水泥生产线的PLC分布控制

SIMATIC PCS7 是西门子的新一代控制系统。它以先前的SIMATIC产品为基础的系统所获得的经验集中起来并进一步发展而成的，模块化结构，可按系统进行配置，从单个的小型自动化解决方案到复杂的控制系统。
     本工程为日产1000吨熟料水泥生产线，设有中央控制室（CCR），其控制、监视、管理范围包括生料配料、原料粉磨、废气处理、生料入窑、预热器、回转窑、冷却机、熟料储存、媒粉制备、水泥配料及水泥粉磨等到主要生产流程。在中央控制室对生产工艺过程的现状和趋势进行监视、管理和操作，从而达到使生产工艺设备稳定、可靠运行的目的。根据生产流程分设1#、2#、3#、4#四个现场控制站，分别设置在原料磨电气室、窑尾电气室、窑头电气室和水泥磨电气室内。它们各自的控制和检测为：1#现场控制站：生料配料站、原料粉磨及废气处理。2#现场控制站：生料入窑、烧成窑尾及烧成窑中。3#现场控制站：烧成窑头、煤粉制备及输送。4#现场控制站：熟料配料、水泥粉磨及输送。 现场控制站具有闭环控制，电机顺序联锁控制，以及数据采集，数据处理，储存、报警等功能；拥有数字量的模拟量控制的全部功能，可有效地对生产过程进行控制，与电气马达控制中心（MCC）一起对生产流程的马达实施逻辑联锁、顺序控制、分组启动/停止，同时，通过数据高速通道与中央控制室操作站进行过程数据和信息传输，接受来自操作人员的各种控制命令，完成检测控制要求。另外，还具有在线/离线组态功能，自诊断等功能。分布式控制系统的现场控制站均可独立完成各自的控制任务。
     在本工程投标活动中，我们选择了SIEMENS公司的SIMATIC PCS7，根据标书要求及所提供数据：SIMATIC PCS7，SIEMENS公司的新集散控制系统（DCS），是全集成自动化（TIA）的核心部分，是使用单一、全集成化通用的系统解决自动化问题的革新产品。根据技术资料介绍，在新的自动化概念范围内，SIMATIC PCS7克服了系统间的许多障碍：计算机领域和DCS/PLC之间的障碍，控制和监视之间的障碍，集中式和分布式自动化结构之间的障碍，生产制造和工艺过程间的障碍。拥有真正灵活、集成化系统所的全部优点。目前PCS7系统在世界范围内已发售341套，在国内运行着12套。而本工程应用PCS7所有部件构成完整的工厂全面自动化在国内还属第一次。
分布式现场控制单元（AS）为S7400主站加ET200M分布式I/O。SIEMENS公司最新研制的高性能PLC具有下列特点：高速、坚固、通信能力强、使用方便、能满足用户要求，简而言之：性能高，操作简单。包括通信、处理速度、诊断以及完善的处理功能。 自动化系统从SIMATIC S7400系统中选择的中央处理器以模块化形式组合，如基于以下SIMATICCPU：S7414 - 2DP，S7416 - 2DP，S7417 - 4DP，系统组成：电源模块，CPU，通讯处理器。分布式I/O采用装有S7300模块的分布式ET200M站用于过程连接。分布式现场站ET200M，是用于高集中输入/输出设备的模块化I/O站，具有处理全部分布式自动化问题各种需要的能力。可通过S7300I/O模块扩展。用来替代S7400模块，大幅降低费用。ET200是PROFIBUS - DP的被动从站，最大传输速率为12Mbit/s。ET200M I/O站包括IM153接口模块，最多8个S7300可编程控制器模块，它们通过PROFIBUS DP现场总线与自动化系统相连接。对要求有高可靠性的本方案来说，要求在运行过程中能插、拔模块，则应用一种插入和取出I/O子系统，它允许带电插拔模块，而不必停止系统的运行。技术资料介绍："有源总线模块使运行时热更换模块成为可能。更换模块时不需要中断运行，老模块仍保持运行，新模块插入时能自动启动。"
采用ET200M I/O能构成彻底分散的自动化系统。Siemens公司的Profibus现场总线是当代应用相当广泛、发展很快的现场总线标准。与从前使用的对等连接相比，现场总线的优点如今已广为人知。PROFIBUS的迅速普及说明了现场总线已被人们所接受。ET200M I/O正是基于Profibus的分布式自动化系统。因此SIMATIC PCS7支持I/O向更为分散的方向发展。所有PCS7自动化系统都有集成在CPU上的一个PROFIBUS - DP接口。而且，智能I/O设备可以直接连接到PROFIBUS - DP上。与当今各现场总线技术相比，PROFIBUS还是有不足之处。PROFIBUS是主从结构，它的配置需要从主站下传至每一个从站，再等待全部从站发回备妥信号，在主站每次初始化中均占用大部分时间。而当主站正常运行时，任何一个从站的故障都会导致主站停机。这使得我们觉得实在是PROFIBUS的一大缺陷。 另外ET200M有一个突出的优点，那就是S7 - 300模拟量模块。一个模拟量模块可以覆盖所有测量范围。通过软件可以单独设置多达40个不同的测量范围，如需要每个通道的测量范围都可以不同。混合方式也可以。这些极大的增加了灵活性。在培训中、在现场调试中我们反复向用户方强调这一点，现在用户方已经从中得益，并且能够掌握配置方法。不仅如此，ET200M还降低了后勤和库存的费用，因为对于所有测量范围只需一种模块作库存备用。该工程项目中现场设备除了ET200M分布式I/O模块外，还包括SIPOS执行机构，SIMOVERT可变速驱动装置，SIMOCODE电动机接触器和控制模块等和来自其它制造商的各种与PROFIBUS兼容的现场设备，能连接到PROFIBUS - DP。
