过程自动化控制系统

过程自动化控制系统

PCS7在华新水泥生产过程控制系统中的应用[日期：2009-12-14]

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一、工程概述：

水泥生产过程控制系统在功能分配上同时又是分级式层次

结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级。

基础自动化级，主要进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备过程信息进行检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自动调节、超限报警。

过程控制级，主要完成生产过程优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机及其它计算机之间的数据通信。

在华新水泥，过程自动化控制系统采用4级网络系统：·以太网――批量控制服务器和操作站的数据传输

·工业以太网――系统总线，操作站和控制器间的数据传输

·PROFIBUS-DP――系统I/O总线，控制器与I/O站

间的数据传输

·PROFIBUS-PA――系统与PA智能仪表的数据传输

华新水泥生产过程自动化控制系统依照水泥生产工艺流程，按如下子系统控制站分布（以下WINCC画面截屏，以华新水泥（阳新）公司一期6000T/D熟料生产线为例）：

1．石灰石破碎控制站：石灰石破碎及输送；

2．原料磨控制站：原料进厂均化及输送、原料配料、原料粉磨、电收尘、生料入库、水泵房；

3．窑尾控制站：废气处理（高温风机、增湿塔）、生料均化、生料入窑、窑尾塔架（预热器、分解炉）、烧成窑中、空压机站；

4．窑头控制站：熟料冷却（篦冷机）、熟料入库、原煤输送、煤磨、煤粉秤；

5．水泥磨控制站：熟料配料、水泥粉磨、水泥入库、；

6．包装控制站：水泥输送、水泥包装、散装输送、袋装输送、外运码头；

上位机采用WINCC进行组态。人机界面主要设计有以下内容:

(1) 系统工艺流程显示:依据设备系统工艺流程图，按照功能组区域划分;

(2) 调节系统、调节画面:回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示;

(3) 重要参数趋势显示:有实时趋势与历史趋势两种显示;

(4) 全局报警显示:系统按照功能区分为若干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按优先级、报

警组过滤查看，并具有全局报警确认。

通常情况下，石灰石破碎控制站使用一个西门子SIMATIC S7-300站（315-2 DP）进行控制，其余各个控制站使用一个西门子SIMATIC S7-400站（416-2 DP）进行控制。依照现场设备及工艺布局的具体情况，可以将窑尾控制站和窑头控制站合并为一个控制站；将水泥磨控制站和包装控制站合并为一个控制站。

以上每个子系统均通过西门子不同的通讯模块连接在同一

个工业以太网上。在窑线主要生产控制部分，采用工程师站及服务器/客户机结构，运用若干数量的人机界面（操作员站）完成对生料、熟料、水泥生产过程自动化控制系统的监视和控制。并且，管理人员能够使用IE浏览器，利用WINCC中的Web Navigator，通过网关，对生产线的监视和控制进行实时浏览。

二、系统要求

1．控制系统设计的总体目标

提高水泥生产的自动化水平；

实现实现水泥生产系统的高品质运行，提高运行经济性；

提高运行人员工作效率，满足整个系统运行全能值班要求；

提高效益，降低能耗。

2．系统设计及应用时的设计思想

1) 功能设计：体现DCS建成后的自动化程度、处理事故能力（报警、分析、指导、处理等）及先进的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗为设计思想。

具体如下：

对象控制

按工艺流程的自动化过程由DCS系统协调完成，达到平衡。

保障系统安全、可靠、高效运行和启停。

提高水泥生产系统运行的技术经济效益

实现高自动化投入率，提高可靠性，减少误操作，降低事故率。

完善的操作指导和事故分析手段

系统运行工况可由很多监测参数反映出来，当运行工况出现异常时，提供相关参数、趋势、图表等高效方式通知运行人员及时处理。

操作记录打印、报警打印、事故追忆打印、周期性报表等功能，有助于系统日常管理和事故分析。

高效、便捷的系统在线维护。

2) 系统设计：体现DCS的高可靠性、先进性、易维护、易组态等为设计思想。具体如下：

可靠性设计：

所有部件标准化、通用化、模块化。

控制系统按分层、分散、自治的原则。

所有I/O模件均为智能化设计，采用隔离措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。

维护性设计：

可带电插拔。

系统自诊断至通道级。

选用模块化的功能组态软件，提高软件透明度。

扩展性设计：

采用工业以太网网络结构，通讯速率100MBPS，主干网采用冗余环网，个子站通过双绞电缆挂接在主干网络上，有极强的通讯扩展能力。

提供与其它系统的通讯接口，如工业以太网、PROFIBUS DP或MODBUS。

开放性设计：

支持国际标准数据接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、

SQL等。

标准MIS数据接口站，与厂级MIS互联。

三、PCS7系统的主要特点

华新水泥为什么选择SIEMENS PCS7?

●水泥生产各个车间和工段互不干扰，但它必须实现相互之间的通讯，完成交换数据，从而保证连锁要求；

●系统有大量的离散输入/输出数据，以及少量的模拟输入/输出；

●部分离散输入/输出需要高扫描速度；

●部分重要过程传感器需要系统能够实现优化处理，也可以实现人工设置；

●工艺相对简洁，设备数量多；

●系统方便地与随机控制设备（PLC）的连接、通讯；

●控制系统必须有很好的兼容性；

●控制系统可靠性高，有自诊断和冗余功能

●TIA的理念和强大的系统软件功能

PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，结合了传统DCS和PLC控制系统的优点，将两者的功能有机的结合在一起。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台；所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同样