大佬斗和尚 电影:5000 t／d生产线DCS控制系统的设计、调试及维护

5000 t／d生产线DCS控制系统的设计、调试及维护
2009-5-27　作者: 唐全胜，广东英德南华水泥有限公司,广东英德513049   0  前言     广东惠州光大水泥企业有限公司(以下简称“我公司”)是一个新兴的水泥企业，公司于2005年底立项兴建4条5000 t／d的新型干法水泥生产线，且4条生产线都配套考虑了余热发电功能。其中第一条生产线已于2006年8月27日建成投产，第二条生产线于2007年12月3日建成投产，第三、第四条生产线已实现了三通一平工作。笔者参与了两条生产线的项目筹建、设备选型和订货以及两条生产线的安装调试与试生产工作，现将两条生产线自动化控制系统的设计、调试和维护作一介绍，以供参考。 1 系统简介 在采用节能高效的新型干法生产的现代化的水泥生产企业中，工艺操作人员只需观察中央控制室计算机CRT上的各类过程数据和设备运行信号，轻触键盘，即可对全厂的生产过程进行监视和控制。因此．选择一套满足要求的高性价比、操作简便的计算机集散控制系统(DCS系统)，对整个生产线的正常、安全、稳定运行起着至关重要的作用。 在我公司一线、二线的控制系统中，我们选用了德国西门子公司的PCS7过程控制系统。PCS7是集DCS、总线I／O以及PLC为一体的新型全集成控制系统，具有分散控制、集中管理、安装方便、成本低和维护管理智能化、性价比高等特点；其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快。PCS可将控制联锁、数据采集、设备管理等功能集为一体。这是当今控制系统的发展方向。 从数字控制系统的发展历程可以看出，DCS和PLC一直在不同的应用领域和控制对象上存在一定的差别。其中DCS一直主要应用在仪表模拟信号为主的热工参数的控制领域，如高炉本体、水泥窑体等的监控等；而PLC主要应用在以电气数字量信号为主的设备参数控制领域，如轧机、热风炉、高炉上料系统的控制等。由于控制对象的差别，DCS和PLC的性能也存在一定的差别。一般说来，DCS控制器的控制程序，其扫描速度较低(100 ms级)，通常其控制器和监控系统是作为一个整体，内置在系统中的；而PLC一般都有较快的控制程序扫描速度(10 ms级)，但是其控制器与监控系统的连接需要用户编程人员来编程或者组态。同时DCS和PLC的编程方式也存在着一定的差别，一般DCS以主要面向模拟量的连线组态(CFC功能块)为主，而PLC则一般以语句表和梯形图为主。     由于上述原因，在既有模拟量控制又有逻辑控制的大型工程项目中，往往采用DCS加PLC的解决方案，即仪表控制部分采用DCS，电气控制部分采用PLC，并用一定的通讯网络将两者连接起来，有时甚至在两者之间采用串行的通讯方法。 DCS加PLC方案带来的问题是显而易见的：系统被人为的割裂为不同的子系统，因而子系统之间的通讯成为了瓶颈；系统的完整信息被破坏，由于编程语言、编程方式、组态信息等各不相同，因而对整个系统的调试、维护、管理、备件的安排等都会带来一定的困难。正是基于上述原因，西门子公司在自己的DCS和PLC产品的经验基础上推出了新一代集DCS和PLC功能、优点于一身的过程控制系统PCS7。PCS7的主要特点介绍如下： （1）彻底打破了DCS和PLC的界限。由于DCS采用的控制器在硬件上和S7-400系列的高档控制器是相同的。这样就可以使得DCS的控制器和S7-400 PLC在硬件上是彻底兼容的，从而彻底解决了硬件平台不一样的问题。该系统的上位机软件采用了德国西门子公司最新的工控组态软件WINCC-V6.1；下位控制站采用了AS416-3和最新分布式模块ET200M系列自动化产品；现场连接采用工业以太网(Enthernet)和4～20mA信号工业标准。系统拓扑结构如图l所示。 图1   DCS系统拓扑结构   由于DCS采用了SIEMENS统一的网络结构，DCS的控制器、监控站和工程师站都可以直接和PLC通过网络(工业以太网)相连。 (2)在硬件统一的基础上，PCS7更进一步实现了软件的统一。PCS7的主要组态工具为CFC(用于模拟控制的组态)和SFC(用于逻辑控制的组态)，同时保留了语句表和梯形图的编程方式。各种不同编程方式所组态的用户程序，可通过编译生成统一的程序块，经过有关OB块的调用后即可执行。由于实现了软件的统一，因此在DCS的工程师站上可以对系统的控制器、监控站进行编程和组态，也可以对整个项目中所有的PLC进行编程和组态；同时，可以将整个项目有关的组态信息如I／O点、I／O范围(如量程范围、信号制式等)、联网设备的地址、现场设备的设置参数等都统一地存储在一个项目唯一的组态文件中。