SIMATIC PCS7在貴冶卡爾多爐中的應用

張火香

摘 要：SIMATIC PCS7是西門子的新一代控制系統(tǒng)，是以邏輯方式將以TELEPERM系列集散系統(tǒng)和S5、S7系列PLC為基礎的系統(tǒng)所獲得的經(jīng)驗集中起來并進一步發(fā)展而成的。文章概要地介紹了SIMATIC PCS7在卡爾多爐的應用。

關鍵詞：DCS；SIMATIC PCS7；卡爾多爐

1 工藝介紹

貴溪冶煉廠卡爾多爐項目是江銅30萬噸銅冶煉工程配套子項目。其主體設備及工藝技術從瑞典奧圖泰公司引進，其噴霧冷卻、空氣冷卻、布袋收塵及烘爐系統(tǒng)等輔助設備均實現(xiàn)國產(chǎn)化設備替代運用，并由工廠自行完成儀表自動化控制設計及對接。爐體容積13立方米，為目前世界上最大的卡爾多爐，也是我國第二臺卡爾多爐，每年可為工廠增加陽極銅產(chǎn)量5萬噸，于2009年5月11日上午投料試生產(chǎn)。

卡爾多爐工藝分為爐子傾轉、油槍系統(tǒng)、氧槍系統(tǒng)、加料小車、收塵系統(tǒng)等，而控制系統(tǒng)主要分由本體主控系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)兩大部分組成。其中本體主控制系統(tǒng)隨卡爾多爐設備由瑞典OUTOTEC公司提供并現(xiàn)場調試，輔控系統(tǒng)由江西托利科技有限公司提供。本體主控系統(tǒng)采用PCS7 V7.0 SP1 Bondle（英文版）+PCS7 SC Block V7_01，輔控系統(tǒng)采用PCS7 V7.0 SP1（中文版）。

2 系統(tǒng)概述

SIMATIC PCS7過程控制系統(tǒng)是西門子公司推出的創(chuàng)新性系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標準。它既具備DCS的復雜模擬回路調節(jié)能力、方便的工程軟件，又同時具有與PLC指標相當?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Profibus、FF、Modbus等多種現(xiàn)場總線設備。系統(tǒng)人機界面組態(tài)采用基于windows平臺的wincc組態(tài)軟件。

PCS7控制系統(tǒng)由兩級網(wǎng)絡組成，通過工業(yè)以太網(wǎng)與上層網(wǎng)絡通訊，實現(xiàn)在線監(jiān)控，以及工廠級的資產(chǎn)管理。通過Profibus DP總線與下層控制節(jié)點通訊，與現(xiàn)場儀表設備進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)邏輯控制。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產(chǎn)裝置還是大規(guī)模的系統(tǒng)控制都適用。

3 卡爾多爐PCS7系統(tǒng)構架

貴冶新30萬噸卡爾多爐主工藝由國外成套引進，因此，系統(tǒng)也是全英文PCS7控制系統(tǒng)。煙氣處理部分由國內(nèi)自行設計，為中文PCS7控制系統(tǒng)。目前，卡爾多爐由兩套不同版本的PCS7系統(tǒng)同時運行，主工藝的操作控制在英文PCS7控制系統(tǒng)，煙氣處理部分由中文PCS7控制系統(tǒng)進行監(jiān)視。

系統(tǒng)硬件配置如下：

英文PCS7系統(tǒng)：一個獨立S7-400控制器（集成網(wǎng)絡通訊端口、Profibus DP接口），8個ET200I/O站，2臺操作站（其中一臺兼做工程師站）。

中文PCS7系統(tǒng)：一個獨立S7-400控制器（Profibus DP接口），一塊CP443-1網(wǎng)絡通訊卡，7個ET200I/O站，2臺操作站，一臺工程師站。

其中，工藝現(xiàn)場的2套布袋收塵西門子S7-300 PLC通過光纖通訊進入中文PCS7系統(tǒng)。工程師站還通過OPC接口與工廠數(shù)采服務器連接，將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳至工廠管理網(wǎng)。

