ABB Industrial IT AC800F系統(tǒng)在水泥生產中的應用

郭光成

（旺蒼西南水泥有限公司，四川 廣元 628201）

1 Industrial IT系統(tǒng)概述

Industrial IT是ABB公司發(fā)行的一種功能強大的綜合型開放控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將PLC和傳統(tǒng)的DCS優(yōu)點融于一身，不但擁有與高檔PLC水準等同的高速邏輯、順序控制能力，還擁有DCS的那些復雜模擬回路調節(jié)控制能力，系統(tǒng)既能夠與常規(guī)I／O相連接，又可以與各種現場總線設備相連接（如ProfiBus、FF、CAN、Modbus等）。整個系統(tǒng)分為操作管理級和過程控制級，在操作管理級上能夠實現控制系統(tǒng)的監(jiān)控（控制操作和畫面顯示、趨勢顯示、故障報警和報表打?。?、系統(tǒng)硬件以及不同系統(tǒng)之間數據交換的功能；在過程控制級上能夠實現包括各種復雜控制在內的回路調節(jié)（例如各種PID、比值調節(jié)等）和順序控制、批量間歇控制以及高速邏輯功能。

2 系統(tǒng)硬件設計

整個生產線DCS控制系統(tǒng)共設5個現場控制站和1個遠程站。其過程站之間以及與中控室之間的通信網絡采用TCP／IP協議的環(huán)形工業(yè)以太網，通信介質選用抗干擾能力較強的光纖；遠程站與現場控制站之間的通信選用Profibus－DP總線，通信介質選用DP電纜?？刂葡到y(tǒng)結構如圖1所示。

3 系統(tǒng)組態(tài)

選用ABB Freelance 800FV8.1SP1集成軟件包對整個DCS系統(tǒng)進行編程、組態(tài)、調試以及監(jiān)控。整個DCS系統(tǒng)軟件設計分為硬件組態(tài)、通信組態(tài)、編程、操作員站畫面組態(tài)以及網關設置。

3.1 硬件組態(tài)

硬件組態(tài)是根據現場過程站各組件的實際安裝情況，在Control Builder F中進行相應順序的排列連接來完成的。以原料磨過程站硬件組態(tài)為例，AC800F控制器基架上安裝有必須的電源模件（SA811），以及用來完成工程師站、操作員站、OPC服務器之間通信的以太網模件（EI813）；由于原料磨過程站有本地I／O站和一個原料處理遠程I／O站，基架上還安裝有2個Profibus－DP模件（FI830）；根據FI830與CI801連接圖以及CI801與現場S800I／O模塊連接圖，完成原料磨過程站硬件組態(tài)，如圖2所示。

圖1 ABB Industrial IT控制系統(tǒng)結構圖

以同樣方法完成窯尾過程站、窯頭過程站、水泥磨過程站、水泥包裝過程站的硬件組態(tài)和參數設置，并插入網關以及操作員站。需要注意的是整個組態(tài)期間，每一個過程站、S800I／O模塊、操作員站、網關名稱必須唯一，以便后續(xù)的軟件設計和查找。

3.2 通信組態(tài)

通信組態(tài)在整個軟件設計中相對比較簡單，整個DCS系統(tǒng)可以看作是一個局域網。只要按照規(guī)則的、符合相關通信協議的設置來配置DCS系統(tǒng)各部分參數即可。

首先，為Control Builder F（工程師站）分配IP地址172.16.1.1，默認網關為255.255.240.0；為了便于統(tǒng)一編號和記憶，可以為其分配端口號為1。按照局域網TCP／IP協議的規(guī)則和軟件設計中的習慣性原則，為每個過程站（AC800F）、DigiVis、OPC服務器網關分配IP地址、端口。系統(tǒng)網絡配置如圖3所示。

圖2 原料磨過程站硬件組態(tài)圖

圖3 系統(tǒng)網絡配置

3.3 編程

本文的編程主要是指應用編程語言（FBD、LD、IL、SFC、ST等）對整個控制系統(tǒng)進行數字量邏輯運算、順序控制以及模擬量采集、連續(xù)控制（如PID、開環(huán)控制）等。本系統(tǒng)應用FBD編程語言，并且Control Builder F軟件提供了大量的、基本的數字量邏輯控制模塊和模擬量監(jiān)測控制模塊。編程中一個重要、便捷的方法就是自定義一些符合現場設備控制要求的、大量使用的通用功能程序塊（包括操作面板），這樣可以減少重復編寫相同程序段，大大縮短了軟件開發(fā)時間。

