1 引言
哈尔滨水泥厂新建了一条日产1000t的窑外分解窑、两台MPS立式生料磨和两台辊压机,并对两条半干法回转窑进行了改造,引进了许多国外进口设备,自动化程度有了很大提高。
自动化控制系统是由美国贝利公司提供的N-90集散型控制系统(DCS),整个项目由选型到组态设计由合肥水泥研究设计院与我厂联合承担。
2 硬件配置
系统主要是由三部分组成,两台管理命令系统(MCS),两台工程师工作站(EWS)和五个过程控制单元(PCU),它们之间通过冗余的厂环环路连接起来。
2.1 管理命令系统(MCS)
中控室配备二台热冗余MCS操作站,每台MCS带有硬盘、软驱、二块CPU卡、一块磁盘服务器(DSV)、一块串行口卡、三块图形卡、三块存贮器卡及三台CRT和键盘。这样二台MCS就有6个CRT和键盘提供给操作员作为人机界面,构成N-90集散控制系统的操作监控级,操作员通过键盘操作对过程控制单元进行操作,来完成对现场设备的开停,参数的调整及对全厂工况的监控。
2.2 工程师工作站
工程师工作站由PC机与计算机接口单元(CIU)组成,作为工程师与N-90控制系统通讯的工具,主要完成组态程序设计、画面图形制作及对过程控制单元的主模件进行程序下装、修改、上收等管理功能。同时,还可以对系统进行参数监测。
2.3 过程控制单元(PCU)
5个过程控制单元(PCU)分别为五号窑系统、四号窑系统、MPS2450立式磨系统、MPS3150立式磨系统及辊压机系统,它们构成了N-90集散型控制系统的核心,一个过程控制单元(PCU)是一个整体,包括模件供电电源、I/O供电电源、冗余多功能处理器模件(MFC)、I/O从模件和I/O端子模件。MFC是一个多环路的模拟、顺序、批处理和增强型控制处理器,它提供带有增强数据采集功能的信息处理,整个系统的MFC都使用了冗余配置。MFC与现场设备的通讯通过I/O从模件和端子模件来完成。PCU内的模件之间通过模件总线进行通讯,PCU机柜之间通过厂环接口模件(LIM)/总线接口模件(BIM)来通讯。
2.4 厂环
厂环通讯系统是一个无主次封闭系统,采用双环冗余,提高了环路通讯可靠性,并通过厂环,将管理命令系统(MCS)、工程师工作站(EWS)和过程控制单元(PCU)连接起来,各节点之间通过厂环进行通讯。
3 软件体系
N-90系统提供的系统软件包括有数据库设计、画面显示制作及趋势显示制作等组态。
3.1 数据库组态
数据库系统使用N-90集散控制系统提供的系统软件和DBASEⅢ-PLUS软件,定义了7500个数据库标签。这7500个数据标签又可分为7种数据类型,分别为MCS系统提供操作、监视和报警数据标识,同时定义了趋势显示数据库标签。
3.2 程序组态
N-90系统提供了功能强大的功能码,且功能码固化在主模件中,所以程序组态非常方便、灵活,组态程序主要有:
(1)RTD.输入组态
(2)TC.输入组态
(3)模拟量输入组态
(4)顺控组态
主要包括用户定义功能码和顺控逻辑组态,设备分组操作,每一组设备又按工艺流程要求按顺序开停,具有延时开停、急停、报警等功能。
(5)过程控制组态
为了使生产过程处于最佳工作状态,在组态时,做了许多闭环控制系统,采用PID单回路控制。同时,具有闭环和开环控制切换功能,使用方便、灵活。
3.3 画面组态设计
画面组态包括标准图形符号制作和监视显示画面制作两部分,按照生产工艺的要求,制作了流程总图和分部流程显示图,在每一画面都可进行操作、监视和调整,共作了24幅画面显示图形。
3.4 趋势图制作
