【摘 要】：為了穩(wěn)定水泥生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，運(yùn)用西門(mén)子CEMAT軟件對(duì)某2500t/d新型干法水泥廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，CEMAT軟件運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作維護(hù)方便，極大地降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為水泥廠的正常生產(chǎn)提供了可靠的保證，具有推廣運(yùn)用的價(jià)值。

　　四川廣安市的利萬(wàn)布森水泥廠為2500t/d新型干法水泥廠，其基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制范圍包括原料破碎、生料磨、窯頭系統(tǒng)、窯尾系統(tǒng)、水泥磨系統(tǒng)到包裝系統(tǒng)整條生產(chǎn)線。控制系統(tǒng)采用了西門(mén)子PCS7系統(tǒng)，并應(yīng)用了西門(mén)子水泥行業(yè)專(zhuān)用軟件CEMAT軟件。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　西門(mén)子PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)是集DCS、總線I/O以及PLC為一體的新型全集成控制系統(tǒng)。具有分散控制、集中管理、安裝方便、成本低和維護(hù)管理智能化等特點(diǎn)。
　　CEMAT軟件包是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的水泥控制系統(tǒng)。是一個(gè)集成化的標(biāo)準(zhǔn)軟件，具有多個(gè)專(zhuān)門(mén)用于水泥工廠過(guò)程控制優(yōu)化的功能塊，具有簡(jiǎn)潔的顯示方式，不需附加另外的專(zhuān)家系統(tǒng)就可完成組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。該軟件包集成于PCS7系統(tǒng)，在PCS7集成的功能上增加了針對(duì)水泥工程的工程操作、故障診斷及聯(lián)鎖等功能塊，是具有獨(dú)特的、開(kāi)放式的接口及經(jīng)濟(jì)的解決方案。1971年至今，CEMAT軟件包已在世界范圍已經(jīng)成功使用了438套。具有如下特點(diǎn)：方便的水泥廠故障診斷功能；方便的軟件聯(lián)鎖功能；靈活便利的操作方式；減少故障時(shí)間；針對(duì)水泥行業(yè)的特殊指令。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　本自動(dòng)控制系統(tǒng)采用控制網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。

2.1控制網(wǎng)
　　控制網(wǎng)采用工業(yè)級(jí)交換機(jī)由光纖構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)，通信速率100Mbit/s。根據(jù)控制站的分布共配置5臺(tái)交換機(jī)，設(shè)備包括：1臺(tái)工程師站（配A3噴墨打印機(jī)1臺(tái)）；2臺(tái)互為冗余的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；2臺(tái)A3激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)；5個(gè)控制站。
其中冗余服務(wù)器用于歷史數(shù)據(jù)記錄、性能計(jì)算、報(bào)表、SOE、事故追憶，可向操作員站、上位計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。兩臺(tái)服務(wù)器互為冗余配置了兩個(gè)網(wǎng)卡：西門(mén)子的專(zhuān)用通訊網(wǎng)卡1613和通用網(wǎng)卡，分別用于與控制站及操作員站的通訊。
　　5個(gè)控制站采用了AS416-2做主控制站，分別為生料磨PLC、窯頭PLC、窯尾PLC、水泥磨PLC、包裝PLC。AS416-2控制站集成了CPU416-2模件，CP443-1以太網(wǎng)通訊模件，PS407電源模件及9槽機(jī)架，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理、自動(dòng)閉環(huán)回路控制、電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)控制等系統(tǒng)控制功能。 圖1 DCS控制系統(tǒng)配置圖
2.2監(jiān)控網(wǎng)
　　冗余服務(wù)器、5臺(tái)操作員站（HMI）采用2臺(tái)交換機(jī)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)。其中中控室4臺(tái)操作員站，包裝車(chē)間操作室1臺(tái)操作員站。所有操作員站配置相同，采用客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模式。HMI可實(shí)現(xiàn)設(shè)備成組及單機(jī)操作、動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)、報(bào)警、事件記錄、歷史趨勢(shì)觀察等功能。對(duì)于所有控制對(duì)象提供面板，使用戶可以操作和診斷回路。可以顯示所操作的測(cè)量位置的所有信息，也可防止意外操作。

2.3現(xiàn)場(chǎng)總線
　　控制站采用AS416-2控制站和ET200M遠(yuǎn)程I/O構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，采用Profibus-DP通訊協(xié)議，通信速率設(shè)置：1.5Mbit/s。由于原料破碎站距離生料磨電氣室的電纜長(zhǎng)度約500米，為保證通訊速度，破碎站與生料磨主站間采用了一對(duì)OLM（光纖璉路模件），采用光纖連接，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP通訊。