并且这些组态信息可以下载到DCS和PLC的控制器中。 WINCC即Windows-Control-Center(视窗控制中心)是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术，是一个强大的全面开放的监控系统，主要特点是：①系统带有标准用户界面(概貌区、画面区、按钮区、趋势报警行、面板)，具有分层结构和简单导航，方便用户操作。②具有丰富的标准面板，用以控制各种设备(如电机、阀门)和实现各种控制方式(如PID控制、步进控制等)。③报警管理具有屏幕层次及组显示和回路显示功能。可以通过一次鼠标点击，直接从概貌区跳到报警画面或从报警画面直接跳到概貌区。④强大趋势显示功能，每一趋势显示多达十个标签。 (3)图1所示系统网络上的各现场控制站之间没有主从之分，相互之间均能对等传输数据，任何一个控制站发生故障均不会影响到其它控制站的正常运行，并能扩充到最大站。连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障，不会导致通讯系统瘫痪或影响其它联网系统和设备的工作；通讯总线的故障不会引起机组跳闸或造成分散控制单元不能正常工作。 2  WINCC的界面介绍 该系统采用了全汉字的中文界面，画面直观简洁，操作简单，切换方便，可靠性高。 2．1  画面布置     画面分为4个部分即标题、主画面、菜单、辅助功能。主画面：显示所调出工艺段的流程图及该工艺段的所有电控设备及主要测控参数。标题位于主画面上方，显示系统工艺段和某些主要功能的标题。用鼠标左键单击要查看的标题，主画面会切换到对应的工艺段画面上。如果该工艺段有设备报警，则在对应的标题上会有闪烁。菜单提供所有辅助功能的选择，点击“菜单”按钮出现菜单分项。辅助功能提供常用功能的快速选择，选择某项功能时，可点击相应的按钮。 2．2  操作功能     中央控制室的操作都是通过鼠标的左键来实现的。所有的按钮、设备的选择、标题的选择都是通过单击鼠标左键来选择操作；鼠标右键只是用来作为附加的功能使用。 2．3  操作设备 将光标移到将要控制的设备上，光标会变成绿色闪电状。点击左键会出现操作窗口。设备启停窗口：点击相应设备，会弹出设备启停画面，按“启动”键发出相应开机命令；同时画面会显示设备的启动条件、联锁条件、运行条件是否满足。一般情况下，设备启动都需要现场设备准备好即备妥，否则系统将禁止启动命令发出。如果设备启停命令没有响应，报警灯就会亮。值得注意的是：在启动画面打开的情况下，点击另一设备，可以切换到另一个要控制的设备，所以应特别注意打开的设备代号，是否是要控制的设备启停窗口，否则会出现设备和人身安全事故。 2．4  模拟量调节 对模拟量(如阀门开度，电机转速等)的设定和控制，有在操作站直接输入设定值，按“确认”键将设定值从中央控制室发出。有些设备是由计算机自动控制的，可以通过自动调节窗口下发设定值，还可以通过切换按钮切换手动和自动状态。值得注意的是手动和自动的设置量是不同的，如皮带秤转速的设置，手动是设定电机转速，自动则是设定物料流量。 2．5  设备属性 对于一些大型设备，如高压电机、堆取料机、立磨、辊压机等，由于信号较多，因此在主画面上无法全部显示，所以设有专门的属性画面，能够提供更详细的信息(如备妥、启动、联锁、运行条件等)。在大型设备的图标上，右击鼠标就可调出属性窗口。 3  自动控制系统的主要控制方案 3．1通用设备的控制方案 3．1．1普通电动设备的控制方案     当设备的备妥信号为1时，控制系统允许中央控制室操作员从操作画面上启动相应的设备；否则，系统将弹出相应的提示信息，禁止操作员从操作画面上启动相应的设备。当设备运行信号为l时，系统认为该设备已经启动。将在控制画面上作出相应的反映(如设备颜色由黄色变为绿色)。     如果设备的启停与其它设备的启停有连锁关系，则当运行信号的上升沿到达时，系统将按照连锁关系启动其上游设备；当运行信号的下降沿到达时，系统将按照连锁关系关闭其下游设备。 3．1．2 电动阀门的控制方案     对于模拟量电动阀门，当控制程序收到改变阀门开度的命令时，控制程序将比较实际值和设定值，如果实际值大于设定值，则控制程序将发出反转信号，阀门关小；如果实际值小于设定值，则控制程序将发出正转信号，阀门开大；当阀门开度达到设定值时，控制程序将正转或反转信号置零。对于开关量电动执行器，当上限或下限信号的上升沿到达时，控制程序则会将正转或反转信号置零。 3．2  有特殊要求的设备控制方案 (1)库满自动停机控制。