F.L.Smid th ACESYS控制系統(tǒng)在水泥廠的應(yīng)用

許帥

伊拉克納杰夫省KAR水泥廠的6 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線于2016年8月投產(chǎn)運(yùn)行，整條生產(chǎn)線由丹麥F.L.Smidth設(shè)計(jì)、供貨。從原料破碎、生料磨、窯尾、窯頭系統(tǒng)、水泥磨系統(tǒng)到包裝系統(tǒng)，整條生產(chǎn)線均采用F.L.Smidth ACESYS自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

ACESYS是適應(yīng)性控制工程系統(tǒng)（Adaptable Control Engineering System）的縮寫(xiě)，是由F.L.Smidth自動(dòng)化開(kāi)發(fā)的通用PLC編程標(biāo)準(zhǔn)軟件，它定義了基于PLC的高效過(guò)程控制系統(tǒng)所需的控制對(duì)象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，包含ACESYSECSOpStation上位機(jī)操作系統(tǒng)和支持PLC的ACESYSPLC庫(kù)的下位機(jī)編程組態(tài)。

ECS上位機(jī)組態(tài)軟件是F.L.Smidth自動(dòng)化的專家控制系統(tǒng)，是一個(gè)集成化的標(biāo)準(zhǔn)軟件，具有專門(mén)用于水泥工廠過(guò)程控制優(yōu)化的多種功能塊，畫(huà)面和曲線顯示非常簡(jiǎn)潔，參數(shù)設(shè)定方便，操作靈活，連鎖和報(bào)警功能簡(jiǎn)潔，方便故障診斷。

ACESYS下位機(jī)PLC庫(kù)包含現(xiàn)場(chǎng)控制所需要的電機(jī)、閥門(mén)控制、PID控制器以及電機(jī)電流和現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)控制等多種功能。控制系統(tǒng)按原料輥磨、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)等分成多個(gè)部門(mén)控制站，每個(gè)控制站按工藝流程分成若干組，每個(gè)組再分成若干個(gè)控制邏輯程序。

2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由主控制網(wǎng)、操作監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)總線三級(jí)構(gòu)成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.1 主控制網(wǎng)

主控制網(wǎng)由光纖A網(wǎng)、B網(wǎng)構(gòu)成雙重星形網(wǎng)絡(luò)，采用HP工業(yè)級(jí)光纖交換機(jī)，通信速率100Mbit/s，設(shè)備包含：

2臺(tái)互為冗余的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，6個(gè)主控制站，1臺(tái)工程師站，1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。

2臺(tái)服務(wù)器用于數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視，包括報(bào)警、日志、事故追憶，并向操作員站提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，提供二次數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)管理和存檔。

6個(gè)主控制站分別用于原料破碎、原料輥磨、窯尾、窯頭篦冷機(jī)、水泥輥磨、水泥包裝，見(jiàn)圖1。每個(gè)主控制站集成了CPU416-3模塊、CP443-1以太網(wǎng)通訊模件、CP443-5 Profibus總線通訊擴(kuò)展型模塊、PS407電源模件，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)控制等功能。

2.2 操作監(jiān)控

中控室設(shè)置三臺(tái)操作員站，雙顯示器分屏監(jiān)控。原料破碎和包裝車間操作室各有1臺(tái)操作員站。操作員站采用ECS軟件進(jìn)行操作畫(huà)面組態(tài)，具有設(shè)備組的自動(dòng)操作、單機(jī)操作、手動(dòng)操作和就地操作四種操作模塊，同時(shí)具有動(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；提供所有控制對(duì)象的操作面板，顯示設(shè)備的各個(gè)輸入/輸出狀態(tài)和連鎖條件等，并可對(duì)上下級(jí)工藝流程的電機(jī)啟停時(shí)間、反饋信號(hào)的延時(shí)時(shí)間、模塊量的量程參數(shù)以及速度保護(hù)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。電機(jī)及組設(shè)備控制面板見(jiàn)圖2。

