次升級。用Freelance2019軟件進行升級，操作方法與第一次升級相同。

（3）主站單元PM904的操作。將已升級的PM902拆下，安裝到原配PM904的CPU進行操作。

2.3 DP通訊接頭安裝注意事項

（1）第一個和最后一個DP通訊接頭的撥動開關(guān)均需撥至”O(jiān)N”，且DP線均為“進”。

（2）若DP通訊接頭的撥動開關(guān)不順滑，說明拆裝有問題，需重新安裝。

三、骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)軟硬件設(shè)置

3.1 DCS系統(tǒng)操作員站及工程師站配置

骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)操作員站由1臺配置較高的計算機、1臺大屏幕的CRT、操作員鍵盤、打印機、拷貝機等設(shè)備組成。CRT顯示器可顯示大量的常規(guī)儀表數(shù)據(jù)、工藝流程總貌、過程狀態(tài)、計算結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)等。打印機可完成生產(chǎn)過程記錄報表、系統(tǒng)運行狀態(tài)信息、生產(chǎn)統(tǒng)計報表和報警信息等的打印。操作員站是人機交互的窗口，操作員通過操作員站可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和實時調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)控制中占據(jù)重要的地位。

骨料生產(chǎn)線DCS工程師站可進行數(shù)據(jù)庫的生成、生產(chǎn)流程畫面的產(chǎn)生，連續(xù)控制回路的組態(tài)和順序控制的組態(tài)等。系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計的主要任務(wù)是利用DCS提供的所有控制、監(jiān)視功能來設(shè)計實際的過程控制系統(tǒng)。

3.2 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為現(xiàn)場層和控制管理層。網(wǎng)絡(luò)無節(jié)點限制，可以根據(jù)設(shè)計要求添加多個現(xiàn)場控制站和操作員站，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全、可靠、開放。

現(xiàn)場層是以DP通訊協(xié)議為主體，控制管理層采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)控制器之間與操作員站及工程師站之間的通信，傳輸介質(zhì)為光纖，通信速率為10/100MB。骨料生產(chǎn)線控制站模件總體配置見表1，骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)設(shè)備匯總見表2。骨料生產(chǎn)線DCS計算機柜模塊化排列見表3。

3.3 DCS系統(tǒng)趨勢查看功能的實現(xiàn)

以下重點介紹骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)趨勢查看功能實現(xiàn)過程中遇到的問題和解決方法，以及ModbusTCP通訊協(xié)議、ProfibusDP通訊協(xié)議、Modbus通訊協(xié)議轉(zhuǎn)ProfibusDP通訊協(xié)議。

3.3.1DCS系統(tǒng)趨勢查看功能的實現(xiàn)方式

骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)趨勢查看功能的實現(xiàn)有兩種方式：一是用趨勢功能塊，通過OS顯示趨勢畫面，OS數(shù)量應(yīng)與TREND組態(tài)的數(shù)量相同；二是用趨勢服務(wù)器，指定工程師站或操作員站為趨勢服務(wù)器，安裝Trendserver客戶端，從趨勢服務(wù)器讀取趨勢曲線，此種方式的優(yōu)點是節(jié)省系統(tǒng)資源。骨料生產(chǎn)線DCS網(wǎng)絡(luò)配置ID設(shè)置見圖4，骨料生產(chǎn)線DCS服務(wù)器組態(tài)設(shè)置見圖5，F(xiàn)reelance趨勢服務(wù)器選項見圖6。第二種趨勢服務(wù)器搭建方式需注意趨勢畫面中有數(shù)字但沒有曲線的問題，解決方案如下：

（1）設(shè)定系統(tǒng)時間（見圖7）。在線狀態(tài)→選項

→設(shè)定系統(tǒng)時間（保證實際時間與本地時間一致）。

（2）設(shè)置時區(qū)（見圖8）。需注意夏令時。

3.3.2ModbusTCP通訊協(xié)議

ModbusTCP通訊協(xié)議由Modicon公司推出，其基本思想是將Modbus幀嵌入TCP幀中進行傳輸，Modbus基于主站-從站/客戶機-服務(wù)器方式連接，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

（1）軟件模擬：通過軟件模擬現(xiàn)場的從站設(shè)備（在PLC沒有通電的情況下進行），見圖9、圖10。

（2）ETH1為CPU、工程師站、操作員站端口，在與TCP端口通訊時，應(yīng)特別注意，不能共用ETH1端口，應(yīng)使用ETH3、ETH4端口。

3.3.3Profibus-DP通訊協(xié)議

Profibus-DP通訊協(xié)議是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它是SIMATIC-S7/M7/C7站和現(xiàn)場設(shè)備（DP從站）之間進行過程數(shù)據(jù)輸入和過程數(shù)據(jù)輸出傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化接口。它使用了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，這種精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，特別適合現(xiàn)場級的自動化控制系統(tǒng)（可編程控制器）與現(xiàn)場分散的I/O設(shè)備之間的通訊。Profibus-DP與ABB交互時的注意事項見圖11~圖13。

