【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)進行了全新設計。系統(tǒng)運行結果表明，CEMAT軟件運行穩(wěn)定、抗干擾能力強、操作維護方便，極大地降低了操作人員的勞動強度，為水泥廠的正常生產(chǎn)提供了可靠的保證，具有推廣運用的價值。

　　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?？刂葡到y(tǒng)采用了西門子PCS7系統(tǒng)，并應用了西門子水泥行業(yè)專用軟件CEMAT軟件。

1 系統(tǒng)結構
　　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、成本低和維護管理智能化等特點。
　　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)。是一個集成化的標準軟件，具有多個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，是具有獨特的、開放式的接口及經(jīng)濟的解決方案。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：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；減少故障時間；針對水泥行業(yè)的特殊指令。

2 控制系統(tǒng)構成
　　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)絡構成系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡結構見下圖。

2.1控制網(wǎng)
　　控制網(wǎng)采用工業(yè)級交換機由光纖構成冗余環(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，設備包括：1臺工程師站（配A3噴墨打印機1臺）；2臺互為冗余的數(shù)據(jù)庫服務器；2臺A3激光網(wǎng)絡打印機；5個控制站。
其中冗余服務器用于歷史數(shù)據(jù)記錄、性能計算、報表、SOE、事故追憶，可向操作員站、上位計算機提供數(shù)據(jù)庫服務。兩臺服務器互為冗余配置了兩個網(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槽機架，可實現(xiàn)現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集及處理、自動閉環(huán)回路控制、電氣設備開關控制等系統(tǒng)控制功能。 圖1 DCS控制系統(tǒng)配置圖
2.2監(jiān)控網(wǎng)
　　冗余服務器、5臺操作員站（HMI）采用2臺交換機構成監(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/服務器（C/S）模式。HMI可實現(xiàn)設備成組及單機操作、動態(tài)測量數(shù)據(jù)、報警、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遠程I/O構成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡，采用Profibus-DP通訊協(xié)議，通信速率設置：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，可對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。對于一個項目管理，可有工廠視圖、組件視圖、過程對象視圖3個不同的視圖，同時進行管理。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，它將整個工廠按工藝過程的要求，分為各個子系統(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（結構化的控制語言）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)以功能塊為基礎的，系統(tǒng)配置了很多預編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現(xiàn)。每個功能塊都有一個參數(shù)表，可根據(jù)實際工藝要求選擇不同的參數(shù)。每個CFC由多個分區(qū)構成（可以任意插入，由字母A-Z任意排列），每個分區(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)的頁面上進行，連接標記由系統(tǒng)自動標出。因此，采用CFC可以完成很復雜的大型控制任務。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)時可以多次在其它CFC圖中插入樣板CFC圖，直接對樣板圖進行連接，這樣可以節(jié)省大量的組態(tài)時間。
　　水泥行業(yè)的基礎自動化控制除了常規(guī)的電機控制、儀表信號監(jiān)控外，還具有一些的特殊要求。如設備的成組控制（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備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個水泥工程的專用功能塊，司方便的實現(xiàn)各種功能的控制。用戶可根據(jù)控制要求連接相應的管腳實現(xiàn)控制。對于每個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用：
　　1）組（GROUP）功能塊的應用：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；可方便的實現(xiàn)組啟動、組單步（本組設備單機啟動）、組暫停、組停止以及組間啟停聯(lián)鎖。在實現(xiàn)輸送系統(tǒng)或磨機順序控制時，編程簡單，動作可靠。
　　2）DAMPER功能塊的應用：可用于切斷閥、調(diào)節(jié)閥、雙向電機的控制，有模擬量和數(shù)字量控制輸出。常用于風機入口閥門、兩路閥等的控制。
　　3）ROUTE功能塊的應用：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（Unidirectional Drive）功能塊應用：用于單向電機的手/自動控制，有外部速度信號及電流信號監(jiān)控，適用多種電機設備的控制，如皮帶電機（有速度開關信號監(jiān)控聯(lián)鎖）、破碎電機（可設定電機電流監(jiān)控聯(lián)鎖）。
　　5）測量（Measuring Value）功能塊的應用：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）功能塊的應用舉例：在以下一個原料入配料倉組的程序中，應用了組（GROUP）、路徑選擇（ROUTE）、三通閥（DAMPER），單相電機（收塵風機、皮帶輸送機）功能塊。整個程序結構清晰，調(diào)試方便。
3 結束語
　　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)編程時間，從而保證了整個系統(tǒng)的開發(fā)進度。系統(tǒng)運行結果表明，西門子的CEMAT軟件運行穩(wěn)定，控制可靠，具有推廣運用的價值。