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    21世紀(jì)初中國(guó)水泥工業(yè)迎來(lái)了新一輪的增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整。為了在激烈的國(guó)際和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，水泥企業(yè)需要采用工廠的信息化、自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)改造水泥這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高管理水平，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)突現(xiàn)新的行業(yè)效益增長(zhǎng)點(diǎn)。浙江三獅集團(tuán)作為浙江水泥的龍頭企業(yè)、國(guó)內(nèi)大型的水泥集團(tuán)之一，在其富春江生態(tài)工業(yè)園重大項(xiàng)目“富陽(yáng)三獅5000噸/天新型干法水泥熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目”中采用了施耐德電氣公司基于Modbus TCP/IP的“透明就緒”方案作為其自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

    客戶的需求

    水泥生產(chǎn)有其自身的工藝特點(diǎn)，因而對(duì)控制系統(tǒng)也提出了特定的需求：

    1．由于廠區(qū)面積大、站點(diǎn)多、控制設(shè)備范圍廣、通訊信息量大，因而要求控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、支持遠(yuǎn)距離通訊、網(wǎng)絡(luò)可靠性高，同時(shí)必須要求網(wǎng)絡(luò)通訊帶寬高。

    2．水泥生產(chǎn)的連續(xù)性強(qiáng)，過(guò)程控制和順序控制要求高，尤其是從生料入窯到窯系統(tǒng)要求各個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、高效，從而對(duì)控制系統(tǒng)提出了控制器能力要強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性要高，不同環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)信息共享要簡(jiǎn)單而有效，同時(shí)要有高實(shí)時(shí)性的要求。

    3．由于水泥工廠設(shè)備的工作環(huán)境相對(duì)較差，電磁干擾、粉塵污染等要求控制系統(tǒng)設(shè)備抗干擾抗腐蝕的能力要強(qiáng)。

    通訊網(wǎng)絡(luò)

    為了應(yīng)付激烈的國(guó)際和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)向我們提出了系統(tǒng)集成和信息集成的需求，即把工廠的過(guò)程級(jí)（儀器儀表、供電配電、電機(jī)等設(shè)備）、生產(chǎn)級(jí)（MES執(zhí)行制造系統(tǒng)）、企業(yè)級(jí)（ERP企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)）等方面有機(jī)地組織起來(lái)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)，使各方面資源充分調(diào)配、平衡和控制，最大限度地發(fā)揮其能力，形成市場(chǎng)、經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)和研發(fā)之間緊密的協(xié)作鏈。

圖1

    實(shí)現(xiàn)這樣的工廠從上層到底層的協(xié)作鏈就需要工廠對(duì)各方企業(yè)資源建立完善開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，保持LEVEL1、LEVEL2和LEVEL3，甚至與Internet之間的信息流高效而通暢，保證各種設(shè)備和基于其它協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)能夠接入系統(tǒng)。因此，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用了施耐德電氣公司Modbus  TCP/IP  工業(yè)以太網(wǎng)主干網(wǎng)，結(jié)構(gòu)上采用自愈環(huán)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)采用光纖。網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100Mbps，保證了系統(tǒng)大信息量的通訊，光纖自愈環(huán)結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的可靠性，從容錯(cuò)性上分析，該主干網(wǎng)允許一個(gè)斷點(diǎn)而不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。采用開(kāi)放的Modbus  TCP/IP協(xié)議有利于控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與工廠的MES、ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，以太網(wǎng)Modbus TCP/IP構(gòu)建的開(kāi)放的工廠網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使工廠的管理升級(jí)更加易于實(shí)現(xiàn)和操作。

圖2

    施耐德電氣的“透明就緒”方案還支持SNMP、NDDS、DHCP、FTIP、FTP、HTTP等應(yīng)用層協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、基于UDP的廣播訂閱、基于DHCP的故障設(shè)備快速替換、基于嵌入式Web server的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)功能。Web server被嵌入到140NOE工業(yè)以太網(wǎng)模板中，因而用戶可以通過(guò)Windows   IE瀏覽器瀏覽Web  server中的所有系統(tǒng)信息，同時(shí)還可以通過(guò)電話線遠(yuǎn)程登陸或互聯(lián)網(wǎng)安全登陸到工廠，在任何時(shí)候，任何地方，第一時(shí)間了解工廠的工作情況。