圖11 DP通道配置

圖12 廠家通訊協(xié)議文件

3.4 骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)編程

編程主要是指應(yīng)用編程語言（FBD、LD、IL、SFC、ST等）對集成化控制系統(tǒng)進行數(shù)字量的邏輯運算，設(shè)備啟停順序控制，以及模擬量數(shù)據(jù)采集，連續(xù)運行控制。編程作為軟件設(shè)計中最重要、最基礎(chǔ)的構(gòu)架，關(guān)系到整個系統(tǒng)中的設(shè)備能否安全運行，能否按照設(shè)計要求運行，能否在無人監(jiān)控的情況下穩(wěn)定運行。

骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)中應(yīng)用的是FBD編程語言，在設(shè)計軟件中提供大量集成的功能塊、數(shù)字量控制塊、模擬量控制塊，而且包含上位顯示的操作面板，為DCS系統(tǒng)操作提供便捷的同時，也使系統(tǒng)更加規(guī)模化、成熟化，穩(wěn)定性、安全性大幅提升。在進行編程時，可以采取復(fù)制粘貼的方式，縮減軟件開發(fā)時間和編程時間，使程序更易理解。針對本DCS系統(tǒng)中涉及的大量不同設(shè)備，我們定義了相應(yīng)的功能塊。同時，對大量的模擬量設(shè)備定義了模擬量采集功能塊和設(shè)定塊，以提高編程效率。

以普通電機塊為例，編寫骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)程序。首先，根據(jù)設(shè)計要求，編寫程序段，普通電機功能塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖14所示。其次，編好程序段后，為此功能塊定制操作面板，并在操作員站顯示。操作員通過點擊操作面板畫面的設(shè)備按鈕、彈窗，對設(shè)備進行啟停等操作，同時可以讀取設(shè)備的運行信息、故障信息、運行時間、速度信號、跑偏信號、連鎖關(guān)系等信息。不同的操作面板可設(shè)置不同編號，不同類型的設(shè)備可運用不同的操作面板，可避免操作員誤操作，功能塊操作面板如圖15所示。

圖14 普通電機功能塊內(nèi)部程序

圖15 功能塊操作面板

04DCS系統(tǒng)在骨料生產(chǎn)線中的應(yīng)用特點

4.1 利于控制管理

骨料生產(chǎn)線的設(shè)備安裝有傳感裝置，DCS系統(tǒng)能夠直接讀取現(xiàn)場設(shè)備的運行時間、開關(guān)機時間，從而在操作員站畫面上直觀展示設(shè)備在線作業(yè)時間，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，有利于通過分散控制、集中管理的方式，實現(xiàn)設(shè)備的快捷管理。DCS控制系統(tǒng)可直接將項目信息呈現(xiàn)在管理者的手機上，方便管理者傳達指令，提高了管理效率。

4.2 利于數(shù)據(jù)分析

在骨料生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)中，可以觀測不同時間段的生產(chǎn)效能并進行產(chǎn)能對比，進而采取提高生產(chǎn)效率的措施；同時，通過DCS系統(tǒng)能夠檢測電機電流，形成趨勢曲線，通過觀察電流、溫度、速度曲線，優(yōu)化電機運行狀態(tài)，避免電機空轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)成本。

4.3 監(jiān)控更有效

通過視頻監(jiān)控模塊，可以對骨料生產(chǎn)線廠區(qū)進行360°全方位監(jiān)控，避免出現(xiàn)人工監(jiān)管不到位的情況，有助于生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行和安全管理。

4.4 可實現(xiàn)設(shè)備故障自動報警及跳停

在骨料生產(chǎn)線中，幾乎對每臺設(shè)備的控制都添加了自動報警模塊。設(shè)備一旦出現(xiàn)異常，則會立即發(fā)出警報，并在DCS畫面上直觀顯示故障點，生成報警信息。針對報警信息，DCS系統(tǒng)可根據(jù)自身程序連鎖選擇執(zhí)行方式。對于非緊急問題，系統(tǒng)僅進行報警；對于大型機械設(shè)備的電機軸承溫度、定子溫度、電機電流、運行轉(zhuǎn)速、流量、料位等信號，系統(tǒng)會將監(jiān)測點引入中控并加入到連鎖跳停的程序邏輯中；當(dāng)溫度或振動值等模擬量信號超過報警值時，DCS系統(tǒng)則會自動跳停主電機及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，避免造成設(shè)備損壞及人身安全事故。

五、結(jié)語

ABB AC900F DCS自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、精準(zhǔn)、高效，操作界面十分友好，程序連鎖可最大化保護設(shè)備安全和現(xiàn)場人員的人身安全，且具有故障診斷功能，便于系統(tǒng)維護。ABBAC900FDCS系統(tǒng)不僅提高了骨料生產(chǎn)線生產(chǎn)效率，同時也為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

作者：向崢，荊語飛，張園園，魏文通

來源：《天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司》

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