摘要：本文介紹了PCS7在鈦白粉廠中的應(yīng)用，分別對其應(yīng)用的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)，分析其特點、用途，實現(xiàn)管控一體化。 關(guān)鍵詞：PCS7現(xiàn)場總線ProfibusWincc 一、項目簡介 鈦白粉已成為世界無機化工產(chǎn)品中銷售量最大的3種商品之一，僅次于合成氨和磷酸，列第三位。我國的鈦白粉總產(chǎn)量徘徊于世界第三名到第二名之間。中核華原鈦白股份有限公司是中國首家引進國外先進技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備建設(shè)的國內(nèi)第一座萬噸級鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)。由于一期生產(chǎn)線已應(yīng)用十幾年，為增強企業(yè)后勁，開創(chuàng)新的經(jīng)濟增長點，鈦白二期生產(chǎn)線建設(shè)也就應(yīng)運而生，此時，年生產(chǎn)能力將達到3萬噸。 二、系統(tǒng)介紹 目前，世界上生產(chǎn)鈦白粉的方法有兩種：硫酸法和氯化法。此次二期工程采用工藝比較成熟的硫酸法，共分31個工段，工藝流程見下圖： 三、控制系統(tǒng)構(gòu)成 本工程控制系統(tǒng)采用西門子的PCS7控制系統(tǒng)，SIMATICPCS7系統(tǒng)是面向工業(yè)過程的分布式的全集成控制系統(tǒng),擁有良好的用戶界面及強大的系統(tǒng)功能塊庫，能大大節(jié)省系統(tǒng)編程組態(tài)的時間和費用。它綜合了DCS，PLC及現(xiàn)場總線的技術(shù)。開放式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、開放式操作系統(tǒng)、以及開放式接口使公司范圍也即從生產(chǎn)級到管理級的整個信息系統(tǒng)集成最優(yōu)化。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，可按系統(tǒng)進行配置，具有高電磁兼容性和強的抗震性、沖擊性，具有很高的工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性。無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)維護，易于掌握等特點。當(dāng)控制任務(wù)增加時可自由擴展。由于簡單適用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活。 具體配置見下圖： 從上圖可以看到：該工藝控制系統(tǒng)將鈦白二期的6臺AS、2臺冗余的服務(wù)器、7 臺操作監(jiān)控站OS和鈦白一期的TELEPERMM控制系統(tǒng)、辦公樓的管理網(wǎng)絡(luò)用光纖連接起來。組成兩級環(huán)行光纖冗余以太網(wǎng)。6個AS（CPU416-3）的ProfibusDP總線上共連接40個ET200M站、72個其它廠家的DP站和42個3UF50。采用SIEMENS高速以太網(wǎng)光纖通信模塊 OSM,大大加強了網(wǎng)絡(luò)抗電磁干擾的能力,省去了采用普通雙絞線連網(wǎng)所必須考慮的防雷擊及過電壓保護的措施,使得控制系統(tǒng)安全可靠,風(fēng)險系數(shù)大大降低。由于網(wǎng)絡(luò)廣泛地采取了冗余技術(shù),使系統(tǒng)的可靠性得到了充分保證。 該控制系統(tǒng)的特點如下： 過程控制級： 我們采用-ProfibusDP，它是在歐洲乃至全球應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。ProfibusDP是一個主站/從站（Master/Slave）總線系統(tǒng)，主站功能由控制系統(tǒng)中的主控制器來完成。 主站在完成自動化功能（調(diào)節(jié)、控制）的同時，通過循環(huán)的和非循環(huán)的報文對現(xiàn)場儀表及智能電氣設(shè)備進行全面的訪問。 PROFIBUS-DP總線的構(gòu)成介質(zhì)，可以是雙絞線電纜，也可以是光纜。其最大長度可達23.6KM（公里）。而其通訊速度可達12MbpS。亦即 ET-200M站可以放在信號比較的集中現(xiàn)場，用一根雙絞線電纜，把現(xiàn)場的測量量，用數(shù)字通訊的方式送到控制器中。這樣可以省掉大量的電纜和橋架與安裝、調(diào)試工時，僅硬件線纜及接線就比傳統(tǒng)的集中控制就節(jié)省40%的費用。每條PROFIBUS-DP總線最多可接96個ET-200M站。各ET-200M站是經(jīng)PROFIBUS-DP總線串聯(lián)起來的。在每一個AS的掃描周期的開始，AS的CPU將所有的輸入信號，只用幾十個微妙的時間內(nèi)送進控制器中，并存在 RAM的PII區(qū)中。在掃描周期的末尾，又把所有的輸出信號，送到輸出模件中去。 此次AS站采用CPU416-3，它可以拓展成3條PROFIBUS-DP總線，此次我們采用2條DP總線，一條用于連接 ET200M站，采集儀控信號，此ET200M帶有帶電熱插拔特性,允許控制站中的信號模塊在系統(tǒng)運行的情況下插拔,而無需停止系統(tǒng),大大提高了系統(tǒng)的可靠性。