埃塞俄比亞國家水泥控股有限公司NCSC3000t/d 水泥生產(chǎn)線，由國內(nèi)其他兄弟單位2010年承建并投產(chǎn)運行。2017年7月，針對原生產(chǎn)線自動化系統(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題，NCSC委托合肥水泥與研究設(shè)計院有限公司對全廠原系統(tǒng)進行重新編制自動化控制軟件并進行系統(tǒng)升級改造。針對以上問題并且從維護和保障生產(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，進行重新編制自動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/服務(wù)器(C/S)的結(jié)構(gòu)模式。

此次自動化控制系統(tǒng)升級改造后采用典型的客戶機/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)場總線層。新自動化控制系統(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)卡和各個客戶機；普通網(wǎng)卡之間形成的基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，客戶機操作員站通過服務(wù)器獲得來自現(xiàn)場；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，每臺服務(wù)器上分別裝有的一塊CP1613網(wǎng)卡和現(xiàn)場各系統(tǒng)控制器之間通過光纖連接形成基于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)器對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視，控制和管理。

(3)現(xiàn)場總線層：在PCS7系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制器，對現(xiàn)場I/O站或?qū)ΜF(xiàn)場智能總線設(shè)備及儀表通過PROFIBUS-DP總線進行通信，實現(xiàn)對現(xiàn)場電機設(shè)備及儀表的信號檢測和輸出控制。

本自動化控制系統(tǒng)共配置一臺工程師站ES(Engineer Station)，兩臺冗余服務(wù)器OS server，4臺客戶機OS Cients，4套的AS控制器，控制全廠整個水泥生產(chǎn)的全過程，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是新一代過程控制系統(tǒng)，它是一個全集成的、結(jié)構(gòu)完整的、功能完善，面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。此次系統(tǒng)的軟件升級改造采用的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)進行組態(tài)。CFC 是一種用于連續(xù)過程自動化控制的圖形組態(tài)工具，以功能塊為基礎(chǔ)進行組態(tài)，CEMAT軟件是西門子公司開發(fā)的針對水泥行業(yè)設(shè)備特點的一套功能塊。CEMAT包含了用于驅(qū)動功能塊(C_DRV_1D，C_DRV_2D，C_DAMPER)，過程控制塊(C_INTER5，C_INTERL)，報警功能塊(C_ANNUN8)，組塊C_GROUP等等，可以方便地實現(xiàn)各種過程控制回路。

(1)C_DRV_1D功能塊主要用于控制水泥廠中各種單向電機設(shè)備的運行，其中一個管腳ESVG用于連接電機設(shè)備的保護聯(lián)鎖，C_INTER5功能塊編寫的保護聯(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個輸入信號，比如皮帶電機的拉繩、跑偏、失速信號等等，對連接到該功能塊管腳的信號標注上信號注釋，信號注釋經(jīng)過編譯上傳后就可以自動在WINCC電機操作面板中生成并顯示，同時根據(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C_DRV_1D功能塊管腳ESVG 最多連接3個C_INTER5，水泥廠大多數(shù)電機設(shè)備保護連鎖信號一般不超多15個，使用C_INTER5可以滿足連接大多數(shù)電機設(shè)備保護連鎖信號的要求，但一些生料磨主電機，窯尾高溫風機，水泥磨主電機等等中壓主電機的保護連鎖有時會超過15個，此時仍使用C_INTER5就不能滿足全部連接并顯示保護連鎖信號的要求，因此可以改用C_INTERL功能塊進行替代，一個C_INTERL引腳最多可以連接10個輸入信號，對于生料磨主電機，窯尾高溫風機，水泥磨主電機等有眾多保護連鎖信號就可以滿足全部連接和顯示的要求。窯尾高溫風機主電機321FN19HM 的C_INTERL的操作面板中可以直觀顯示最多包含30個保護聯(lián)鎖的信號，如圖2所示。

圖2 采用C_INTERL功能塊生成的操作面板

(2)對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調(diào)用SFB12來發(fā)送數(shù)據(jù)，SFB13來接收數(shù)據(jù)，但往往在設(shè)置SFB12和SFB13過程中，需要對其管腳REQ，ID，R_ID，LEN等一一進行定義和配置，并且還需要新建多個中間變量，供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時使用，其設(shè)置不便之外，往往還出現(xiàn)有時通訊不上的問題。此時可以通過調(diào)用程序Comm中Snd_Digv和Rcv_Digv功能塊來實現(xiàn)不同CPU站之間的數(shù)字量通訊，例如，通過在硬件配置的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)視圖中查得該項目水泥磨CPU本地ID是4，其對應(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，在Rcv_Digv接口引腳PV_Out0~127連接要接受的信號，即可實現(xiàn)水泥磨和生料磨之間CPU的站間通訊。采用Snd_Digv和Rcv_Digv 功能塊實現(xiàn)站間通訊如圖3所示。

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

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

圖4 采用C_ODA功能塊實現(xiàn)的數(shù)據(jù)報表

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，基于良好的可靠性高，靈活性好，使用方便，功能豐富等特點，很好地解決了現(xiàn)代水泥生產(chǎn)過程中各種各樣復(fù)雜控制的要求。埃塞俄比亞國家水泥控股有限公司NCSC 3000t/d水泥生產(chǎn)線新的自動化控制系統(tǒng)2018年10月投入運行至今，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，升級改造效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

作者：顧威

所屬：合肥水泥研究設(shè)計院有限公司

來源：《中國水泥》

微信公眾號：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢更多資訊）

（本文來源網(wǎng)絡(luò)，若涉及版權(quán)問題，請作者來電或來函聯(lián)系！）