系統(tǒng)結構網(wǎng)絡圖如圖1。

4 軟件組態(tài)

組態(tài)/編程軟件采用西門子公司新推出的過程控制系統(tǒng)SIMATIC PCS7。SIMATIC PCS7為儀表和控制（I&C）裝置提供全集成的工程系統(tǒng)，并支持系統(tǒng)范圍和工廠范圍的項目處理。而卡爾多爐的控制邏輯主要有油槍、氧槍連鎖，加料小車連鎖、爐子傾轉等連鎖。

4.1 順控（SFC）應用于卡爾多爐加料系統(tǒng)

SFC是用于順序控制的生產(chǎn)過程包括生產(chǎn)順序控制的簡單圖形。即我們根據(jù)工藝控制要求，在SFC塊中只需要輸入相應的邏輯條件，就可以完成其順序控制過程，而不需要我們編寫復雜的控制程序。卡爾多爐加料系統(tǒng)采用了SFC功能，我們直接調用PCS7中的SFC（順序功能圖）塊來完成。加料小車速度曲線的控制要求特別嚴格，加料小車在裝料位置（loading position）、等待位置（rest position）、卸料位置（charging position）三個位置按順序滿足一定的條件才能依次執(zhí)行下一個動作。如果將SFC、CFC（連續(xù)功能圖）和Wincc結合起來用，為順序控制的操作員控制和可視化提供了集成的解決方案。

4.2 組織塊及PID控制

PID控制在卡爾多爐油槍、氧槍系統(tǒng)是個重要的控制。而PID程序的編制及上位系統(tǒng)設計都是很麻煩的過程。對此，我們直接調用PCS7 Library中的標準塊來完成，經(jīng)過編譯后可直接在上位系統(tǒng)中生成PID標準控制界面。

如，在油槍系統(tǒng)中油槍氧氣調節(jié)閥2031-FC1的外部設定值是根據(jù)重油流量來調節(jié)；在氧槍系統(tǒng)中壓縮風調節(jié)閥2032-FC2開度根據(jù)壓縮風流量FT2032進行調節(jié)，氧槍氧氣調節(jié)閥的外部設定值是根據(jù)壓縮風流量FT2032經(jīng)過比例運算來調節(jié)，所以標準的PID界面給現(xiàn)場操作人員提供了方便。

4.3 標準的設備操作界面

SIMATIC PCS7不僅提供了方便快捷的組態(tài)軟件，操作站人機界面組態(tài)采用基于windows平臺的wincc組態(tài)軟件。標準界面有設備運行的狀態(tài)指示、運行時間、運行反饋信號、手/自動選擇及狀態(tài)指示、就地/遠方狀態(tài)選擇及狀態(tài)指示，在Interlock里面看到設備的連鎖條件，也可在此條件下選擇條件是否參與連鎖，方便了工程技術人員調試設備。

5 PCS7通訊

卡爾多爐網(wǎng)絡通訊分為下層控制網(wǎng)、上層管理網(wǎng)。下層控制網(wǎng)采用同軸屏敝電纜，適合歐洲Profibus標準，通過每個ET200M上的IM153-1通訊卡與AS4142DP控制器互相連接，滿足現(xiàn)場信號的采集、處理和控制器的通訊，為Profibus-DP現(xiàn)場通訊網(wǎng)。上層管理網(wǎng)分為二類。一類通過OS站、ES站和控制器上的CP443-1通訊卡相連接。另一類通過OS站、ES站上的D-LINK網(wǎng)卡連接。

6 結束語

西門子PCS7系統(tǒng)，可以大大簡化系統(tǒng)的結構，減少大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和工業(yè)控制器之間、連續(xù)控制和邏輯控制之間、集中控制與分散控制之間的界限。同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應用提供統(tǒng)一的技術環(huán)境，這主要包括：（1）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理；（2）統(tǒng)一的通；（3）統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件。該系統(tǒng)已在生產(chǎn)線上得到實際使用，在該系統(tǒng)中PCS7控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場調試的長處，給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來較大的益處。這種方法對其它生產(chǎn)線或設備的控制有一定的參考作用。