摘要:
0 引言
隨著計算機技術的不斷發展，面向對象的程序設計方法使監控平臺的軟件設計更加簡單，從而使人機界面更加友好，操作更為方便；工業以太網的使用使集散控制系統既可與全廠管理信息系統(MIS)聯網，又可同時下掛不同品牌的PLC設備，降低了用戶對某一種PLC的依賴，充分顯示了系統良好的開放性和兼容性；現場總線及遠程I/O的出現更使計算機有了更大的用武之地。
我公司充分利用上述技術，針對600t/d～1500t/d中小型干法水泥廠生產過程控制特點，開發了Supercem1000型集散控制系統，并成功應用于浙江諸暨八方水泥有限責任公司#2生產線?(600t/d)?窯系統及煤磨系統的生產過程控制，其控制范圍從均化庫底到熟料庫頂以及煤磨系統和廢氣處理系統。本文就該線的控制系統作一介紹。
1 硬件結構
圖1 諸暨八方水泥600t/d生產線Supercem1000型DCS結構總覽
系統以2臺586/166MHz工控機為監控操作平臺(內存32M，硬盤1G，標準鍵盤和鼠標，20″彩色監示器)；以德國西門子公司最新產品S7 400 PCL為窯頭、窯尾兩個現場站，進行數據采集，采用西門子公司波特率為10M的高速以太網——H?1網絡實現數據通訊，完成現場站與監控系統之間的數據交換，并配有1臺圖形打印機，1臺報表打印機，2臺3000W不間斷電源，見圖1。
窯頭現場站負責窯尾預熱器、窯中、窯頭、單筒冷卻機、熟料輸送以及煤磨的數據采集和控制；窯尾現場站負責生料卸料、生料入窯、窯尾吹掃以及廢氣處理的數據采集和控制。2臺中央操作站互為備用，其中1臺為工程師站，以便實現系統的進一步開發。該系統的兩個現場站與操作站為互聯網，參數的修改及系統時鐘的改變均為同步進行。這樣兩臺操作站的歷史趨勢、報表以及報警等相關數據就可以保持一致。S7 400是為中高檔性能范圍的自動化任務設計的功能強大的PLC。在程序執行方面，它有極短的指令執行時間，全密封的模板可適應惡劣、不穩定的工業環境。I/O模板可進行帶電插拔更換。
2 軟件配置與功能
中央操作站是Win95環境下用西門子人機接口(MMI)軟件COROS LS-B開發的實時多任務監控軟件。操作員在中央控制室可對窯系統等主要工藝過程實施實時監控。該系統包含了國外公司通用型DCS所具有的全部功能：生產工藝流程圖，過程實時動態畫面，實時動態參數顯示及棒狀圖，設備起停順序控制、聯鎖聯動及狀態顯示，PID參數整定和控制目標值修改、自動跟蹤、無擾切換，工藝參數變化動態趨勢圖，動態畫面彩色圖形拷貝及打印，生產報表(班報、日報)打印，報警及事故記錄打印。
此外，該系統還增加了我公司專門開發的適用于國內廠家的新專利功能：全漢化菜單提示操作；多媒體語音報警，事故處理操作指導；技術人員對組態、配置、信號、報警等高級別的設置功能。這三個新功能為技術力量較弱-的中小型水泥廠使用計算機技術提供了極大的方便。操作員在掌握了鼠標的簡單使用方法后即可進-行正常操作，這主要是Windows風格及本系統設計的界面易于被接受。比如閥門的開度，不僅有模擬量的顯示，而且在全開、全關、一般情況下顯示圖形都不同；計算機顯示屏中，設備的顏色也根據設備運行情況而變化，如表1所示。
本系統現場站的程序是在Windows95環境下用西門子Step7編程軟件包開發的，實現所有工程項目數據共享，對于自動化的各個方面都具備用戶友好的功能：模塊配置、網絡組態、信號參數定義、模擬量的處理、設備起停控制、報警識別、PID調節、報表數據的保存及清零等功能。它符合IEC1131-3國際標準，使用者很容易掌握，它包括SIMATIC管理器、符號編輯器等功能軟件包。Step7提供兩種標準化編程語言：語句表(STL)、梯形圖(LAD)。本系統主要采用梯形圖編程，這樣程序可讀性強，便于廠方技術人員盡快掌握。
