DCS系统不同通讯方式在巴..._d熟料生产线的设计和应用_顾威.pdf

2023年第1期1项目介绍巴西MZBA3000t/d熟料生产线是合肥水泥研究设计院有限公司负责总体设计的一条水泥熟料生产线，该项目位于巴西东北部城市莫索罗境内，其自动化控制系统主要由中央控制室的操作管理层和现场电气控制室的现场控制层以及工业通讯网络等组成。因该熟料生产线广泛应用了各种类型的控制设备，智能设备和仪表：包括生料质量控制系统，电动机控制和保护单元，总线型仪表等，所以在自动控制系统组态中，充分利用西门子系统在硬件配置、软件编程上的特点，实现对不同设备的不同通讯连接：对于电机控制和保护单元，直接采用Profibus-DP总线与现场控制站连接；对于现场智能仪表，采用Profibus-PA总线与现场控制站连接；对于QCS生料质量控制系统则通过OPC技术与之通讯。通过采用不同通讯方式后，由于结构改变，大大节省了I/O模件数量及控制室的空间；同时简化了结构体系、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装和维护费用等等。本以该熟料生产线自动化控制系统为背景，具体介绍三种不同通讯方式在此项目中的具体应用。2控制系统与电动机控制和保护单元M102-P的通讯该项目在低压电动机的保护和控制上,选用了基于Profibus现场总线的ABB电动机控制和保护单元(Motor Control&Protection Unit,缩 写 为 MCU)M102-P,MCU标准的配置，完善的功能,大大简化了传统意义上的电动机回路的维护，降低了设备维护成本，同时使运行的可靠性大为增强,提高了整条水泥生产线的自动化控制程度。Profibus DP 是一种主-从式的现场总线协议，M102-P支持Profibus DP协议，在DCS系统结构中它作为Profibus从站。DCS系统循环读取M102-P各输入点的状态，并且能够对其执行控制命令。M102-P的Profibus DP通讯接口芯片采用西门子公司的SPC3 芯片，通讯介质通常采用屏蔽双绞线，其通讯速率最大为 1.5Mbit/s。在DCS系统中M102-P的硬件通讯连接如图2，可以看到现场的M102-P设备通过串联的方式，通过两根电缆进行传输，实现了相互的链接。数据信号和电源载于双工线上，可以具有任意的拓扑配置，满足不同的应用场合。通常理想情况下，单条DP 网络能挂接125 个设备，实际使用时，需要充分考虑多个DP 支路的长度总和对总线产生的影响，挂接能力明显降低。我们根据现场的实际情况，每个DP分段上最多连接了84个设备，并根据DP连接线不同走向在合适的位置增加了集线器PBHub，采用不同的通讯速率，线路末端采用标准DP终端器以防止自身通讯干扰，实际使用效果良好，达到了稳定通讯质量的目的。图1控制系统与电动机控制和保护单元M102-P的连接3控制系统基于Profibus-PA总线方式和智能仪表的通讯Profibus-PA 是通过串行总线系统进行网络连接，它提高了Profibus-DP系列产品的使用范围，是Profibus-DP 的通讯兼容扩展，PA 总线将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，是用于控制系统与现场设备之间的一种通讯方式。该项目中，在窑尾预热器和窑头篦冷机热工测点集中的区域安装有大量的温度变送器和压力变送器负责对预热器锥体物料温度，压力以及对篦冷机相关风机出口压力，风量等进行测量。温度变送器和压力变送器分别选用具有通讯功能的智能仪表。为了实现与上述仪表的通讯连接，我们在系统窑尾和窑头现场站主控制器采用 Link+Coupler 结构的Profibus-PA总线和变送器进行通讯，读取来自现场温度压力等智能仪表的数据。中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-64-02【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.022DCS系统不同通讯方式在巴西MZBA3000t/d熟料生产线的设计和应用顾 威（合肥水泥研究设计院有限公司，安徽 合肥 230051）工艺装备顾 威：DCS系统不同通讯方式在巴西MZBA3 000 t/d熟料生产线的设计和应用-642023年第1期首先将现场温度和压力变送器通过总线电缆串接到 DP/PA Coupler 耦合器上，DP/PA Coupler通过ET200M/LINK 连接到主控制器。由于窑头和窑尾温度压力仪表数量较多和集中，考虑到DP/PA Coupler 耦合器受驱动容量的限制以及每条总线上挂的节点不宜过多的缘故，将窑头和窑尾的仪表按区域集中的方式分为3个部分，每一个部分仪表通过各自PA总线连接到控制系统中。在现场首先利用SIMATIC PDM 软件设置好地址和相关参数，然后在DCS系统硬件视图中导入对应的GSD文件，在组态网络时 ET200M/LINK 需要在硬件中进行组态，PACoupler 耦合器不占用地址，故硬件组态时不需考虑耦合器的配置，所有 PA 仪表均作为 ET200M/LINK的从属，独立于Profibus-DP单独进行编址，在一条总线上的每一个PA仪表都有其唯一的地址，DCS系统通过此“地址”完成扫描和读取PA仪表的信息。例如窑头现场控制站与PA智能仪表的连接如图2所示。图2控制系统与PA智能仪表的连接4控制系统与QCS生料质量控制系统的通讯QCS生料质量控制系统是用于水泥厂生料配料控制的计算机系统,是以生料的KH、SM、IM三率值等为控制目标,是水泥厂自动化控制的重要环节。生料质量控制系统采用我公司QCS系统,QCS生料质量控制系统由 X荧光分析仪和 QCS控制系统组成,X荧光分析仪主要用于出磨生料及各配料原料的化学成分分析,X荧光分析仪经过成分分析后，自动将分析结果及相应标识传送至QCS控制系统，QCS控制系统根据来自DCS系统采集的各生料配料秤数据和X荧光分析仪的分析数据进行分析，计算出一个周期内的实测三率值以及它们与目标值之间的偏差，QCS系统按一定的优化算法求出新的物料配比，传送给DCS控制系统,控制皮带秤进行配料，在几个周期内将生料三率值控制在满足要求的范围内。QCS 系统要与 DCS 系统实现通信，利用 OPC（OLE for Process Control用于过程控制的OLE）工业标准进行数据交换和通讯是两个系统进行数据交换的最好平台。为了实现 QCS系统与 DCS系统的OPC通讯,首先采用以太网连接方式将DCS系统与QCS系统网络进行连接;DCS系统作为OPC的服务端,QCS 控制系统作为 OPC 客户端,在 DCS 系统WINCC 变量管理器添加 OPC 通道设置本机作为OPC Server，并且将 OPC数据变量添加在 DCS服务器中,DCS 系统设置完毕,QCS 控制系统就可以以OPC 客户端的方式访问 DCS 的 OPC Server,并将OPC客户端的标签变量名字和DCS的OPC Server标签变量名字设定为相同,双方就可以自动地进行OPC通讯,QCS生料质量控制系统与DCS系统连接见图3。图3控制系统与QCS生料质量控制系统的连接5结语根据水泥工业生产工艺特点和控制要求，对水泥生产线控制系统的不同设备采用不同形式通讯方式，采用通讯方式取代了传统信号的连接，减少了现场电缆，方便了设备之间的维护，提高了系统的控制精度，增强了系统运行的可靠性和稳定性，同时，通过通讯方式将现场设备的控制和生产管理紧密结合，实现了控制，管理和监视的一体化，大大提高了水泥生产线综合自动化水平。（收稿日期：2022-10-17）工艺装备顾 威：DCS系统不同通讯方式在巴西MZBA3 000 t/d熟料生产线的设计和应用-65