摘要:

0 引言

随着计算机技术的不断发展，面向对象的程序设计方法使监控平台的软件设计更加简单，从而使人机界面更加友好，操作更为方便；工业以太网的使用使集散控制系统既可与全厂管理信息系统(MIS)联网，又可同时下挂不同品牌的PLC设备，降低了用户对某一种PLC的依赖，充分显示了系统良好的开放性和兼容性；现场总线及远程I/O的出现更使计算机有了更大的用武之地。
我公司充分利用上述技术，针对600t/d～1500t/d中小型干法水泥厂生产过程控制特点，开发了Supercem1000型集散控制系统，并成功应用于浙江诸暨八方水泥有限责任公司#2生产线?(600t/d)?窑系统及煤磨系统的生产过程控制，其控制范围从均化库底到熟料库顶以及煤磨系统和废气处理系统。本文就该线的控制系统作一介绍。

1 硬件结构

图1 诸暨八方水泥600t/d生产线Supercem1000型DCS结构总览
系统以2台586/166MHz工控机为监控操作平台(内存32M，硬盘1G，标准键盘和鼠标，20″彩色监示器)；以德国西门子公司最新产品S7 400 PCL为窑头、窑尾两个现场站，进行数据采集，采用西门子公司波特率为10M的高速以太网——H?1网络实现数据通讯，完成现场站与监控系统之间的数据交换，并配有1台图形打印机，1台报表打印机，2台3000W不间断电源，见图1。
窑头现场站负责窑尾预热器、窑中、窑头、单筒冷却机、熟料输送以及煤磨的数据采集和控制；窑尾现场站负责生料卸料、生料入窑、窑尾吹扫以及废气处理的数据采集和控制。2台中央操作站互为备用，其中1台为工程师站，以便实现系统的进一步开发。该系统的两个现场站与操作站为互联网，参数的修改及系统时钟的改变均为同步进行。这样两台操作站的历史趋势、报表以及报警等相关数据就可以保持一致。S7 400是为中高档性能范围的自动化任务设计的功能强大的PLC。在程序执行方面，它有极短的指令执行时间，全密封的模板可适应恶劣、不稳定的工业环境。I/O模板可进行带电插拔更换。

2 软件配置与功能

中央操作站是Win95环境下用西门子人机接口(MMI)软件COROS LS-B开发的实时多任务监控软件。操作员在中央控制室可对窑系统等主要工艺过程实施实时监控。该系统包含了国外公司通用型DCS所具有的全部功能：生产工艺流程图，过程实时动态画面，实时动态参数显示及棒状图，设备起停顺序控制、联锁联动及状态显示，PID参数整定和控制目标值修改、自动跟踪、无扰切换，工艺参数变化动态趋势图，动态画面彩色图形拷贝及打印，生产报表(班报、日报)打印，报警及事故记录打印。
此外，该系统还增加了我公司专门开发的适用于国内厂家的新专利功能：全汉化菜单提示操作；多媒体语音报警，事故处理操作指导；技术人员对组态、配置、信号、报警等高级别的设置功能。这三个新功能为技术力量较弱-的中小型水泥厂使用计算机技术提供了极大的方便。操作员在掌握了鼠标的简单使用方法后即可进-行正常操作，这主要是Windows风格及本系统设计的界面易于被接受。比如阀门的开度，不仅有模拟量的显示，而且在全开、全关、一般情况下显示图形都不同；计算机显示屏中，设备的颜色也根据设备运行情况而变化，如表1所示。
本系统现场站的程序是在Windows95环境下用西门子Step7编程软件包开发的，实现所有工程项目数据共享，对于自动化的各个方面都具备用户友好的功能：模块配置、网络组态、信号参数定义、模拟量的处理、设备起停控制、报警识别、PID调节、报表数据的保存及清零等功能。它符合IEC1131-3国际标准，使用者很容易掌握，它包括SIMATIC管理器、符号编辑器等功能软件包。Step7提供两种标准化编程语言：语句表(STL)、梯形图(LAD)。本系统主要采用梯形图编程，这样程序可读性强，便于厂方技术人员尽快掌握。

表1〓色彩与信号状态之间的对应关系

色 彩	模 拟 量	设备状况
绿色 蓝色 黄色 红色 红色并闪烁 浅兰色(用于事件记录中) 玫瑰色(用于事件记录中) 黑色(用于事件记录中)	正常范围内 超限报警，已被确认 产生报警，未确认 报警已确认并消除 报警未被确认但已消除	正常运行中 备妥 报警，已被确认 产生报警，未确认 报警已确认并消除 开停时间记录

以设备起停控制为例，一组设备的步序启动首先应考虑本组设备是否都已备妥、各设备之间的延时时间；其次应弄清本组中哪些设备是联锁的，及有些设备的起停条件(如阀门的开启程度、压力大小等)当本设备的启动脉冲发出时，程序在检查砍认无报警、已备妥、联锁的上级设备已正常启动及相关条件成立的情况下，程序才发出信号启动该设备；当上级设备突然停止运行时，程序会自动停止相应联锁设备的运行。如果发出启动命令而没有返回信号，说明设备启动有故障，程序立即停发启动命令，并向上位机发出报警信号；没有发出启动信号却收到了返回信号时处理方法同前。此外程序还实现了解锁功能，以方便设备的单机调试，或在特殊情况下解开设备之间的联锁，单独启动某台设备。在程序中，紧急停车和现场开停具有更高的优先级别，以保证人生及设备的安全，当然这需要现场设备的信号能准确地反应设备的真实状态。

3 投运效果
本系统已于1997年7月1日在八方水泥有限责任公司正式投入使用，在厂方的积极配合下，设备运转良好，达到了预期效果。
(1)从操作效果看，系统操作简单方便，且直观。由于系统有报表功能，操作员笔头工作减少了；在处理报警方面，也比以前迅速；交接班时，接班工作人员直接观察上一班的历史趋势即可。
(2)从控制效果看，喂煤、喂料等的控制效果明显提高。PID投入使用前，喂料量和喂煤量靠手动调节螺旋输送机来控制，很不稳定；PID投入使用后，喂料量和喂煤量由计算机直接控制，它能正确反映设备的起停状态、运行情况等。图2、图3为PID投入使用前后喂料量和喂煤量的稳定性。实践证明，全面而完整的历史趋势对事故追忆、实时监控、现场调试等方面起到了很大作用。
图2 PID投入使用前喂料量、喂煤量趋势图
图3 PID投入使用后喂料量、喂煤量趋势图

4 投资效益比较

采用Supercem 100型集散系统的投资费用较低。第一，系统只需一个控制室，节省了各车间原来控制室的占地及土建费用；第二，现场信号接到最近的现场站即可；节省了现场到各车间控制室的电线电缆，也节省了各车间的值班人员、仪表维修人员及相应的各种费用；第三，可靠性极高，从而大大提高了设备的运转率，降低了消耗，提高了带动生产率。八方水泥有限公司600t/d生产线采用本系统的投资与采用DDZ单元模拟仪表的投资相比仅增加20%左右，而与采用智能式数字仪表相比基本持平，或还要便宜一些。由此可见，投资效益是显著的。

5 结束语

Supercem 1000型集散控制系统具有控制技术先进、性能可靠、功能齐全等优点，从诸暨八方水泥有限公司的运行效果看，本系统经济实用、价格低廉、操作方便，做到花仪表的钱，上计算机的档次。此系统在600t/d到1500t/d中小型水泥厂中推广具有很高的技术经济价值。