表1〓色彩與信號狀態之間的對應關系
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色 彩 |
模 擬 量 |
設備狀況 |
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綠色 藍色 黃色 紅色 紅色并閃爍 淺蘭色(用于事件記錄中) 玫瑰色(用于事件記錄中) 黑色(用于事件記錄中) |
正常范圍內 超限報警，已被確認 產生報警，未確認 報警已確認并消除 報警未被確認但已消除 |
正常運行中 備妥 報警，已被確認 產生報警，未確認 報警已確認并消除 開停時間記錄 |
以設備起停控制為例，一組設備的步序啟動首先應考慮本組設備是否都已備妥、各設備之間的延時時間；其次應弄清本組中哪些設備是聯鎖的，及有些設備的起停條件(如閥門的開啟程度、壓力大小等)當本設備的啟動脈沖發出時，程序在檢查砍認無報警、已備妥、聯鎖的上級設備已正常啟動及相關條件成立的情況下，程序才發出信號啟動該設備；當上級設備突然停止運行時，程序會自動停止相應聯鎖設備的運行。如果發出啟動命令而沒有返回信號，說明設備啟動有故障，程序立即停發啟動命令，并向上位機發出報警信號；沒有發出啟動信號卻收到了返回信號時處理方法同前。此外程序還實現了解鎖功能，以方便設備的單機調試，或在特殊情況下解開設備之間的聯鎖，單獨啟動某臺設備。在程序中，緊急停車和現場開停具有更高的優先級別，以保證人生及設備的安全，當然這需要現場設備的信號能準確地反應設備的真實狀態。
3 投運效果
本系統已于1997年7月1日在八方水泥有限責任公司正式投入使用，在廠方的積極配合下，設備運轉良好，達到了預期效果。
(1)從操作效果看，系統操作簡單方便，且直觀。由于系統有報表功能，操作員筆頭工作減少了；在處理報警方面，也比以前迅速；交接班時，接班工作人員直接觀察上一班的歷史趨勢即可。
(2)從控制效果看，喂煤、喂料等的控制效果明顯提高。PID投入使用前，喂料量和喂煤量靠手動調節螺旋輸送機來控制，很不穩定；PID投入使用后，喂料量和喂煤量由計算機直接控制，它能正確反映設備的起停狀態、運行情況等。圖2、圖3為PID投入使用前后喂料量和喂煤量的穩定性。實踐證明，全面而完整的歷史趨勢對事故追憶、實時監控、現場調試等方面起到了很大作用。
圖2 PID投入使用前喂料量、喂煤量趨勢圖
圖3 PID投入使用后喂料量、喂煤量趨勢圖
4 投資效益比較
采用Supercem 100型集散系統的投資費用較低。第一，系統只需一個控制室，節省了各車間原來控制室的占地及土建費用；第二，現場信號接到最近的現場站即可；節省了現場到各車間控制室的電線電纜，也節省了各車間的值班人員、儀表維修人員及相應的各種費用；第三，可靠性極高，從而大大提高了設備的運轉率，降低了消耗，提高了帶動生產率。八方水泥有限公司600t/d生產線采用本系統的投資與采用DDZ單元模擬儀表的投資相比僅增加20%左右，而與采用智能式數字儀表相比基本持平，或還要便宜一些。由此可見，投資效益是顯著的。
5 結束語
Supercem 1000型集散控制系統具有控制技術先進、性能可靠、功能齊全等優點，從諸暨八方水泥有限公司的運行效果看，本系統經濟實用、價格低廉、操作方便，做到花儀表的錢，上計算機的檔次。此系統在600t/d到1500t/d中小型水泥廠中推廣具有很高的技術經濟價值。