为记忆工艺参数的历史变化情况,定义了300个趋势,根据实际情况制作了16幅趋势显示画面。趋势数据有1min采集和15s采集两种,可按工艺要求选择采集时间。同时,定义趋势显示保留48h,为工艺故障的分析判断提供了依据。
4 应用体会
N-90是以微处理器为基础的高度模件化的系统,采用厂环通讯网络,并具有顺控、过程控制、数据采集、报告打印等控制和管理功能,硬件配置十分灵活,系统配置可大可小,组态灵活方便,控制策略和控制逻辑修改方便,可集中操作,分散控制。但在实际应用中也有一些值得注意的地方。
(1)N-90系统对接地、供电系统要求比较严格。所以,在最初安装时一定要做一个规范的接地系统,且各个节点要星型焊接式连接。供电系统应给N-90系统提供一个单独的隔离变压器,使各个节点供电电源都来自一个变压器。
(2)各节点应加UPS电源,以减少因停电而造成的冲击。1994年我厂MCS曾因突然停电又突然供电而损坏二块图形卡,损失十几万元。增设UPS后,再没发生损坏设备现象。
(3)PCU站应加风量检测,以确保通风正常,防止因通风不畅而使模件电源过热跳停。
(4)高压电缆、低压电缆及信号电缆,应分开敷设,防止干扰及因某种原因引起的电缆损坏造成信号接收板烧损现象。4～20mA信号的屏蔽与隔离非常重要,屏蔽隔离不好造成信号失真,同时还应注意4～20mA信号接地问题,信号不共地或多点接地也会造成干扰与失真。
(5)电机运行反馈常取接触器信号,这样现场如有故障,有时不能及时发现,如螺旋输送机脱节,电机不转等情况,中控室不能及时发现,应在关键设备上增加接近开关、失速仪等检测装置,监测设备实际运转情况。
(6)在顺序控制中,按照工艺要求加上了许多联锁,而有些设备独立性很强,在设备运转中又相当关键。象这样的设备最好采用单独成组控制,以避免造成不必要的停窑。N-90系统每块I/O模件都有几路通道控制几台设备,如果只有一路DI或DO出问题,在线换模件很不方便,最好是关键设备或几台关键设备在一块模件上控制,而一般设备在一块模件上控制,一旦有换模件情况,不致于造成停窑。
(7)我厂的DI输入使用的是127V AC信号,从实际应用看有时会造成偷停现象,即从端子处量127V AC信号正常,而DI输入检测失真,这种情况多次发生,是否是由信号引起还没有定论。笔者认为DI最好选用125V DC或增设继电器柜,将现场220V AC信号转换为24V DC信号作为DI信号,这样既起隔离作用,又可防止信号失真。
(8)计算机系统关于故障分析、故障判断、过程参数记忆功能不全。在有故障时,特别是突然停车及启动不了时,提供的分析判断依据很少,很难判断是什么原因造成的。所以,无论是系统本身还是组态设计都应特别注意故障处理和故障分析,以减少检查时间,提高运转率。
(9)我厂使用的MCS很多配件都属专用件,备品备件供应较困难。如果操作站为通用机型,如PC机,可节省资金,减少备件,同时维修方便,投资也很少。
(10)过程控制单元(PCU)的现场控制室必须做好防尘、密封处理。同时,必须安装空调,以保证控制室温度正常。
5 结束语
哈尔滨水泥厂改造后自动化水平有了很大的提高,但不管集散型控制系统多么先进,都离不开现场实际。所以,在实际运行中必须要保证现场检测仪表和执行机构运行准确可靠,这样才能给过程控制提供真实的运行环境。还要保证电气部分可靠,才能使顺序控制正常。
要提高企业的自动化水平,并且要保障自控系统安全、可靠、稳定的运行,企业必须培养一批高素质的电气、仪表、计算机专业技术人员,才能使电气、仪表、集散型控制系统能准确可靠地运行,也才能使控制系统真正发挥作用,从而为企业带来技术经济效益。
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