【正文】 水泥磨粉DCS控制系統(tǒng)包裝系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 水泥包裝國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況水泥是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要原材料，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一種材料可以替代它的地位。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，水泥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用越來(lái)越大。經(jīng)過(guò)幾年的快速增長(zhǎng)，%。在高速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)水泥行業(yè)的供求矛盾不斷加劇。，而水泥生產(chǎn)能力已達(dá)13億噸。特別是落后生產(chǎn)能力比重仍占60%左右。 作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水泥工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。改革開放以來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，推動(dòng)國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1978年我國(guó)水泥產(chǎn)量為6524萬(wàn)噸。自1985年起我國(guó)水泥產(chǎn)量已連續(xù)21年位居世界第一位，現(xiàn)如今已占世界水泥總產(chǎn)量的48%左右。水泥產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，從數(shù)量上已經(jīng)基本滿足我國(guó)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。包裝系統(tǒng)是水泥生產(chǎn)工藝線上的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段的水泥包裝可分為水泥散裝和水泥袋裝，我國(guó)散裝水泥經(jīng)過(guò)30多年發(fā)展，有了一定進(jìn)展，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，不僅散裝量上存在很大差距，且發(fā)展速度也相對(duì)遲緩。發(fā)展散裝水泥具有節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高水泥使用效率，改善勞動(dòng)條件等方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益。大力發(fā)展散裝水泥是我國(guó)水泥工業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要對(duì)策之一。散裝水泥在我國(guó)雖然起步較晚，但屬于一項(xiàng)新的工業(yè)，是隨著人類社會(huì)進(jìn)步，資源、能源、環(huán)境的要求和工作效率的提高而產(chǎn)生的一種新的生產(chǎn)方式，尤其是環(huán)境問(wèn)題日益成為當(dāng)今人類極為關(guān)注的敏感問(wèn)題，更是全球的熱門話題。世界上發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)20多年的努力，到上世紀(jì)的60年代末完成了水泥的從袋裝到散裝的改革，實(shí)現(xiàn)了水泥散裝，散裝水泥占水泥總產(chǎn)量的比例(散裝率)一般達(dá)到并維持在90%以上。美國(guó)、日本、法國(guó)等散裝率更高且大于95%，按目前國(guó)際散裝率來(lái)看，超過(guò)70%是國(guó)際水平，90%以上是國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)水泥在包裝上主要采用落后的紙袋包裝，水泥散裝率僅在20%左右，與國(guó)際水平比較相差甚遠(yuǎn)。袋裝水泥的紙袋全部用木材制成，不僅需要采伐大量的樹木，耗費(fèi)寶貴的森林資源，而且在制袋過(guò)程中消耗大量的淡水，產(chǎn)生大量的造紙污水。另外紙袋破損，每年有近600萬(wàn)噸的水泥排放到大氣中，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。散裝水泥無(wú)論是儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用、質(zhì)量保證等方面，還是在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高水泥使用效率、環(huán)保等方面都體現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力。總而言之，發(fā)展散裝水泥，實(shí)現(xiàn)散裝化，是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的既定目標(biāo)之一[1]。由于技術(shù)裝備落后，綜合設(shè)施配套能力低，國(guó)內(nèi)的散裝水泥的發(fā)展還有一定的欠缺，袋裝仍然占有很大的比例，并且對(duì)水泥包裝進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的廠家為數(shù)甚少，大多數(shù)生產(chǎn)的水泥包裝微機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)械部分常常是集中于一體的模式，尤其是袋裝部分甚至很多水泥廠還是進(jìn)行人工包裝，這樣不僅費(fèi)時(shí)又費(fèi)力而且對(duì)人體的傷害非常大，即使是使用微機(jī)控制的水泥包裝機(jī)，其所處的環(huán)境太惡劣，一臺(tái)新安裝的包裝機(jī)，工作不到兩個(gè)小時(shí)，整個(gè)包裝機(jī)，電控部分，都是灰塵滿面，時(shí)間一長(zhǎng)，該機(jī)的靈敏度、計(jì)量精度就有所下降故障率就會(huì)增高，尤其電腦稱的電子元件，粉塵對(duì)它的威脅是最大的，大多水泥廠使用的電腦包裝機(jī)，電腦都安裝在包裝機(jī)上，受震動(dòng)灰塵的影響，故障頻繁，有時(shí)還需要天天修理微機(jī)，計(jì)量還不準(zhǔn)確，袋重不穩(wěn)，造成損失很大，這一直都是我國(guó)目前水泥行業(yè)的一個(gè)大問(wèn)題。一般水泥廠對(duì)包裝機(jī)系統(tǒng)的要求是：能適應(yīng)惡劣環(huán)境，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率少，計(jì)量準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)，有數(shù)據(jù)管理功能，易于為維修，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)性能。因此，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)用到水泥包裝上，對(duì)水泥包裝機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高水泥包裝自動(dòng)化水平，一方面可使水泥使用質(zhì)量和效率提高，另一方面也能使水泥對(duì)環(huán)境的污染大大減少，也為我國(guó)的散裝水泥的發(fā)展奠定基礎(chǔ)[2]。 水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化控制概況目前，在新型干法水泥生產(chǎn)線中常用的控制手段有：可編程邏輯控制器(PLC)、集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)。