變量的編寫是程序編譯的一個重要環(huán)節(jié)，它是聯系現場信號與中控控制系統(tǒng)的紐帶。在對各AC800F過程站進行編譯時，首先要對現場S800I／O模塊進行I／O編輯，以確保現場模塊通道與程序變量一一對應，以便在編程中使用這些變量而不用直接訪問硬件地址。變量編寫好后便可被調用，再配合使用具有特定功能的功能塊用以編寫現場設備控制程序，最終通過在操作站的操作界面上調用相應的操作面板實現控制功能?？刂瞥绦虿粌H能夠完成對單臺設備的控制功能，而且可以對多臺設備進行分組控制、順序啟停，這樣既節(jié)約了啟、停機時間，當某臺設備突發(fā)故障時又能夠起到工藝保護作用。

3.4 操作員站畫面組態(tài)

DigiVis顯示的畫面組態(tài)是在Control Builder F中預先定義的。所要顯示的畫面內容（如變量趨勢圖、總貌顯示、事件記錄顯示等）數據更新時間可以定義為小于1s。

3.5 網關設置

OPC客戶端（第三方軟件）通過OPC服務器訪問DCS系統(tǒng)中的部分變量，網關設置也就是OPC服務器的設置。通過設置限定OPC客戶端對DCS系統(tǒng)中變量的讀、寫操作以及限定訪問范圍。

4 DigiVis（操作員站）的應用

DigiVis使用運行在Microsoft Windows操作系統(tǒng)下的計算機作為硬件設備，它既可以是商務計算機，也可以是工業(yè)計算機，沒有特殊要求。

DigiVis可以通過一系列標準預定義顯示［如報警顯示、系統(tǒng)顯示（模件診測）、總貌顯示（目錄表）、趨勢顯示（歷史數據）、組顯示、SFC顯示、事件列表顯示、控制操作面板顯示（基于對標簽的操作）等］功能進行實時監(jiān)控，其圖形數量無軟件限制，畫面數據更新時間短（小于1s），可以由編程軟件定義。

5 Industrial IT AC800F在水泥生產自動控制中運用的優(yōu)越性

水泥制造工藝連續(xù)強，物料流量大，從原材料投入到原料粉磨，再到熟料煅燒到水泥成品生成，整個水泥工藝生產過程復雜多變。煤粉制備系統(tǒng)在熟料煅燒過程中扮演著十分重要的角色，而這個過程又帶有潛在爆炸危險，因此就要求系統(tǒng)在控制過程中具有很高的可靠性，以保證各項數據的可靠傳輸，使現場設備故障處理不影響系統(tǒng)的正常工作；一旦發(fā)生事故，能夠把事故危險系數降到最低，以避免危險發(fā)生。

ABB Industrial IT AC800F系統(tǒng)的智能化程度和靈敏性程度基本可以滿足這些需求。工程師站可以與OS操作員站并存于同一臺計算機，當操作員站出現故障時可以使用工程師站上的DigiVis操作；工程師站出現故障時也可以在操作員站上進行操作，這樣就保證了上位機的可操作性。系統(tǒng)下位機做冗余設計，卡件可以即插即用，這樣便保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6 結束語

2009年4月旺蒼西南水泥有限公司一期日產2 500t水泥熟料生產線正式投入運行以來，運行狀態(tài)穩(wěn)定，各項控制功能完全能夠滿足水泥生產工藝要求。首先，實現了水泥生產的全面自動化控制，大幅度提高了全廠各工序間的協調調度能力；其次，整個控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，從很大程度上減輕了崗位工作人員的勞動強度；再次，由于系統(tǒng)完善的設計，使各項數據能夠快速反饋，并能通過報表趨勢圖等形式記錄保存下來，這對于預知性維護設備、查找故障原因，有效地保護設備起到了非常大的作用。