【摘 要】：為了穩(wěn)定水泥生產(chǎn)過程質(zhì)量,、提高生產(chǎn)效率，運(yùn)用西門子CEMAT軟件對某2500t/d新型干法水泥廠的自動控制系統(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,。

　　四川廣安市的利萬布森水泥廠為2500t/d新型干法水泥廠，其基礎(chǔ)自動化控制系統(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)采用了西門子PCS7系統(tǒng),，并應(yīng)用了西門子水泥行業(yè)專用軟件CEMAT軟件,。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　西門子PCS7過程控制系統(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軟件包是西門子公司專門為水泥行業(yè)開發(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)專門用于水泥工廠過程控制優(yōu)化的功能塊,，具有簡潔的顯示方式，不需附加另外的專家系統(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,；針對水泥行業(yè)的特殊指令。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　本自動控制系統(tǒng)采用控制網(wǎng),、監(jiān)控網(wǎng),、現(xiàn)場總線三級控制網(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)見下圖,。

2.1控制網(wǎng)
　　控制網(wǎng)采用工業(yè)級交換機(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臺交換機(jī),，設(shè)備包括：1臺工程師站（配A3噴墨打印機(jī)1臺）,；2臺互為冗余的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；2臺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)庫服務(wù)。兩臺服務(wù)器互為冗余配置了兩個(gè)網(wǎng)卡：西門子的專用通訊網(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)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測,、數(shù)據(jù)采集及處理、自動閉環(huán)回路控制,、電氣設(shè)備開關(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臺操作員站（HMI）采用2臺交換機(jī)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng),。其中中控室4臺操作員站,，包裝車間操作室1臺操作員站。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、動態(tài)測量數(shù)據(jù),、報(bào)警,、事件記錄、歷史趨勢觀察等功能,。對于所有控制對象提供面板，使用戶可以操作和診斷回路,?？梢燥@示所操作的測量位置的所有信息，也可防止意外操作,。

2.3現(xiàn)場總線
　　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)功能簡介
　　PCS7系統(tǒng)軟件采用SIMATIC程序管理器,，可對項(xiàng)目進(jìn)行管理,、處理、歸檔和建立文件,。對于一個(gè)項(xiàng)目管理,，可有工廠視圖、組件視圖,、過程對象視圖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程,，它將整個(gè)工廠按工藝過程的要求，分為各個(gè)子系統(tǒng),，然后將各子系統(tǒng)映射到控制器上,；過程對象視圖用于對所有控制對象的參數(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,，無論采用何種組態(tài)工具，生成的組態(tài)數(shù)據(jù)都自動存到一個(gè)同一的數(shù)據(jù)庫中,。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)化的控制語言）和WinCC（SIMATIC視窗控制中心）等,。
　　CFC是一種簡潔的圖形組態(tài)工具，主要用于連續(xù)過程的自動化控制任務(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)的頁面上進(jìn)行,，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動標(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)自動化控制除了常規(guī)的電機(jī)控制,、儀表信號監(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,、組暫停、組停止）,，兩路閥的控制等,，不同方式對同一控制設(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。對于每個(gè)功能塊均可使用在線查找?guī)椭?。以下介紹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；可方便的實(shí)現(xiàn)組啟動,、組單步（本組設(shè)備單機(jī)啟動）,、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),，編程簡單，動作可靠,。
　　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,、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/倒庫選擇,、熟料入庫選擇等,。
　　4）單向電機(jī)（Unidirectional Drive）功能塊應(yīng)用：用于單向電機(jī)的手/自動控制，有外部速度信號及電流信號監(jiān)控,，適用多種電機(jī)設(shè)備的控制,，如皮帶電機(jī)（有速度開關(guān)信號監(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）測量（Measuring Value）功能塊的應(yīng)用：模擬量信號監(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
　　本系統(tǒng)由于采用西門子CEMAT軟件，節(jié)約了開發(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)的開發(fā)進(jìn)度,。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，西門子的CEMAT軟件運(yùn)行穩(wěn)定,，控制可靠,，具有推廣運(yùn)用的價(jià)值。