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(哈爾濱水泥廠信息管理中心  150050)    于 伶 

摘要：介紹ABB公司的Freelance2000系統在哈爾濱水泥廠2500T/D生產線中的應用，說明了此控制系統的配置、功能與特點。

關鍵詞：DCS 窯外分解窯 OPC

一、前言

為振興東北老工業基地，調整哈爾濱市水泥產業結構，決定對哈爾濱水泥廠進行技術改造，興建2500T/D型干法水泥熟料生產線。其設計年產量77.5萬噸，總投資額約為1.6億元人民幣，屬2002年度國債項目。經過14個月的安裝建設于2003年12月正式投產。該生產線用粉煤灰進行配料生產高標號低堿水泥或低堿水泥熟料，以滿足哈爾濱市及黑龍江省現代化建設對高標號低堿水泥的需求。

二、工藝簡介

水泥生產主要有兩大部分：生料制備和熟料煅燒。生料制備以石灰石為主要原料，配以鐵粉、粉煤灰、砂頁巖等輔助原料按一定配比由電子皮帶秤送入生料立磨，在磨輥的擠壓研磨下不斷混合細化，經選粉機分離出符合細度要求的生料粉末送入生料庫再度均化。均化后的生料經申克稱由窯尾進入預熱器，在高溫氣流的沖擊下充分混合不斷升溫，最終進入窯中煅燒，產生固相反應生成熟料。熟料由篦冷機冷卻后再次研磨成為水泥成品。

三、系統介紹

該生產線采用瑞士ABB公司Industrial IT Freelance 2000集散控制系統完成生產過程的自動控制。該系統是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統，采用全局數據庫技術，實現全局一體化編程。系統網絡分為控制管理層（系統總線）和現場層（現場總線），具有結構簡單、清晰、高速、配置靈活、方便等優點。

1、總體結構

Freelance 2000控制系統的通訊網絡包括兩層：系統總線和現場總線。系統總線Diginet- S將現場控制裝置、操作員站、工程師站連接成為一個網絡，是基于普遍的以太網標準，符合DINI ISO8802，Part3標準，傳輸協議采用標準的TCP/IP協議，傳輸介質可選用同軸電纜、雙絞線或光纖。現場總線Diginet-P完成CPU模件與I/O模件之間的數據交換與通訊，可分別采用Profibus、Modbus、CAN等。在此生產線中選取Profibus現場總線。系統總線采用100MB的光纖以太網，分別連接三個現場控制站（窯頭煤磨站、窯尾控制站、原料粉磨控制站），三個遠程I/O站（石灰石堆場、原料調配、熟料輸送），四個操作員站和一個工程師站。如下圖所示。

2、  硬件配置

操作員站與工程師站均使用Dell PC機，其基本配置為P4 2.0G、256M內存、60G硬盤、21’彩顯、100M 3COM網卡。現場控制站選用AC800F現場總線控制器。AC800F由一個帶CPU的機架，一個電源模件，一個以太網模件和一到四個現場總線模件組成。它支持四種總線標準，此處選用支持Profibus DP/PA總線的FI830F現場總線模件，同時支持全方位的冗余與帶電插拔。現場總線模件通過CI830通訊接口模件與I/O模件相連，I/O模件選用S800系列，模擬量為DC 4-20MA 信號，數字量輸入為220VAC，數字量輸出為24VDC。

3、  軟件配置

PC機的操作系統為Windows 2000 Professional中文版，在操作員站上安裝DigiVis監控軟件。四臺操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行數據通信，由于系統數據庫為全局數據庫，所以各操作員站之間可以共享數據和畫面，每臺操作員站與其它的操作員站之間可實現互為備用控制功能。其主要功能為：流程畫面顯示，動態參數的監視，電機的起停、故障復位，閥門開，電機轉速等的設定調整，趨勢監視，報表打印等。

工程師站安裝DigiTools組態軟件，在此軟件中編輯操作員操作的動態畫面和現場控制站AC800F 中CPU的組態程序。所有的圖形畫面和組態均在同一文件中存儲，并以項目樹的結構顯示。可以離線編程或在線修改參數，具有在線單步運行、跟蹤和仿真調試等功能。

    各站還可視情況需要擴充安裝Digilock、DDE Server、OPC Server等功能軟件。

四、控制功能

    1、開關量控制

    在水泥生產中，主要控制設備是風機、泵類和閥門，以邏輯控制為主，按工藝要求按順序啟停。為使操作更加簡便，將生產順序上有連續關系或連鎖關系的設備分為一組，按組啟停，并在組態中設計專用的用戶自定義功能塊來完成成組啟停的功能，以減化后期組態設計的工作量。根據工藝要求設置兩臺電機之間的啟停順序和時間間隔，當組內各臺設備均有備妥信號時，可發出組驅動信號，使組內電機按設定時間間隔依次開啟，若中間有某一設備不能正常啟動，則與之有連鎖關系的設備也不能啟動。這樣可大大減少操作員的操作量，同時增強了系統的運行可靠性、安全性和穩定性。

    2、生料質量控制QCS

    水泥生產的質量主要由生料質量及熟料燒成的溫度來決定。通常使用率值來表示生料成分的組成，我國水泥工業普遍采用飽和系數KH，硅率SM，鋁率AM三個率值。出磨生料由取樣器自動取樣，取樣器將一定時間（60分鐘）內所取得生料混合并均化，使其為此段時間內的代表樣，通過X－射線熒光分析儀進行分析，分析結果自動通過數據通訊接口傳送到生料質量控制計算機，用于調整配比控制。生料質量控制計算機與操作員站、工程師站通過以太網連接，在工程師站中組態OPC網關，在生料質量控制計算機中安裝OPC Server與OPC Client。OPC Client由用戶自行設計安裝，主要功能是通過OPC Server從現場控制站實時獲取數據，并根據率值計算出相應的配比寫入操作員站以調整電子皮帶稱的喂料量。

五、結語

1．  Freelance 2000提供仿真軟件，在組態設計時應充分利用。可先將部分已組態好的軟件利用仿真器來測試其運行狀態，為在現場實際調試打好基礎，節約大量時間。

2．  系統供電的電源應采用單獨的變壓器或UPS，避免大功率設備啟停時對電網造成沖擊。現場布線時應將交、直流信號線與模擬量信號線分置在不同的線槽內，模擬量信號盡量選用雙層屏蔽電纜，特別是Profibus總線的敷設要盡可能使用單獨的線槽。

3．  控制柜內的的屏蔽線一定要接地正確，防止形成回路產生干擾信號。抽屜柜或控制柜內的地線應接線牢固，防止設備可能因此產生大面積跳停。

4．  水泥生產的粉塵較大，配電室應選擇粉塵較少處設置并保證室內密閉良好，柜內應定時吹掃以保證模件正常工作。