3 控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
　　PCS7系統(tǒng)軟件采用SIMATIC程序管理器，可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立文件。對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目管理，可有工廠視圖、組件視圖、過(guò)程對(duì)象視圖3個(gè)不同的視圖，同時(shí)進(jìn)行管理。其中，組件視圖主要管理系統(tǒng)的硬件，如控制器、系統(tǒng)總線、I/O系統(tǒng)等；工廠視圖主要管理工藝過(guò)程，它將整個(gè)工廠按工藝過(guò)程的要求，分為各個(gè)子系統(tǒng)，然后將各子系統(tǒng)映射到控制器上；過(guò)程對(duì)象視圖用于對(duì)所有控制對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行管理。
　　在SIMATIC程序管理器下，可以使用多種組態(tài)工具，無(wú)論采用何種組態(tài)工具，生成的組態(tài)數(shù)據(jù)都自動(dòng)存到一個(gè)同一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。組態(tài)工具有：CFC（連續(xù)功能圖）、SFC（順序功能圖）、STEP7、SCL（結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)言）和WinCC（SIMATIC視窗控制中心）等。
　　CFC是一種簡(jiǎn)潔的圖形組態(tài)工具，主要用于連續(xù)過(guò)程的自動(dòng)化控制任務(wù)的組態(tài)，為系統(tǒng)主要編程工具。CFC組態(tài)以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。這些功能塊以庫(kù)的形式體現(xiàn)。每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)。每個(gè)CFC由多個(gè)分區(qū)構(gòu)成（可以任意插入，由字母A-Z任意排列），每個(gè)分區(qū)由6頁(yè)組成。功能塊之間的連接可以在相同或不同的CFC之間的相同或不同的分區(qū)的頁(yè)面上進(jìn)行，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)出。因此，采用CFC可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。此外，CFC還具有圖中圖功能，即將同類(lèi)的控制功能（或方案）組態(tài)成樣板CFC圖，以后組態(tài)時(shí)可以多次在其它CFC圖中插入樣板CFC圖，直接對(duì)樣板圖進(jìn)行連接，這樣可以節(jié)省大量的組態(tài)時(shí)間。
　　水泥行業(yè)的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制除了常規(guī)的電機(jī)控制、儀表信號(hào)監(jiān)控外，還具有一些的特殊要求。如設(shè)備的成組控制（包括組啟動(dòng)、組暫停、組停止），兩路閥的控制等，不同方式對(duì)同一控制設(shè)備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個(gè)水泥工程的專(zhuān)用功能塊，司方便的實(shí)現(xiàn)各種功能的控制。用戶可根據(jù)控制要求連接相應(yīng)的管腳實(shí)現(xiàn)控制。對(duì)于每個(gè)功能塊均可使用在線查找?guī)椭Ｒ韵陆榻B了常用的功能塊的功能及應(yīng)用：
　　1）組（GROUP）功能塊的應(yīng)用：在CEMAT中特有的組（GROUP）功能塊，可用于輸送系統(tǒng)成組順序啟動(dòng)；可方便的實(shí)現(xiàn)組啟動(dòng)、組單步（本組設(shè)備單機(jī)啟動(dòng)）、組暫停、組停止以及組間啟停聯(lián)鎖。在實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)或磨機(jī)順序控制時(shí)，編程簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。
　　2）DAMPER功能塊的應(yīng)用：可用于切斷閥、調(diào)節(jié)閥、雙向電機(jī)的控制，有模擬量和數(shù)字量控制輸出。常用于風(fēng)機(jī)入口閥門(mén)、兩路閥等的控制。
　　3）ROUTE功能塊的應(yīng)用：主要用于順控路徑的選擇，如生料入窯/倒庫(kù)選擇、熟料入庫(kù)選擇等。
　　4）單向電機(jī)（Unidirectional Drive）功能塊應(yīng)用：用于單向電機(jī)的手/自動(dòng)控制，有外部速度信號(hào)及電流信號(hào)監(jiān)控，適用多種電機(jī)設(shè)備的控制，如皮帶電機(jī)（有速度開(kāi)關(guān)信號(hào)監(jiān)控聯(lián)鎖）、破碎電機(jī)（可設(shè)定電機(jī)電流監(jiān)控聯(lián)鎖）。
　　5）測(cè)量（Measuring Value）功能塊的應(yīng)用：模擬量信號(hào)監(jiān)控，該功能塊多與CH_AI塊聯(lián)合使用，可在線更改輸入的模擬量信號(hào)的量程。
　　6）功能塊的應(yīng)用舉例：在以下一個(gè)原料入配料倉(cāng)組的程序中，應(yīng)用了組（GROUP）、路徑選擇（ROUTE）、三通閥（DAMPER），單相電機(jī)（收塵風(fēng)機(jī)、皮帶輸送機(jī)）功能塊。整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)試方便。
3 結(jié)束語(yǔ)
　　本系統(tǒng)由于采用西門(mén)子CEMAT軟件，節(jié)約了開(kāi)發(fā)人員大量的系統(tǒng)編程時(shí)間，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，西門(mén)子的CEMAT軟件運(yùn)行穩(wěn)定，控制可靠，具有推廣運(yùn)用的價(jià)值。