PCS7在华新水泥生产过程控制系统中的应用

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，有同样统一的软件平台。系统大量采用了新技术，在网络配置上，使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7消除了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分体现了全集成自动化的特点，使得系统应用范围变广，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。

PCS7拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，能大大节省系统编程组态的时间和费用。
　　·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, 具有同样统一的软件平台。
　　·系统大量采用了新技术, 在网络配置上使用标准的工业以太网和 PROFIBUS 网络。
　　·通过冗余的 10 Mbps 光纤环网(工业以太网)相连接,分别将信号传送至中央控制室, 全厂主要设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和中央控制室显示。
　　·采用 SIEMENS 高速以太网光纤通信模块 OSM, 大大加强了网络抗电磁干扰的能力, 省去了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压保护的措施, 使得控制系统安全可靠, 风险系数大大降低。
　　·自动化系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式输入/输出控制站,允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔, 而无需停止系统,大大提高了系统的可靠性。
　　·系统所有的分布式远程I/O分站和低压保护装置、高压保护装置、执行机构、变频器、现场控制器等通过PROFIBUS-DP现场总线与系统控制器进行通信，最高通信速率可达12Mbps。

四、PCS7系统在华新水泥的应用

1． 硬件组成
　　华新水泥生产过程自动化控制系统的硬件包括：1个西门子SIMATIC 300站和5个（最少为3个）西门子SIMATIC 400站。（各个站包括1个电源模块、1个CPU、1个工业以太网通讯接口模块和数量不等的ET200M、模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）、1台工程师站计算机和1组服务器对及若干台工控计算机、2个西门子CP1613网卡、1台MIS服务器。

2、 软件组成
　　华新水泥生产过程自动化控制系统的软件包括：Windows 2000 Server 英文版操作系统、西门子PCS7编程软件和CEMAT水泥行业专业软件。

3、 系统配置（见附图）
　　华新水泥生产过程自动化控制系统中各个现场控制站通过西门子工业以太网通讯模块连接在同一个SIMATIC工业以太网（采用光纤熔接为环形网络，如下图中绿线所示）上完成控制功能，同时服务器通过西门子CP1613网卡、若干台工控计算机也通过经RJ45屏蔽双绞线由普通网卡到交换机或中控室的OSM TP62连接到此SIMATIC 工业以太网上完成监视和操作功能。其中，原料磨控制系统的SIMATIC 400站通过工业以太网与石灰石破碎控制系统的SIMATIC 300站交换数据，同时原料磨控制系统的SIMATIC 400站通通过工业以太网与窑尾控制系统和窑头控制系统的SIMATIC 400站交换数据。而且，SIMATIC 400站基于PROFIBUS-DP/PA网络，连接现场远程控制站、PROFIBUS-DP设备（低压保护装置、高压保护装置、执行机构、变频器、现场控制器等）或PROFIBUS-PA仪表（温度变送器、压力变送器）。