当物料入库输送设备运行时，如果料位高度超过上限值，则系统自动按停机顺序关闭物料输送设备。 (2)单调速皮带秤的自动稳流控制。现场配料站的单调速皮带秤检测每台秤体的重量和速度信号，计算出实时流量值后与控制系统对各秤体的流量设定值相比较，通过PID控制调整每台秤体的转速，使得每台秤体的实时流量与设定流量相一致。 (3)双调速皮带秤的自动稳流控制。配料站双调速皮带秤的自动稳流控制，是指预给料输送设备和调速皮带秤实现双调速功能，称重传感器仍安装在调速皮带秤上。但调速皮带秤控制器上的流量输出信号又作为预给料设备的控制给定信号，进一步调节预给料设备的自动控制功能，从而达到自动稳流的目的。 (4)磨机起停控制回路。①稀油站低压泵控制：磨机启动前，系统启动低压油泵并监测低压供油压力；当压力低于0．2 MPa时，系统启动备用低压泵；当压力高于0.3MPa时，系统关闭备用泵；当压力超过0．4 MPa时，系统发出报警。②稀油站高压泵控制：磨机启动前，系统开启高压泵，正常运行10min后，系统启动磨机，15min后系统关闭高压泵；磨机停机前，系统开启高压泵，正常运行l0min后，系统关闭磨机，15min后关闭高压泵。③稀油站油温控制：磨机启动前，系统检测油温是否高于l0℃，否则不予启动并开启电加热器；磨机启动后，系统监测油温，当温度低于20℃时，系统启动电加热器；当温度高于30℃时，系统停止电加热器；当温度高于65℃时，系统发出报警。 4  系统调试和维护     我公司2×5000t／d生产线分别于2006年7月和2007年11月进行DCS系统的网络开通和控制回路的打点、调试工作。现将调试和生产维护中的经验归结如下。 4．1  PLC系统的网络维护     (1)如果中央控制室操作站上显示的全部数据和画面变暗变虚，则表明上位机与现场控制站的网络通讯已中断，也就是常说的掉线(自动诊断)。此时应检查对应现场控制站PLC的电源是否运行正常；PLC站上的CPU和CP443-1通讯模块是否都处于正常工作状态，有无故障灯亮，TRANSCIEVER的发送和接收灯是否在闪烁等。     (2)出现网络中断时，重新启动计算机或重新启动现场控制站的CPU往往能够将掉线现象消除。如果依然无法联接上，同时§4．1(1)中的各种现象都正常，应检查网络线路是否断，光纤盒的跳线接口是否有松动现象，光纤盒跳线中的发送和接收是否搞反。若检测线路无故障，则可以尝试更换Transciever或更换微机中的3C509网卡，往往能消除掉线现象。     (3)另外一种情况，不排除现场控制站各有源总线模块IMl53-2上的通讯地址拨码被人为改动，检查现场控制站各有源总线模块上的通讯地址是否按递进顺序进行排列。 4．2  WINCC系统的维护 (1)正常操作情况下，不要随意退出WinccRuntime运行系统，不要进入与现场控制无关的NT界面，更不要运行任何其他与控制无关的程序。否则会造成计算机死机，严重的会造成整个系统瘫痪。 (2)查看趋势图时，尽可能轮流逐个查看，最好不要长时间将所有趋势图都打开，否则会造成系统响应速度的下降。同时最好不要长时间将历史流量趋势图打开，查看完毕应随时关闭，否则同样会降低系统的响应速度。     (3)当出现鼠标异常(不响应)时，可尝试按键盘上方的F9键，退出系统并自动重新启动计算机，可恢复鼠标控制功能；若键盘也无响应，可尝试关闭计算机电源，待计算机完全停止工作后，再重新启动计算机。     (4)严禁删除系统中的任何文件，严禁往计算机拷贝任何文件，否则可能会因此造成无法挽回的损失。     (5)计算机黑屏时，很有可能是显卡松动或显卡损坏所致。     (6)当中央控制室操作站中的趋势图不能打开，或打开后无趋势曲线时，可通过退出WINCC运行系统，然后重新运行WINCC系统的方式获得历史趋势图及其历史曲线。如通过上述方法仍然无法获得历史趋势图，则可通过以下两种方法获得历史趋势图。一是打开工程师站中的SIMATIC Manager，将WINCC Application中的ES下载到对应的操作站之中去。二是将工程师站中的数据、历史趋势文件夹拷贝到对应操作站中去，对操作站中原有的数据、历史趋势文件夹进行覆盖和刷新。 5  结语     (1)我公司2×5000 t／d生产线选用的确PCS7过程控制系统具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快等优点，能够满足全线设备的自动控制，确保生产线的稳定运行。     (2)生产操作和日常维护应注意各类经验的总结，包括发现问题、处理问题。只有这样才会使系统功能得以充分发挥。