⑴ 可編程控制器PLC 可編程控制器PLC是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。早期的可編程控制器稱可編程邏輯控制器(programmable logic controller), 簡(jiǎn)稱PLC，用它來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，所以目前人們都把這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC[3]。PLC具有以下特點(diǎn):① PLC最初就是為了進(jìn)行邏輯控制而設(shè)計(jì)，因此在邏輯控制方面擁有計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。② PLC在控制裝置一級(jí)實(shí)現(xiàn)三電一體化，配置靈活，結(jié)構(gòu)緊湊。③ PLC在硬件上采取了一系列抗干擾措施，在軟件上采用了故障診斷技術(shù)及在系統(tǒng)一級(jí)的冗余配置工作方式采用周期循環(huán)掃描，對(duì)輸入輸出集中進(jìn)行，因而具有很高可靠性。④ PLC僅在關(guān)鍵部位選用冗余結(jié)構(gòu)，在價(jià)格上大大低于DCS系統(tǒng)，性能價(jià)格比高。但是由于PLC功能及其相關(guān)技術(shù)的限制，其控制的對(duì)象都較為簡(jiǎn)單，一般只用一個(gè)PLC站進(jìn)行控制，很少有通過(guò)聯(lián)網(wǎng)或其它途徑對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行控制[3]。 綜上所述，PLC控制的優(yōu)勢(shì)主要是適合于現(xiàn)場(chǎng)局部控制，弱點(diǎn)主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜控制方面，因而僅使用PLC不適宜控制新型干法水泥生產(chǎn)。 ⑵ 集散控制系統(tǒng)DCS 集散控制系統(tǒng)又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 它是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在它們的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力和顯著的優(yōu)越性。其主要特征是：集中管理，分散控制。DCS是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì)，由過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)組成的一個(gè)以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示而操作管理、控制相對(duì)分散、配置靈活、組態(tài)方便、具有高可靠性的實(shí)用系統(tǒng)，擁有自主性、協(xié)調(diào)性、在線性與實(shí)時(shí)性、高可靠性、適應(yīng)性、靈活性、可擴(kuò)充性和友好性等優(yōu)越性。但集散控制系統(tǒng)大多采用封閉式的網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)，采用本公司專用的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，加之受到現(xiàn)場(chǎng)儀表在數(shù)字化、智能化方面的限制，它沒(méi)能將控制功能“徹底地”分散到現(xiàn)場(chǎng)。⑶ 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)為一體的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是一種全分散、全數(shù)字、全開放的控制系統(tǒng)。它適用于工業(yè)過(guò)程控制、制造業(yè)及樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域，將逐漸成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主流形式[4]。 FCS具有以下技術(shù)特點(diǎn)：① FCS采用的現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)全數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。② FCS的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是開放式互連網(wǎng)絡(luò)。③ FCS的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接通過(guò)一對(duì)傳輸線(現(xiàn)場(chǎng)總線)互連。④ FCS普遍采用智能儀表，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自治性，系統(tǒng)控制功能更加分散。 總的來(lái)看，F(xiàn)CS終將代替DCS。但是現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展到今天，標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一，價(jià)格昂貴，而廣大用戶對(duì)DCS比較熟悉，加上DCS尚有潛力可挖，其本身也在不斷的發(fā)展之中，其性能也在不斷地完善，DCS也在朝開放系統(tǒng)的方向發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)合。DCS是結(jié)合了各類控制功能的完整系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛、結(jié)構(gòu)最先進(jìn)、性能最高、功能最完整的系統(tǒng)，因此在目前的水泥自動(dòng)化生產(chǎn)控制中，集散控制系統(tǒng)成為了人們的首選。 選題的目的、意義及指導(dǎo)思想本次設(shè)計(jì)是想通過(guò)水泥粉磨DCS控制的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥包裝生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，克服原有包裝機(jī)的缺點(diǎn)，既能節(jié)省人力、物力，又可以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能提高水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量，通過(guò)對(duì)包裝機(jī)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以避免粉塵對(duì)人體和微機(jī)設(shè)備造成的影響，直接在中控室就可以監(jiān)控水泥包裝的全過(guò)程，這樣可使故障率降到最低，計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，袋重的合格率也能達(dá)到99％～100％。該選題的控制系統(tǒng)主要采用了ABB的Industrial IT系統(tǒng)。ABB Industrial IT系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)具有高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，無(wú)論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對(duì)于跨廠的管理控制應(yīng)用，該系統(tǒng)都能應(yīng)付自如。