“透明就緒”通訊棧

圖3

    通過(guò)I/O 掃描可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站的信息交換，由于采用了基于TCP/IP的Modbus主/從協(xié)議，因此只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置和采用讀寫請(qǐng)求的方式，而無(wú)須編寫程序，一改某些系統(tǒng)控制站之間的數(shù)據(jù)需要通過(guò)上位機(jī)編程來(lái)進(jìn)行交換這種不安全的方式和復(fù)雜煩瑣的編寫通訊程序的方式，既減小了編寫程序的工作量，又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備采用NOS17100工業(yè)交換機(jī)，構(gòu)架光纖環(huán)網(wǎng)以連接各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。同樣，每臺(tái)NOS17100交換機(jī)都具有內(nèi)嵌網(wǎng)頁(yè)，可以通過(guò)IE瀏覽監(jiān)視進(jìn)行管理。

    每個(gè)控制站的I/O網(wǎng)絡(luò)采用S908遠(yuǎn)程I/O，具有可確定的I/O掃描時(shí)間和高實(shí)時(shí)性，通訊速率達(dá)1.544Mbps，恒定的通訊速率不會(huì)隨I/O站點(diǎn)的多少和距離的長(zhǎng)短而變化。
 
    控制系統(tǒng)中窯尾和窯頭的儀表均采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接入系統(tǒng)，數(shù)字化的儀表和通訊方式不僅提高了儀表的精度，也減少了接線工作量。

    現(xiàn)場(chǎng)控制站

    根據(jù)生產(chǎn)及工藝流程的需要,我們將所控制的區(qū)域分為原料配料遠(yuǎn)程站（RIO）、生料磨現(xiàn)場(chǎng)控制站、窯尾現(xiàn)場(chǎng)控制站、窯頭現(xiàn)場(chǎng)控制站、熟料輸送遠(yuǎn)程站（RIO）、煤磨現(xiàn)場(chǎng)控制站，另外為了滿足砂巖破碎車間和石灰石破碎車間比較分布、控制點(diǎn)不是太多的特點(diǎn)，采用了更適合分布控制的、基于開(kāi)放以太網(wǎng)Modbus     TCP/IP通訊的Momentum以太網(wǎng)I/O(TIO)。

    現(xiàn)場(chǎng)控制站采用了施耐德電氣公司的Modicon Quantum通用自動(dòng)控制平臺(tái)，處理器采用140CPU43412A。其快速的指令處理能力非常適合水泥廠對(duì)高速離散控制和回路控制的要求，平均高于30萬(wàn)小時(shí)的無(wú)故障時(shí)間也保證了工廠的可靠運(yùn)行。
此方案針對(duì)水泥廠窯系統(tǒng)的特點(diǎn)，窯尾現(xiàn)場(chǎng)站和窯頭現(xiàn)場(chǎng)站采用雙機(jī)熱備方案，雙機(jī)熱備采用140CHS21000熱備套件，此熱備套件的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了在主站故障的情況下可以無(wú)擾切換到從站。

    中央控制室

    全廠設(shè)置一個(gè)中央控制室，實(shí)現(xiàn)從石灰石破碎到熟料散裝等主要生產(chǎn)車間的電動(dòng)機(jī)和各種用電設(shè)備的順序邏輯控制、控制參數(shù)檢測(cè)、回路自動(dòng)控制等功能，在中央控制室內(nèi)通過(guò)IFIX監(jiān)控軟件可以對(duì)所控制的生產(chǎn)車間進(jìn)行管理和操作。
 
    下位機(jī)的編程軟件采用CONCEPT 2.5，對(duì)全廠的設(shè)備采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞阶远x設(shè)備功能塊，同時(shí)CONCEPT 2.5自帶的32位IEC 模擬器提高了編程和調(diào)試的效率，節(jié)省了不少工期。

    中央控制室內(nèi)設(shè)有操作員操作站（OS）、報(bào)告打印機(jī)、報(bào)警打印機(jī)和彩色屏幕拷貝裝置。

    為了編制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用軟件和實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的維護(hù)，在中央控制室內(nèi)設(shè)有工程師工作站（EWS），并配有激光打印機(jī)。

    結(jié)語(yǔ)

    在國(guó)內(nèi)倡導(dǎo)“鼠標(biāo)+水泥”的今天，施耐德電氣公司基于Modbus TCP/IP的”透明就緒”方案為水泥行業(yè)管控一體化提供了開(kāi)放的通訊平臺(tái)，從而提高了水泥企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，為水泥企業(yè)帶來(lái)了整體效益，其在浙江三獅集團(tuán)項(xiàng)目中的成功應(yīng)用就是最有力的證明。