水泥行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表的選擇
對(duì)于水泥行業(yè)而言，如何選擇可靠高效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、電控設(shè)備及儀表設(shè)備是提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的成本控制策略的重要內(nèi)容。在水泥廠中，利用溫度、壓力、物位等儀器對(duì)不同的爐膛、管道、物料倉(cāng)的準(zhǔn)確測(cè)量，是提高整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全環(huán)保起著至關(guān)重要的作用。
重慶川儀總廠有限公司推出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)PROFIBUS-PA儀表PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，越來越多的自動(dòng)化廠商和用戶支持和應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。PROFIBUS總線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)國(guó)家標(biāo)委會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，顯現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。國(guó)內(nèi)最大的工業(yè)自動(dòng)化儀表制造商和系統(tǒng)集成商之一----重慶川儀總廠有限公司在2004年10月正式啟動(dòng)了PROFIBUS-PA現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開發(fā)國(guó)際合作項(xiàng)目，并于2005年10月完成了PA智能電磁流量計(jì)開發(fā)，2005年12月9日在德國(guó)的Munich工業(yè)大學(xué)的ITM實(shí)驗(yàn)室通過了PA測(cè)試認(rèn)證，并于2005年12月14日獲得了國(guó)際PNO組織頒發(fā)的認(rèn)證證書，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)推出符合PROFIBUS-PA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的儀表產(chǎn)品的廠家。重慶川儀計(jì)劃將這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到該公司其他的現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)上并廣泛介紹給用戶。
1. 系統(tǒng)概述及項(xiàng)目背景
ABB IndustrialIT系統(tǒng)是在ABB原有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最新的企業(yè)自動(dòng)化解決方案。該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，尤其適合于水泥行業(yè)的應(yīng)用，目前在水泥行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。
2001年安徽海螺集團(tuán)上了2500 t/d 生產(chǎn)線兩條，5000 t/d 生產(chǎn)線四條，全部采用ABB AC800F控制系統(tǒng)，3年來運(yùn)行良好，在此良好合作的基礎(chǔ)上2004年又大規(guī)模地上了11條5000 t/d和10000 t/d生產(chǎn)線，全部采用了ABB的控制系統(tǒng)，在2005年還將有6條5000 t/d和10000 t/d生產(chǎn)線采用ABB的控制系統(tǒng)。本文以池州2×5000 t/d 生產(chǎn)線項(xiàng)目為重點(diǎn)，從技術(shù)角度介紹AC800F系統(tǒng)在海螺的成功應(yīng)用。
2. DCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為現(xiàn)場(chǎng)控制層和中央監(jiān)控層兩層網(wǎng)絡(luò)。
第一層為現(xiàn)場(chǎng)控制層，ABB S800 遠(yuǎn)程I/O采用Profibus DP通信標(biāo)準(zhǔn)與AC800F控制器進(jìn)行通信，通訊速率高達(dá)12MB/s，距離遠(yuǎn)達(dá)1200米，根據(jù)項(xiàng)目要求，有些站距離比較遠(yuǎn)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)；在現(xiàn)場(chǎng)采用了部分現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，采用ProfiBus PA通信標(biāo)準(zhǔn)與AC800F控制器進(jìn)行通信。
第二層為中央監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)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(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)。由于水泥行業(yè)的特點(diǎn)，控制器及操作員站位置分散，且距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)干擾較大，所以通信網(wǎng)絡(luò)采用了冗余光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。采用赫斯曼導(dǎo)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(huán)形，通信模件內(nèi)置冗余管理功能，當(dāng)環(huán)路任何一處出現(xiàn)故障可以在30ms內(nèi)自動(dòng)切換到另外一條備用線路上，同時(shí)可以診測(cè)到故障發(fā)生位置。
3. DCS過程控制站
3.1 DCS控制站特點(diǎn)描述
過程控制級(jí)包括多個(gè)ControlIT控制站，完成各種控制功能，ControlIT控制站由AC800F現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)大，配有運(yùn)算速度高達(dá)150MIPS的32位超標(biāo)量 RISC型處理器(精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量?jī)?nèi)存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)pSOS+，充分滿足工業(yè)過程控制對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的嚴(yán)格要求。控制器的控制周期可根據(jù)控制需要設(shè)置，最快可設(shè)為5ms。I/O模件掃描速度很高，對(duì)模擬量T<20ms,對(duì)開關(guān)量T<5ms�？刂破骶哂谢�Web技術(shù)的自診斷功能，并可通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷。
ControlIT控制站所配置的每個(gè) S800 I/O站可支持12個(gè)I/O卡件，I/O卡件采用光電隔離技術(shù)，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(qū)動(dòng)600m范圍以內(nèi)的二線制24VDC變送器，能直接給現(xiàn)場(chǎng)變送器供電。DO輸出經(jīng)繼電器隔離，繼電器輸出接點(diǎn)容量為DC24V/5A。S800 I/O 采用模塊化設(shè)計(jì), DIN導(dǎo)軌式安裝, 由于對(duì)空間及環(huán)境要求不苛刻, S800 I/O 尤其適用于安裝在分散的場(chǎng)合, 并且對(duì)處理信號(hào)幾乎沒有要求, 從而現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備信號(hào)可以直接接線到S800 I/O 站�？偹苤�，在水泥廠的環(huán)境非常惡劣，但這幾條生產(chǎn)線自開車運(yùn)行3年來，基本沒有卡件損壞現(xiàn)象。