另一條DP總線用于采集電氣信號，用于連接SIMOCODE-3UF50以及其它廠家的DP站。此次75KW以上的電機保護選用SIMOCODE- 3UF50，實現(xiàn)了電機的開關(guān)柜、繼電器柜、現(xiàn)場操作箱一體化，從而大大減少了它們互相之間的連線，帶來的好處是不言而喻的。從而實現(xiàn)電機超溫、相不平衡、超電流、卡機、斷相、停機時間的自動保護；可得到：三相電流數(shù)值、電機的實際溫度、相間的不平衡情況、斷相記錄、電機的開關(guān)狀態(tài)、電機的開停次數(shù)的統(tǒng)計、脫扣次數(shù)統(tǒng)計等參數(shù)，并且傳到上位機OS，使得電機的運行狀態(tài)變得清晰起來； 車間管理級： 采用環(huán)行光纖以太網(wǎng)，將6個AS和兩臺冗余的服務(wù)器連接到一起。整個控制系統(tǒng)的控制中心，即兩臺互為備用的服務(wù)器設(shè)置在集控室內(nèi)。集控室還設(shè)置一臺工程師站，用于系統(tǒng)控制程序的編制、調(diào)試、在線修改。服務(wù)器運行的一套軟件將完成中央管理、現(xiàn)場分散控制和通訊等所有的控制功能，所有現(xiàn)場控制軟件都在控制中心進行開發(fā)、修改、調(diào)試和下裝。冗余中心服務(wù)器與操作員站和工程師站通過冗余的以太網(wǎng)相連。PCS7系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以模塊化計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，使用工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。該系統(tǒng)采用主從客戶機服務(wù)器方式。一臺專用的服務(wù)器用來為諸如操作員界面單元的多用戶服務(wù)。系統(tǒng)不采用分散式的數(shù)據(jù)庫或者將數(shù)據(jù)庫復(fù)制后存儲于操作員站的方式。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)全面支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制及圖形用戶界面等系統(tǒng)功能。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的軟件和硬件，該網(wǎng)絡(luò)支持多種廣域網(wǎng)，已將可能的接點連接成為一個整體的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP，通過系統(tǒng)應(yīng)用程序 直接生成界面。該系統(tǒng)支持用全功能的圖形操作界面通過標(biāo)準(zhǔn)的撥號方式進行遠程組態(tài)和操作。該系統(tǒng)為可擴展的結(jié)構(gòu)以便于將來系統(tǒng)的擴展。一方面，新增加的操作員站不需要添加另外的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和I/O服務(wù)器就能連入系統(tǒng)，另一方面，數(shù)據(jù)庫容量的增加也是簡便易行的，例如只需要輸入一個新的授權(quán)使用號，而不是增加另外的數(shù)據(jù)庫服務(wù)或I/O服務(wù)器。 現(xiàn)場的雷蒙磨、球磨機、閃蒸設(shè)備都是廠家供的成套設(shè)備，控制系統(tǒng)是獨立的，我們需要與之通訊，因為SIEMENS的PCS7控制系統(tǒng)具有很強的軟連接技術(shù)，使我們的工作變得簡單容易。 工廠管理級 在兩個以太網(wǎng)之間接有兩臺服務(wù)器，作為整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器，同時也是冗余的。在以太網(wǎng)2上接有七臺操作監(jiān)控站（OS），它們作為工藝控制站使用的。在以太網(wǎng)2上有一個通訊網(wǎng)關(guān)—OSM安裝在鈦白一期的控制室內(nèi)的，可通過ITP電纜與安裝在WINOS的接口卡—CP1613連接，以實現(xiàn)和鈦白一期的控制系統(tǒng)TELEPERMM通訊。在以太網(wǎng)2上還有1個網(wǎng)關(guān)–OSM安裝在辦公樓內(nèi)，提供有4臺終端組成管理網(wǎng)。其中的一臺安裝有與OSM 通訊的CP1613網(wǎng)卡。就在該計算機內(nèi)還安裝了普通的商用網(wǎng)卡。通過這個網(wǎng)卡和商用以太網(wǎng)進行通訊。這個網(wǎng)絡(luò)可擴很多監(jiān)視終端。在這個網(wǎng)絡(luò)上可建立調(diào)度網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)，可連接 INTERNET網(wǎng)，通過IE瀏覽器實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的監(jiān)視。 該控制系統(tǒng)具有很強的數(shù)據(jù)交換能力，具有與在TCP／IP網(wǎng)絡(luò)上其它相似的PLC或SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相連的接口。