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖2 電機(jī)及組信號(hào)操作面板

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線

主控制站采用AS416-3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。為避免信號(hào)干擾，根據(jù)F.L.Smidth自動(dòng)化的設(shè)計(jì)要求，對(duì)于通訊距離＞100m的網(wǎng)絡(luò)，雖然通訊電纜處于單獨(dú)分層敷設(shè)，但與動(dòng)力電纜處于同一電纜通道的，各遠(yuǎn)程I/O與相應(yīng)控制主站之間采用光纖連接，終端實(shí)現(xiàn)Profibus-DP通訊。如循環(huán)水處理設(shè)備的ET200M控制柜與窯頭DCS控制柜、原料輸送設(shè)備的ET200M控制柜與原料輥磨DCS控制柜之間的通訊連接，這部分的通訊電纜與主動(dòng)力電纜處于同一電纜通道，采用光纖單獨(dú)分層敷設(shè)。

3 控制系統(tǒng)程序的邏輯結(jié)構(gòu)

ACESYS下位機(jī)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子SIMATIC程序管理器，編程軟件為STEP7 V8.0 SP1，編程語(yǔ)言為FBD和STL。F.L.Smidth自動(dòng)化在編程軟件PLC庫(kù)內(nèi)集成了水泥行業(yè)常用的控制模塊和功能，如高、低壓電機(jī)控制，料位、閥門(mén)和電流等儀表的控制和監(jiān)控，另外還有一些特殊的功能，如設(shè)備的成組控制（包括組啟動(dòng)、組停止）、雙向閥門(mén)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。

3.1 PLC程序的邏輯結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）

下位機(jī)編程將原料磨、回轉(zhuǎn)窯等主要的設(shè)備區(qū)域作為一個(gè)部分，部門(mén)區(qū)域內(nèi)根據(jù)工藝控制流程分成若干個(gè)主要的組，每個(gè)組控制若干個(gè)工藝設(shè)備，如入磨輸送組、物料循環(huán)組、窯主傳電機(jī)、輥磨液壓油站等。

3.2 連鎖方式

圖3 PLC程序邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖4 各操作模式下的連鎖關(guān)系

圖5 單向電機(jī)功能塊對(duì)應(yīng)的輸入/輸出管腳的說(shuō)明

各組功能塊以及電機(jī)、閥門(mén)等單元的程序控制塊，分為保護(hù)連鎖PR，安全連鎖SA，機(jī)械連鎖MACH，操作連鎖OP，啟動(dòng)連鎖STI等5種連鎖方式，在自動(dòng)操作、單機(jī)操作、就地操作和手動(dòng)操作模式下，相應(yīng)的連鎖起作用，各連鎖條件具備后會(huì)在操作員站畫(huà)面上顯示出顏色的變化。各操作模式下的連鎖關(guān)系見(jiàn)圖4。

3.3 電機(jī)功能塊

用作單向電機(jī)的手動(dòng)/自動(dòng)控制、單機(jī)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)鎖和時(shí)間設(shè)置）、普通電機(jī)（可設(shè)定電機(jī)電流顯示和連鎖，設(shè)定電流監(jiān)控值）。

在程序內(nèi)根據(jù)各個(gè)功能模塊的輸入/輸出管腳信號(hào)，連接相應(yīng)的輸入/輸出條件，如組啟、停，連鎖條件、備妥、反饋信號(hào)，就地啟停、速度監(jiān)測(cè)等，如圖5所示為單向電機(jī)功能塊對(duì)應(yīng)各管腳的說(shuō)明。

在PLC庫(kù)內(nèi)有組功能模塊、定位器、選擇、單向/雙向電機(jī)、氣動(dòng)/電動(dòng)閥門(mén)、PID控制模塊以及報(bào)警和模塊量處理模塊等22種不同的控制功能，可方便地用于不同的控制單元。

4 結(jié)語(yǔ)

為使運(yùn)行期間增加的設(shè)備、工藝連鎖條件和啟停順序適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況，我們對(duì)下位機(jī)PLC程序作了部分修改和優(yōu)化，避免了一些不必要的停機(jī)。整個(gè)控制系統(tǒng)自投產(chǎn)使用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，操作方便，監(jiān)控及報(bào)警信息直觀?！?/p>