所以基于對(duì)課題的深入考察研究，選用這套系統(tǒng)不僅能滿足要求，更大程度上是將國(guó)內(nèi)DCS系統(tǒng)更加完善化，特別是在水泥行業(yè)的運(yùn)用，更提高了國(guó)內(nèi)DCS的控制水平。2方案論證 集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)是進(jìn)行集中管理的，而系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是分布式的，總體上是一種分布結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：⑴ DCS系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中較為完善和成熟的技術(shù)，能夠?qū)Ψ植加谳^大范圍內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，并采用集中管理、分散控制的策略。⑵ DCS系統(tǒng)編程靈活，可以方便地實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)表打印等功能。⑶ DCS可采用組態(tài)軟件，容易組態(tài)，系統(tǒng)集成方便，可靠性高。 IndustialIT控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介Industrial IT系統(tǒng)是ABB公司推出的一種全能綜合型開放控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。它既具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機(jī)界面(HMI)及方便的工程軟件，同時(shí)又具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅堋Ｏ到y(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接Remote I/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等各種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，無(wú)論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對(duì)于跨廠的管理控制應(yīng)用，Industrial IT都能應(yīng)付自如。系統(tǒng)分為兩級(jí)：操作管理級(jí)(操作站OS、工程師站ES及網(wǎng)關(guān)GS)和過(guò)程控制級(jí)(過(guò)程站PS及現(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F)。在操作管理級(jí)上不僅實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)控操作功能(預(yù)定義及自由格式動(dòng)態(tài)畫面顯示、趨勢(shì)顯示、彈出式報(bào)警及操作指導(dǎo)信息、報(bào)表打印、硬件診斷等)，而且完成配方管理及數(shù)據(jù)交換等管理功能。過(guò)程控制級(jí)實(shí)現(xiàn)包括復(fù)雜控制在內(nèi)的各種回路調(diào)節(jié)（各種PID、比值、Simith……）和高速邏輯控制、順序控制以及批量間歇控制功能。每個(gè)過(guò)程站PS支持5個(gè)機(jī)架單元，可配置44個(gè)I/O模件(1408個(gè)I/0點(diǎn))，PS過(guò)程站的CPU模件、電源及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口均可冗余。AC800F是現(xiàn)場(chǎng)總線控制器，它為用戶提供了使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的靈活性。AC800F采集來(lái)自4條現(xiàn)場(chǎng)總線(類型可以不同)的過(guò)程數(shù)據(jù)和診斷信息，并完成與PS相同的控制任務(wù)。AC800F通過(guò)以態(tài)網(wǎng)(Ethernet)與整個(gè)系統(tǒng)(如OS、PS或其它FC)通迅。系統(tǒng)控制站硬件均為全金屬外殼封裝。設(shè)備既可安裝于機(jī)柜中，也可裝于墻上。系統(tǒng)符合所有當(dāng)前EMC標(biāo)準(zhǔn)并具CE標(biāo)志。系統(tǒng)采用兩種普遍的工業(yè)總線。用于過(guò)程控制站PS內(nèi)部通迅的是DigiNetP/CAN(DIN/ISO11898標(biāo)準(zhǔn))總線。PS/FC與OS/ES之間的通迅由DigiNetS網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng)/)實(shí)現(xiàn)，用戶可選擇通迅?jìng)鬏斀橘|(zhì)(普通電纜或光纖)和網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。Industrial IT系統(tǒng)的操作站OS、工程師站ES及數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)GS以MS WindowsNT為運(yùn)行平臺(tái)，從而確保了系統(tǒng)的通用性、開放性和易用性，并對(duì)將來(lái)的技術(shù)升級(jí)和維護(hù)帶來(lái)很大方便。PC機(jī)的具體配置可由用戶按照需要自行選擇(不低于系統(tǒng)基本要求)。系統(tǒng)組態(tài)語(yǔ)言基于IEC1131_3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供功能塊圖(FBD)、梯形圖(LAD)、指令表(IL)和順序功能圖(SFC)、ST(結(jié)構(gòu)化文本)等圖形化組態(tài)手段。系統(tǒng)還帶有包含近170多個(gè)功能塊的算法庫(kù)和具有200多個(gè)圖形符號(hào)的基本圖庫(kù)和內(nèi)含大量3D圖符的擴(kuò)充圖庫(kù)。系統(tǒng)使用同一套組態(tài)工具軟件完成過(guò)程級(jí)和操作級(jí)組態(tài)及調(diào)試，并使用同一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。Industrial IT系統(tǒng)規(guī)模具備很強(qiáng)的伸縮性，每個(gè)系統(tǒng)可根據(jù)工藝或功能劃分為若干個(gè)自動(dòng)化域，每個(gè)域基本配置為10個(gè)操作員站OS、10個(gè)過(guò)程控制站PS或現(xiàn)場(chǎng)控制器FC，整個(gè)系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)模可達(dá)100個(gè)操作員站、100個(gè)控制站(140800個(gè)I/O) 。Industrial IT系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖21。圖21 ABB IndustialIT控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Industrial IT系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：⑴ 集成DCS、PLC及FieldBus功能；⑵ 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)；⑶ AC800F冗余；⑷ 支持FDT/DTM組態(tài)及HART協(xié)議，支持Operate IT；⑸ 通用性，標(biāo)準(zhǔn)化，靈活性，開放性；⑹ 工程容易，界面友好，維護(hù)簡(jiǎn)單。 設(shè)計(jì)方案 水泥包