即該系統(tǒng)能從所在網(wǎng)絡(luò)上的其它系統(tǒng)，尤其指外網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)和向其發(fā)送控制指令。該系統(tǒng)還支持用標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢向下列數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)讀取和寫入數(shù)據(jù)：ACCESS、ORACLE、MICROSOFTSQL，該讀寫過程是根據(jù)事件表進行的，或者由事件或操作員請求激活。該系統(tǒng)能向微軟Excel傳遞批量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能夠向支持DDE的第三方應(yīng)用程序傳遞數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)也能夠獲取。系統(tǒng)開放性強，使用OPC或ODBC技術(shù)使系統(tǒng)很容易連接到企業(yè)管理網(wǎng)，可與常見的辦公軟件進行數(shù)據(jù)交換，可大幅度地降低工程設(shè)計，維護費用。這使得與鈦白廠一期的控制系統(tǒng)和工廠管理網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換變得更加容易。 工業(yè)過程監(jiān)視: 利用WINCC及監(jiān)控中心計算機組成的生產(chǎn)流程監(jiān)視，可以對生產(chǎn)過程中的壓力、溫度、流量、液位、電機的運行狀態(tài)進行顯示、報警，WINCC畫面是根據(jù)生產(chǎn)流程而畫出來的，可以使操作人員一目了然，給維護人員也帶來了方便。 1）每臺CRT的畫面可分三個區(qū)： 總貌區(qū)：在每幅畫面的上部，不管CRT處于那種畫面，它總是存在。負責(zé)顯示整個工藝的工段的劃分，報警匯總，時間，日期，畫面種類的切換等。因此無論何時，你中可看到整個工廠的報警總態(tài)； 工作區(qū)：工作區(qū)站了CRT面積的大部分。工作區(qū)用于工藝生產(chǎn)的顯示、操作、控制、分析工藝參數(shù)之用； 操作鍵區(qū)：位于CRT的底部，一般為一行。用于選擇操作種類。 2）CRT的工作區(qū)的顯示分如下種類： 工藝流程圖：流程圖的分辨率一般設(shè)為1024＊768。彩色、立體。為了高屋建瓴地通觀全局、又能細觀每個局部，每臺設(shè)備，一般將工藝流程畫面分三級或四級。第一級一般比較抽象，二、三級則比較具體。這些畫面的切換簡單、快捷，一般是只須一個動作，在一秒鐘之內(nèi)完成。 報警畫面：在工藝生產(chǎn)中發(fā)生的設(shè)備故障、儀表測量量的超限、工藝操作的錯誤、順控中的卡殼以及控制系統(tǒng)本身的自診斷故障等，這些報警一方面可在打印機中打印出來，（這樣優(yōu)點浪費紙張–—因此在一般情況下不打印）另一方面，將這些報警信息在CRT上，以畫面的形式顯示出來。每一條報警信息包括：報警內(nèi)容、發(fā)生時間、現(xiàn)在的實時狀態(tài)、報警類別等，中文顯示。 標(biāo)準(zhǔn)控制畫面：包括閉環(huán)控制、開環(huán)控制、順控、組控、棒條顯示、數(shù)碼顯示、組顯示等畫面。 歷史趨勢曲線畫面：單條、組條，單組、雙組、四組顯示等。 報表畫面：一些工藝分析畫面、報表等也可在CRT上顯示。 混合畫面：在工藝流程畫面中，隱含標(biāo)準(zhǔn)顯示畫面、標(biāo)準(zhǔn)控制畫面、歷史趨勢曲線組顯示、報警畫面等，一旦將隱含鍵打開，相應(yīng)的隱含畫面—它們常被稱為窗口。這些窗口的大小在組態(tài)時就確定好了的。一方面要看得清，同時要盡量小，使得畫面清新。一般情況下，工藝人員只需在工藝流程畫面上操作。在確定的虛擬鍵點擊一下，即可打開相應(yīng)的操作窗口。 如閉環(huán)控制、開環(huán)控制、順控、邏輯控制等控制畫面，也可打開顯示窗口，顯示模擬量的數(shù)字（以棒條、棒條組、餅圖、數(shù)字），開關(guān)量的狀態(tài)，各種量的歷史趨勢曲線，順控執(zhí)行中具體步驟和狀態(tài)，各種批處理過程的分析表報等進行工藝過程的操作、監(jiān)視、分析、程序修改、控制、統(tǒng)計、參數(shù)的改正等，當(dāng)這些操作完成后。可以把這些窗口關(guān)掉。在這些畫面上可同時打開5個窗口。當(dāng)繼續(xù)打開第6個窗口時，會自動把第一個窗口關(guān)掉。每一幅畫面可 3）命令鍵區(qū) 在CRT的工作區(qū)的底部是命令鍵區(qū)。這里可根據(jù)工作區(qū)的畫面，設(shè)計在操作時可能用到的虛擬鍵，它包括數(shù)字鍵、命令鍵、確認(rèn)鍵等。 四 結(jié)束語 新一代過程控制系統(tǒng)PCS7既繼承傳統(tǒng)的DCS功能又融入了開放的現(xiàn)場總線技術(shù)，鈦白二期現(xiàn)場系統(tǒng)各層次應(yīng)用的站點之多，總線之長，實現(xiàn)實時監(jiān)控在國內(nèi)并不多見，而且與鈦白一期網(wǎng)絡(luò)TELEPERMM系統(tǒng)和工廠的管理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享，無縫連接。