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(哈爾濱水泥廠信息管理中心  150050)    于 伶 

摘要：介紹ABB公司的Freelance2000系統(tǒng)在哈爾濱水泥廠2500T/D生產(chǎn)線中的應(yīng)用，說明了此控制系統(tǒng)的配置、功能與特點。

關(guān)鍵詞：DCS 窯外分解窯 OPC

一、前言

為振興東北老工業(yè)基地，調(diào)整哈爾濱市水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，決定對哈爾濱水泥廠進(jìn)行技術(shù)改造，興建2500T/D型干法水泥熟料生產(chǎn)線。其設(shè)計年產(chǎn)量77.5萬噸，總投資額約為1.6億元人民幣，屬2002年度國債項目。經(jīng)過14個月的安裝建設(shè)于2003年12月正式投產(chǎn)。該生產(chǎn)線用粉煤灰進(jìn)行配料生產(chǎn)高標(biāo)號低堿水泥或低堿水泥熟料，以滿足哈爾濱市及黑龍江省現(xiàn)代化建設(shè)對高標(biāo)號低堿水泥的需求。

二、工藝簡介

水泥生產(chǎn)主要有兩大部分：生料制備和熟料煅燒。生料制備以石灰石為主要原料，配以鐵粉、粉煤灰、砂頁巖等輔助原料按一定配比由電子皮帶秤送入生料立磨，在磨輥的擠壓研磨下不斷混合細(xì)化，經(jīng)選粉機(jī)分離出符合細(xì)度要求的生料粉末送入生料庫再度均化。均化后的生料經(jīng)申克稱由窯尾進(jìn)入預(yù)熱器，在高溫氣流的沖擊下充分混合不斷升溫，最終進(jìn)入窯中煅燒，產(chǎn)生固相反應(yīng)生成熟料。熟料由篦冷機(jī)冷卻后再次研磨成為水泥成品。

三、系統(tǒng)介紹

該生產(chǎn)線采用瑞士ABB公司Industrial IT Freelance 2000集散控制系統(tǒng)完成生產(chǎn)過程的自動控制。該系統(tǒng)是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統(tǒng)，采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)全局一體化編程。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為控制管理層（系統(tǒng)總線）和現(xiàn)場層（現(xiàn)場總線），具有結(jié)構(gòu)簡單、清晰、高速、配置靈活、方便等優(yōu)點。

1、總體結(jié)構(gòu)

Freelance 2000控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)包括兩層：系統(tǒng)總線和現(xiàn)場總線。系統(tǒng)總線Diginet- S將現(xiàn)場控制裝置、操作員站、工程師站連接成為一個網(wǎng)絡(luò)，是基于普遍的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，符合DINI ISO8802，Part3標(biāo)準(zhǔn)，傳輸協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，傳輸介質(zhì)可選用同軸電纜、雙絞線或光纖。現(xiàn)場總線Diginet-P完成CPU模件與I/O模件之間的數(shù)據(jù)交換與通訊，可分別采用Profibus、Modbus、CAN等。在此生產(chǎn)線中選取Profibus現(xiàn)場總線。系統(tǒng)總線采用100MB的光纖以太網(wǎng)，分別連接三個現(xiàn)場控制站（窯頭煤磨站、窯尾控制站、原料粉磨控制站），三個遠(yuǎn)程I/O站（石灰石堆場、原料調(diào)配、熟料輸送），四個操作員站和一個工程師站。如下圖所示。

2、  硬件配置

操作員站與工程師站均使用Dell PC機(jī)，其基本配置為P4 2.0G、256M內(nèi)存、60G硬盤、21’彩顯、100M 3COM網(wǎng)卡。現(xiàn)場控制站選用AC800F現(xiàn)場總線控制器。AC800F由一個帶CPU的機(jī)架，一個電源模件，一個以太網(wǎng)模件和一到四個現(xiàn)場總線模件組成。它支持四種總線標(biāo)準(zhǔn)，此處選用支持Profibus DP/PA總線的FI830F現(xiàn)場總線模件，同時支持全方位的冗余與帶電插拔。現(xiàn)場總線模件通過CI830通訊接口模件與I/O模件相連，I/O模件選用S800系列，模擬量為DC 4-20MA 信號，數(shù)字量輸入為220VAC，數(shù)字量輸出為24VDC。