     过程控制系统SIMATIC PCS7使用SIMATIC NET工业通信网络。所有的SIMATIC NET产品都是为工业应用而专门开发的。SIMATIC NET提供三种总线选择：用于大型网络的工业以太网，用于小型网络的PROFIBUS - FMS和用于连接现场设备的PROFIBUS - DP。它们特别适宜网络部件会遭受严重的电磁干扰、液体侵入、大气侵蚀、高度污染或过重的机械负荷的地区。所有这些网络都已成功的用于世界各地。 从SIMATIC NET系列引出的系统总线用于工程和自动化系统与人 - 机接口之间的。在小规模应用中，例如：在小批量生产设备中，操作员面板和自动化系统可经过集成的MPI接口连接，PROFIBUS适用于有高性能要求的中型到大型工厂，而工业以太网则满足大型工厂的高性能要求。从而，SIMATIC PCS7能使生产工厂的所有地区（亦即实际的生产过程及上游和下游自动化级）用统一的通信系统相互连接。也可利用有冗余布置的光纤与光纤链路模块（OLM）的PROFIBUS和工业以太网各种型式。工业以太网是用于为大型工厂设计的要求高性能的SIMATIC PCS7的系统总线。把S7 - 400连接到已有的网络是非常容易的，只要简单地将SIMATIC NET通信处理器（CP）插入PLC，然后在STEP7软件中配置通信处理器的参数，这就完成了入网操作，CPU和CP之间的内部数据交换是由集成的已编程的通信功能模块来处理。我们在本次应用中选择了工业以太网为系统总线。
     SIMATIC PCS7的人 - 机接口是基于WinnCC4.02版。为WinnCC额外提供专门设计用于过程控制系统用户需要的控制系统选件，它与基本的WinnCC功能结合，形成一种完整的、功能强大、现代化的操作员站。在WinnCC系列内，支持OP47、SIMATIC、工业PC及编程设备。因而，从一个局部的现场操作员站（OP）起，经过有一个或二个监示器的单用户系统，直至有几个操作员终端（通过一条以太网终端总线连接）的多用户系统，可以实施模块化解决方案。 多用户系统由几个操作员终端组成，这几个操作员终端由通过终端总线提供数据。终端总线是独立于系统总线的标准以太网总线。终端总线完全独立于系统总线而存在，只用于从OS服务器向过程终端，工程系统和主计算机提供数据。系统总线和终端总线完全分离，OS服务器只需通过自动化系统提供一次数据，或者，如果有多个操作员通讯通道的话，则通过过程终端提供。多用户系统的优点是：过程终端能够以极大的灵活性安装与排列。安装费用相当低廉。OS服务器的操作系统是NT4.0 SERVER or WORKSTATION，运行TCP/IP协议。操作员站的操作系统是WIN95 or NT4.0。SERVER/CLIENT的设置相当简单。在服务器上建立一个项目，并将它设置为SERVER，将工作站设置为CLIENT，配置SERVER和各个CLIENT的启动参数，并且将服务器首先启动，然后各个CLIENT就可从SERVER数据库中读取数据启动并同时运行。
     配置有相同功能的并行服务器需要进行档案比较，在操作员站起动后就需要WinnCC/冗余选件。此选件内置，只需安装授权。这一选件的先决条件是通过以太网总线将两个服务器站连接起来，在一次故障之后，OS终端将自动切换，延时1 - 2分钟。故障服务器启动后需手动切换OS终端，在故障后重新起动操作员站时所有测量值档案和报警档案将被自动比较并更新。对于两台服务器的冗余，首先在另一台服务器SERVER2中建立另一个项目，将它设置为多用户系统，在计算机这一项中，将工作站设置为CLIENT。当SERVER1上的项目配置好后，使用SIEMENS/WINCC/PROJECTDUPLICATOR将这个项目复制到SERVER2上的那个项目，在各个工作站上用SIEMENS/WINCC/PROJECTSWITCHER设置，当SERVER1故障时将项目自动转向SERVER2上的项目中。两台服务器的冗余被设置完成。
     两台操作员服务器互为冗余热设备，均能独立监控整个生产过程，另两台操作员站作为人 - 机接口，具有以下功能：工艺设备运行状态监视；工艺流程动态参数显示，有关参数趋势显示，历史数据显示，记录。过程参数的打印：事故报告打印，班报、日报、月报打印。报警优先权设定，当前画面显示任何报警提示，并有中央报警确认功能。在操作组内有启动、停车、再启动和选择等软手操功能，通过键盘或鼠标操作对马达进行组启动/停止，也可启/停单台马达以及事故紧急停车等功能。在SIMATIC PCS7中，ES工程师系统为过程控制系统的所有部件提供系统和全厂范围的编程：人 - 机接口；自动化系统；以及分布式I/O。工程师站具有操作员站的全部功能，编程、组态、调试和修改等由工程师站完成。工程师站配备丰富的相关软件，可完成在线/离线组态或修改等，组态、编程方便；并完成工艺生产过程的各种参数的采集、处理，过程回路控制，马达顺序逻辑控制等；系统具备丰富的功能模块，可以完成复杂计算和特殊控制功能；而且具有自诊断功能和在线/离线组态功能。包含有现成的经全面测试的功能块和功能强大的编辑及复制功能的标准化程序库，能经济地复用自动化方案。通过网络设备，控制系统能与全厂信息管理网联网。