3.2 DCS控制站配置
池州項(xiàng)目共采用5套AC800F控制器，置于4個(gè)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(gè)控制室通過冗余光纖環(huán)網(wǎng)連在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(gè)用于生料磨及廢氣處理S800 本地I/O控制，共計(jì)6個(gè)S800IO站，3個(gè)用于1＃線，3個(gè)用于2＃線。
- 1個(gè)用于原料調(diào)配S800遠(yuǎn)程I/O 控制，連接2個(gè)遠(yuǎn)程IO站，1個(gè)用于1＃線，1個(gè)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(gè)用于窯頭/熟料入庫(kù)處理S800 本地I/O控制，共計(jì)6個(gè)S800IO站，1＃與2＃線各3各IO站；
- 1個(gè)用于煤粉制備遠(yuǎn)程 S800 I/O 控制，連接5個(gè)遠(yuǎn)程IO站，3個(gè)用于1＃線，2個(gè)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(kù)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(gè)用于與Siemens S7300 接口。
- 1個(gè)用于水泥磨本地I/O，并配置了2個(gè)S800IO站。
3.3 礦山及碼頭部分控制系統(tǒng)配置
· 礦山既碼頭部分采用西門子S7-300 PLC，共分四個(gè)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(jìn)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(xié)議與AC800F DCS系統(tǒng)通信；
- CP 343-5通信處理器使用Profibus FMS協(xié)議與相應(yīng)的控制站CPU進(jìn)行通信；
- 控制站之間通信介質(zhì)選用光纖，使用一對(duì)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(tái)OS站，安裝WinCC監(jiān)控軟件；
· 另外如銅陵項(xiàng)目采用的PLC是AB的PLC5，PLC與DCS之間采用Modbus 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。通訊也很方便。
4. 操作管理級(jí)
操作管理級(jí)主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程師站、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、管理計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件，另外還包括打印機(jī)、各種操作臺(tái)等輔助設(shè)備。
工程師站EngineerIT用于系統(tǒng)軟件組態(tài)(支持在線組態(tài))和調(diào)試投運(yùn)，它無需永久性接入系統(tǒng)，操作站也可兼作工程師站(需按工程師權(quán)限登錄)。EngineerIT工程師站上的軟件ControlBuilderF完成過程級(jí)、操作級(jí)乃至現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的組態(tài)以及調(diào)試。
系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)內(nèi)的變量實(shí)現(xiàn)共享，該全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)完全下裝到過程級(jí)，不采用服務(wù)器/客戶方案，避免服務(wù)器故障造成數(shù)據(jù)交換任務(wù)癱瘓。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中任何變量更新僅輸入一次即可，變量的檢查也是全系統(tǒng)范圍內(nèi)進(jìn)行。編程語(yǔ)言與圖形化編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) IEC 1131-3完全兼容,根據(jù)實(shí)際控制要求可任意選用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系統(tǒng)具備大量標(biāo)準(zhǔn)功能塊及功能子程序，如調(diào)節(jié)塊具備標(biāo)準(zhǔn)、比率、步進(jìn)、2位、3位等功能塊供用戶根據(jù)實(shí)際情況選用，功能塊編程采用參數(shù)表形式，語(yǔ)言面向儀表工程師語(yǔ)言。同時(shí)系統(tǒng)也提供用戶自定義接口根據(jù)用戶要求開發(fā)專用功能塊。系統(tǒng)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(shù)，被修改的參數(shù)具備自動(dòng)備份功能可以恢復(fù)。該軟件可以在線調(diào)試，可以單步運(yùn)行、跟蹤、仿真調(diào)試。
操作站的任務(wù)是生產(chǎn)監(jiān)控，即綜合監(jiān)視來自過程控制級(jí)的所有信息，進(jìn)行監(jiān)示、報(bào)警、趨勢(shì)生成、記錄、打印輸出及人工干預(yù)操作(發(fā)送命令、修改參數(shù)等)。操作員站使用以太網(wǎng)與過程站及其它設(shè)備進(jìn)行通信，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為全局，所以操作員站之間數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號(hào)面板顯示(面板也可以根據(jù)用戶特殊要求實(shí)現(xiàn)自定義)、控制組顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示、過程信號(hào)記錄與操作記錄列表(實(shí)現(xiàn)各種操作的實(shí)時(shí)記錄和實(shí)時(shí)打印)顯示等，圖形數(shù)量無軟件限制，畫面數(shù)據(jù)更新時(shí)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(jī)，操作系統(tǒng)Windows2000。操作臺(tái)用于放置操作管理級(jí)設(shè)備。
5. 總結(jié)
實(shí)踐證明，ABB AC800F系統(tǒng)在海螺的十多條生產(chǎn)線上的運(yùn)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(yùn)，并被中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)評(píng)為2004年度優(yōu)秀控制項(xiàng)目。
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5、設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，我們將免費(fèi)排售后工程師，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)客戶安裝調(diào)試，直至設(shè)備正常生產(chǎn)，并且負(fù)責(zé)培訓(xùn)操作人員，客戶完全能自行生產(chǎn)操作方可回公司。
氧化鋅生產(chǎn)線 回轉(zhuǎn)窯、烘干機(jī)
高嶺土生產(chǎn)線 冷卻機(jī)、預(yù)熱器
活性石灰生產(chǎn)線 除塵器、脫硫塔
氧化鎂生產(chǎn)線 白云石、菱鎂礦
滑石回轉(zhuǎn)窯 球磨機(jī)、棒磨機(jī)
鋁礬土生產(chǎn)線 立窯、回轉(zhuǎn)窯
土壤改良劑生產(chǎn)線 鉀肥、有機(jī)肥
固、危廢處理回轉(zhuǎn)窯 污染土修復(fù)、污泥陶粒
破碎機(jī)、立式磨機(jī)、皮帶輸送機(jī)、提升機(jī)
給料機(jī)、計(jì)量稱、包裝機(jī)、燃燒系統(tǒng)
