F.L.Smid th ACESYS控制系統在水泥廠的應用

許帥

伊拉克納杰夫省KAR水泥廠的6 000t/d水泥熟料生產線于2016年8月投產運行，整條生產線由丹麥F.L.Smidth設計、供貨。從原料破碎、生料磨、窯尾、窯頭系統、水泥磨系統到包裝系統，整條生產線均采用F.L.Smidth ACESYS自動化控制系統。

1 系統簡介

ACESYS是適應性控制工程系統（Adaptable Control Engineering System）的縮寫，是由F.L.Smidth自動化開發的通用PLC編程標準軟件，它定義了基于PLC的高效過程控制系統所需的控制對象、數據結構和程序結構，包含ACESYSECSOpStation上位機操作系統和支持PLC的ACESYSPLC庫的下位機編程組態。

ECS上位機組態軟件是F.L.Smidth自動化的專家控制系統，是一個集成化的標準軟件，具有專門用于水泥工廠過程控制優化的多種功能塊，畫面和曲線顯示非常簡潔，參數設定方便，操作靈活，連鎖和報警功能簡潔，方便故障診斷。

ACESYS下位機PLC庫包含現場控制所需要的電機、閥門控制、PID控制器以及電機電流和現場模擬量信號控制等多種功能。控制系統按原料輥磨、回轉窯、篦冷機等分成多個部門控制站，每個控制站按工藝流程分成若干組，每個組再分成若干個控制邏輯程序。

2 控制系統網絡的構成

現場控制系統網絡由主控制網、操作監控和現場總線三級構成，系統網絡結構見圖1。

2.1 主控制網

主控制網由光纖A網、B網構成雙重星形網絡，采用HP工業級光纖交換機，通信速率100Mbit/s，設備包含：

2臺互為冗余的數據庫服務器，6個主控制站，1臺工程師站，1臺網絡打印機。

2臺服務器用于數據的集中管理和監視，包括報警、日志、事故追憶，并向操作員站提供數據庫服務，提供二次數據處理、歷史數據管理和存檔。

6個主控制站分別用于原料破碎、原料輥磨、窯尾、窯頭篦冷機、水泥輥磨、水泥包裝，見圖1。每個主控制站集成了CPU416-3模塊、CP443-1以太網通訊模件、CP443-5 Profibus總線通訊擴展型模塊、PS407電源模件，實現現場設備的運行狀態監測、數據采集及處理、自動閉環回路控制、電氣設備開關控制等功能。

2.2 操作監控

中控室設置三臺操作員站，雙顯示器分屏監控。原料破碎和包裝車間操作室各有1臺操作員站。操作員站采用ECS軟件進行操作畫面組態，具有設備組的自動操作、單機操作、手動操作和就地操作四種操作模塊，同時具有動態測量數據、報警、事件記錄、歷史趨勢觀察等功能；提供所有控制對象的操作面板，顯示設備的各個輸入/輸出狀態和連鎖條件等，并可對上下級工藝流程的電機啟停時間、反饋信號的延時時間、模塊量的量程參數以及速度保護時間等參數進行設定。電機及組設備控制面板見圖2。

圖1 控制系統網絡拓撲結構圖

圖2 電機及組信號操作面板

2.3 現場總線

主控制站采用AS416-3和ET200M遠程I/O構成現場控制網絡，采用Profibus-DP通訊協議，通信速率設置1.5Mbit/s。為避免信號干擾，根據F.L.Smidth自動化的設計要求，對于通訊距離＞100m的網絡，雖然通訊電纜處于單獨分層敷設，但與動力電纜處于同一電纜通道的，各遠程I/O與相應控制主站之間采用光纖連接，終端實現Profibus-DP通訊。如循環水處理設備的ET200M控制柜與窯頭DCS控制柜、原料輸送設備的ET200M控制柜與原料輥磨DCS控制柜之間的通訊連接，這部分的通訊電纜與主動力電纜處于同一電纜通道，采用光纖單獨分層敷設。

3 控制系統程序的邏輯結構

ACESYS下位機控制系統采用西門子SIMATIC程序管理器，編程軟件為STEP7 V8.0 SP1，編程語言為FBD和STL。F.L.Smidth自動化在編程軟件PLC庫內集成了水泥行業常用的控制模塊和功能，如高、低壓電機控制，料位、閥門和電流等儀表的控制和監控，另外還有一些特殊的功能，如設備的成組控制（包括組啟動、組停止）、雙向閥門的控制等，不同方式對同一控制設備有不同的啟停要求。

3.1 PLC程序的邏輯結構（見圖3）

下位機編程將原料磨、回轉窯等主要的設備區域作為一個部分，部門區域內根據工藝控制流程分成若干個主要的組，每個組控制若干個工藝設備，如入磨輸送組、物料循環組、窯主傳電機、輥磨液壓油站等。

3.2 連鎖方式

圖3 PLC程序邏輯結構圖

圖4 各操作模式下的連鎖關系

圖5 單向電機功能塊對應的輸入/輸出管腳的說明

各組功能塊以及電機、閥門等單元的程序控制塊，分為保護連鎖PR，安全連鎖SA，機械連鎖MACH，操作連鎖OP，啟動連鎖STI等5種連鎖方式，在自動操作、單機操作、就地操作和手動操作模式下，相應的連鎖起作用，各連鎖條件具備后會在操作員站畫面上顯示出顏色的變化。各操作模式下的連鎖關系見圖4。

3.3 電機功能塊

用作單向電機的手動/自動控制、單機控制，有外部速度信號及電流信號監控，適用多種電機設備的控制。如皮帶電機（有速度開關信號監控聯鎖和時間設置）、普通電機（可設定電機電流顯示和連鎖，設定電流監控值）。

在程序內根據各個功能模塊的輸入/輸出管腳信號，連接相應的輸入/輸出條件，如組啟、停，連鎖條件、備妥、反饋信號，就地啟停、速度監測等，如圖5所示為單向電機功能塊對應各管腳的說明。

在PLC庫內有組功能模塊、定位器、選擇、單向/雙向電機、氣動/電動閥門、PID控制模塊以及報警和模塊量處理模塊等22種不同的控制功能，可方便地用于不同的控制單元。

4 結語

為使運行期間增加的設備、工藝連鎖條件和啟停順序適應現場工況，我們對下位機PLC程序作了部分修改和優化，避免了一些不必要的停機。整個控制系統自投產使用以來，運行穩定、可靠，操作方便，監控及報警信息直觀。■