北京ABB电气传动系统有限公司

(哈尔滨水泥厂信息管理中心  150050)    于 伶 

摘要：介绍ABB公司的Freelance2000系统在哈尔滨水泥厂2500T/D生产线中的应用，说明了此控制系统的配置、功能与特点。

关键词：DCS 窑外分解窑 OPC

一、前言

为振兴东北老工业基地，调整哈尔滨市水泥产业结构，决定对哈尔滨水泥厂进行技术改造，兴建2500T/D型干法水泥熟料生产线。其设计年产量77.5万吨，总投资额约为1.6亿元人民币，属2002年度国债项目。经过14个月的安装建设于2003年12月正式投产。该生产线用粉煤灰进行配料生产高标号低碱水泥或低碱水泥熟料，以满足哈尔滨市及黑龙江省现代化建设对高标号低碱水泥的需求。

二、工艺简介

水泥生产主要有两大部分：生料制备和熟料煅烧。生料制备以石灰石为主要原料，配以铁粉、粉煤灰、砂页岩等辅助原料按一定配比由电子皮带秤送入生料立磨，在磨辊的挤压研磨下不断混合细化，经选粉机分离出符合细度要求的生料粉末送入生料库再度均化。均化后的生料经申克称由窑尾进入预热器，在高温气流的冲击下充分混合不断升温，最终进入窑中煅烧，产生固相反应生成熟料。熟料由篦冷机冷却后再次研磨成为水泥成品。

三、系统介绍

该生产线采用瑞士ABB公司Industrial IT Freelance 2000集散控制系统完成生产过程的自动控制。该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统，采用全局数据库技术，实现全局一体化编程。系统网络分为控制管理层（系统总线）和现场层（现场总线），具有结构简单、清晰、高速、配置灵活、方便等优点。

1、总体结构

Freelance 2000控制系统的通讯网络包括两层：系统总线和现场总线。系统总线Diginet- S将现场控制装置、操作员站、工程师站连接成为一个网络，是基于普遍的以太网标准，符合DINI ISO8802，Part3标准，传输协议采用标准的TCP/IP协议，传输介质可选用同轴电缆、双绞线或光纤。现场总线Diginet-P完成CPU模件与I/O模件之间的数据交换与通讯，可分别采用Profibus、Modbus、CAN等。在此生产线中选取Profibus现场总线。系统总线采用100MB的光纤以太网，分别连接三个现场控制站（窑头煤磨站、窑尾控制站、原料粉磨控制站），三个远程I/O站（石灰石堆场、原料调配、熟料输送），四个操作员站和一个工程师站。如下图所示。

2、  硬件配置

操作员站与工程师站均使用Dell PC机，其基本配置为P4 2.0G、256M内存、60G硬盘、21’彩显、100M 3COM网卡。现场控制站选用AC800F现场总线控制器。AC800F由一个带CPU的机架，一个电源模件，一个以太网模件和一到四个现场总线模件组成。它支持四种总线标准，此处选用支持Profibus DP/PA总线的FI830F现场总线模件，同时支持全方位的冗余与带电插拔。现场总线模件通过CI830通讯接口模件与I/O模件相连，I/O模件选用S800系列，模拟量为DC 4-20MA 信号，数字量输入为220VAC，数字量输出为24VDC。

3、  软件配置

PC机的操作系统为Windows 2000 Professional中文版，在操作员站上安装DigiVis监控软件。四台操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行数据通信，由于系统数据库为全局数据库，所以各操作员站之间可以共享数据和画面，每台操作员站与其它的操作员站之间可实现互为备用控制功能。其主要功能为：流程画面显示，动态参数的监视，电机的起停、故障复位，阀门开，电机转速等的设定调整，趋势监视，报表打印等。

工程师站安装DigiTools组态软件，在此软件中编辑操作员操作的动态画面和现场控制站AC800F 中CPU的组态程序。所有的图形画面和组态均在同一文件中存储，并以项目树的结构显示。可以离线编程或在线修改参数，具有在线单步运行、跟踪和仿真调试等功能。

    各站还可视情况需要扩充安装Digilock、DDE Server、OPC Server等功能软件。

四、控制功能

    1、开关量控制

    在水泥生产中，主要控制设备是风机、泵类和阀门，以逻辑控制为主，按工艺要求按顺序启停。为使操作更加简便，将生产顺序上有连续关系或连锁关系的设备分为一组，按组启停，并在组态中设计专用的用户自定义功能块来完成成组启停的功能，以减化后期组态设计的工作量。根据工艺要求设置两台电机之间的启停顺序和时间间隔，当组内各台设备均有备妥信号时，可发出组驱动信号，使组内电机按设定时间间隔依次开启，若中间有某一设备不能正常启动，则与之有连锁关系的设备也不能启动。这样可大大减少操作员的操作量，同时增强了系统的运行可靠性、安全性和稳定性。

    2、生料质量控制QCS

    水泥生产的质量主要由生料质量及熟料烧成的温度来决定。通常使用率值来表示生料成分的组成，我国水泥工业普遍采用饱和系数KH，硅率SM，铝率AM三个率值。出磨生料由取样器自动取样，取样器将一定时间（60分钟）内所取得生料混合并均化，使其为此段时间内的代表样，通过X－射线荧光分析仪进行分析，分析结果自动通过数据通讯接口传送到生料质量控制计算机，用于调整配比控制。生料质量控制计算机与操作员站、工程师站通过以太网连接，在工程师站中组态OPC网关，在生料质量控制计算机中安装OPC Server与OPC Client。OPC Client由用户自行设计安装，主要功能是通过OPC Server从现场控制站实时获取数据，并根据率值计算出相应的配比写入操作员站以调整电子皮带称的喂料量。

五、结语

1．  Freelance 2000提供仿真软件，在组态设计时应充分利用。可先将部分已组态好的软件利用仿真器来测试其运行状态，为在现场实际调试打好基础，节约大量时间。

2．  系统供电的电源应采用单独的变压器或UPS，避免大功率设备启停时对电网造成冲击。现场布线时应将交、直流信号线与模拟量信号线分置在不同的线槽内，模拟量信号尽量选用双层屏蔽电缆，特别是Profibus总线的敷设要尽可能使用单独的线槽。

3．  控制柜内的的屏蔽线一定要接地正确，防止形成回路产生干扰信号。抽屉柜或控制柜内的地线应接线牢固，防止设备可能因此产生大面积跳停。

4．  水泥生产的粉尘较大，配电室应选择粉尘较少处设置并保证室内密闭良好，柜内应定时吹扫以保证模件正常工作。