3、  軟件配置

PC機(jī)的操作系統(tǒng)為Windows 2000 Professional中文版，在操作員站上安裝DigiVis監(jiān)控軟件。四臺操作員站使用以太網(wǎng)與過程站及其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，所以各操作員站之間可以共享數(shù)據(jù)和畫面，每臺操作員站與其它的操作員站之間可實現(xiàn)互為備用控制功能。其主要功能為：流程畫面顯示，動態(tài)參數(shù)的監(jiān)視，電機(jī)的起停、故障復(fù)位，閥門開，電機(jī)轉(zhuǎn)速等的設(shè)定調(diào)整，趨勢監(jiān)視，報表打印等。

工程師站安裝DigiTools組態(tài)軟件，在此軟件中編輯操作員操作的動態(tài)畫面和現(xiàn)場控制站AC800F 中CPU的組態(tài)程序。所有的圖形畫面和組態(tài)均在同一文件中存儲，并以項目樹的結(jié)構(gòu)顯示。可以離線編程或在線修改參數(shù)，具有在線單步運行、跟蹤和仿真調(diào)試等功能。

    各站還可視情況需要擴(kuò)充安裝Digilock、DDE Server、OPC Server等功能軟件。

四、控制功能

    1、開關(guān)量控制

    在水泥生產(chǎn)中，主要控制設(shè)備是風(fēng)機(jī)、泵類和閥門，以邏輯控制為主，按工藝要求按順序啟停。為使操作更加簡便，將生產(chǎn)順序上有連續(xù)關(guān)系或連鎖關(guān)系的設(shè)備分為一組，按組啟停，并在組態(tài)中設(shè)計專用的用戶自定義功能塊來完成成組啟停的功能，以減化后期組態(tài)設(shè)計的工作量。根據(jù)工藝要求設(shè)置兩臺電機(jī)之間的啟停順序和時間間隔，當(dāng)組內(nèi)各臺設(shè)備均有備妥信號時，可發(fā)出組驅(qū)動信號，使組內(nèi)電機(jī)按設(shè)定時間間隔依次開啟，若中間有某一設(shè)備不能正常啟動，則與之有連鎖關(guān)系的設(shè)備也不能啟動。這樣可大大減少操作員的操作量，同時增強(qiáng)了系統(tǒng)的運行可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

    2、生料質(zhì)量控制QCS

    水泥生產(chǎn)的質(zhì)量主要由生料質(zhì)量及熟料燒成的溫度來決定。通常使用率值來表示生料成分的組成，我國水泥工業(yè)普遍采用飽和系數(shù)KH，硅率SM，鋁率AM三個率值。出磨生料由取樣器自動取樣，取樣器將一定時間（60分鐘）內(nèi)所取得生料混合并均化，使其為此段時間內(nèi)的代表樣，通過X－射線熒光分析儀進(jìn)行分析，分析結(jié)果自動通過數(shù)據(jù)通訊接口傳送到生料質(zhì)量控制計算機(jī)，用于調(diào)整配比控制。生料質(zhì)量控制計算機(jī)與操作員站、工程師站通過以太網(wǎng)連接，在工程師站中組態(tài)OPC網(wǎng)關(guān)，在生料質(zhì)量控制計算機(jī)中安裝OPC Server與OPC Client。OPC Client由用戶自行設(shè)計安裝，主要功能是通過OPC Server從現(xiàn)場控制站實時獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)率值計算出相應(yīng)的配比寫入操作員站以調(diào)整電子皮帶稱的喂料量。

五、結(jié)語

1．  Freelance 2000提供仿真軟件，在組態(tài)設(shè)計時應(yīng)充分利用。可先將部分已組態(tài)好的軟件利用仿真器來測試其運行狀態(tài)，為在現(xiàn)場實際調(diào)試打好基礎(chǔ)，節(jié)約大量時間。

2．  系統(tǒng)供電的電源應(yīng)采用單獨的變壓器或UPS，避免大功率設(shè)備啟停時對電網(wǎng)造成沖擊。現(xiàn)場布線時應(yīng)將交、直流信號線與模擬量信號線分置在不同的線槽內(nèi)，模擬量信號盡量選用雙層屏蔽電纜，特別是Profibus總線的敷設(shè)要盡可能使用單獨的線槽。

3．  控制柜內(nèi)的的屏蔽線一定要接地正確，防止形成回路產(chǎn)生干擾信號。抽屜柜或控制柜內(nèi)的地線應(yīng)接線牢固，防止設(shè)備可能因此產(chǎn)生大面積跳停。

4．  水泥生產(chǎn)的粉塵較大，配電室應(yīng)選擇粉塵較少處設(shè)置并保證室內(nèi)密閉良好，柜內(nèi)應(yīng)定時吹掃以保證模件正常工作。