Geinus I／O總線技術(shù)及其在水泥廠的應(yīng)用
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3．3 Genius I／0總線技術(shù)指標(biāo)
通信速率：153．6Kbit；Genius總線最長(zhǎng)通信距離可達(dá)2．3公里；一條總線上最多可連接32臺(tái)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、PLC和其它設(shè)備；支持的物理介質(zhì)包括雙絞線和光纖；總線掃描時(shí)間獨(dú)立于PLC掃描時(shí)間；對(duì)每個(gè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)吞吐量為：發(fā)送128 bytes，接收128 bytes。
4 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)廠規(guī)模、各工藝流程的設(shè)備、生產(chǎn)工藝要求及各流程總圖布局和生產(chǎn)管理的合理性要求等多種因素，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一分散控制集中管理的集散控制系統(tǒng)，如圖3。系統(tǒng)分設(shè)三級(jí)，即：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)級(jí)、控制站級(jí)、中央操作站級(jí)。通過(guò)Genius網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的通信，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)可通過(guò)以太網(wǎng)與廠上層管理網(wǎng)之間通信，實(shí)現(xiàn)資源共享。
1#6#中央操作站分別監(jiān)控石灰石破碎／原料輸送與儲(chǔ)存流程、生料制備與儲(chǔ)存流程、窯尾流程、窯頭流程、煤粉制備流程、熟料輸送和儲(chǔ)備／zK泥制備與儲(chǔ)存飽裝流程六大塊工藝流程段的生產(chǎn)。操作站互為冗余，且其中一臺(tái)兼有工程師站的功能，另配置一臺(tái)報(bào)警打印機(jī)和一臺(tái)生產(chǎn)報(bào)表打印機(jī)。設(shè)置在中央控制室內(nèi)，完成系統(tǒng)所有的操作、監(jiān)視、報(bào)警、記錄、存儲(chǔ)和報(bào)表生成等功能。
1#7#控制站分別為石灰石破碎、原料輸送與儲(chǔ)存站、生料制備與儲(chǔ)存站、窯尾站、窯頭站煤粉制備站、熟料輸送和儲(chǔ)備站、水泥制備與儲(chǔ)存／包裝站。設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)控制室，選用GE Fanue的90 - 30系列PLC，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息的采集、處理和控制的功能。
4．2 系統(tǒng)配置
Genius I／O總線需要與運(yùn)行在PLC或主計(jì)算機(jī)上的控制程序交換信息，通過(guò)總線控制器(GBC)、通信模塊(GCM)或總線接口單元(GBI)，實(shí)現(xiàn)Genius網(wǎng)絡(luò)。
以一個(gè)控制站為例，基本配置如下：CPU模塊：IC693CPU352 PLC站控制器；I／O模塊： IC693MDL645、IC693MDL940，數(shù)字量輸入、輸出模塊；IC693ALG223、IC693ALG392，模擬量輸入、輸出模塊；總線接口模塊(GBC)：IC693BEM331； Genius網(wǎng)絡(luò)電纜：屏蔽雙絞線；Genius I／O總線終端插頭：IC693ACC307；
操作站的基本配置：選用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PⅢ或PⅣ機(jī)，大于20G硬盤，大于128M內(nèi)存；Genius I／O IBM PC接口卡：IC660ELB921(單通道)，PCIM卡。
4．3 軟件配置
包括總線接口模塊的編程、PCIM卡的編程和 Genius網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的編程，前者使用GE提供的Logicmaster 90軟件，軟件具有提供系統(tǒng)的通信、診斷特性，通用的用戶界面和特性設(shè)置、通用的梯形圖指令集、I／O組態(tài)功能和可靠的通信功能。PCIM卡含串行接口軟件和PCIM管理軟件，串行接口軟件和PCIM管理軟件之間有一個(gè)公共存儲(chǔ)區(qū)，即共享RAM區(qū)域。Genius網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控由上位機(jī)人機(jī)交換界面實(shí)現(xiàn)，選用Wonderware公司的Intouch軟件實(shí)現(xiàn)；支持Windwods2000或WindwosNT4．1操作系統(tǒng)軟件運(yùn)行。
5 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)通過(guò)Genius I／O總線實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集／處理功能、控制功能和管理功能，通過(guò)軟件體系實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)采集的數(shù)字量信號(hào)有電氣設(shè)備的手／自動(dòng)信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)、各種故障信號(hào)、電源信號(hào)和設(shè)備啟／?？刂菩盘?hào)等；模擬量信號(hào)有溫度、壓力、物料流量、設(shè)備的電流等。
系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、中央控制室遙控和自動(dòng)控制三種控制方式?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制用于在自動(dòng)控制系統(tǒng)停機(jī)、或PLC停機(jī)、或電氣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、或現(xiàn)場(chǎng)處理緊急事故時(shí)，最具優(yōu)先權(quán)。遙控控制為滿足安全生產(chǎn)要求，單臺(tái)設(shè)備的啟／停，不影響其它任何設(shè)備的狀態(tài)，用于單臺(tái)設(shè)備運(yùn)行、試車、維修等工況。系統(tǒng)對(duì)任何一個(gè)工藝段、任何一臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)了故障聯(lián)鎖控制，并實(shí)現(xiàn)流程中電氣設(shè)備及控制參數(shù)之間的全自動(dòng)聯(lián)鎖控制。如：生料均化聯(lián)鎖控制、原料輸送聯(lián)鎖控制、各原料倉(cāng)料位聯(lián)鎖控制、生料磨機(jī)系統(tǒng)聯(lián)鎖控制、生料輸送聯(lián)鎖控制、各生料倉(cāng)料位聯(lián)鎖控制、窯尾喂料聯(lián)鎖控制、燒成窯尾聯(lián)鎖控制、燒成窯頭聯(lián)鎖控制、窯主電機(jī)聯(lián)鎖控制、冷卻機(jī)聯(lián)鎖控制、熟料輸送聯(lián)鎖控制、各熟料倉(cāng)料位聯(lián)鎖控制、原煤破碎聯(lián)鎖控制、煤磨聯(lián)鎖控制、煤粉輸送聯(lián)鎖控制、各收塵系統(tǒng)聯(lián)鎖控制等。
對(duì)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)置如下主要自動(dòng)控制回路，實(shí)現(xiàn)手段采用專家控制策略、復(fù)雜調(diào)節(jié)回路和簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)回路等。自動(dòng)控制回路有：石灰石破碎系統(tǒng)負(fù)荷自動(dòng)控制回路、生料(熟料)配料自動(dòng)控制回路、生料磨磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制回路、生料均化庫(kù)自動(dòng)控制回路、入窯喂料量自動(dòng)控制回路、五級(jí)旋風(fēng)筒出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)回路、增濕塔出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)回路、煤磨出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)回路、窯頭罩負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)回路、冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路等。
系統(tǒng)具有各種管理功能，如自動(dòng)／遙控／手動(dòng)切換操作、操作員登錄、“權(quán)限”操作等，并有誤操作保護(hù)功能；按工藝流程分畫面、分系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)視各流程的運(yùn)行工況，通過(guò)動(dòng)態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲線的方式實(shí)時(shí)監(jiān)視各電氣設(shè)備、工藝參數(shù)的工況等；界面友好、全中文信息，便于操作和使用；對(duì)被測(cè)參數(shù)有實(shí)時(shí)／歷史趨勢(shì)功能，對(duì)重要電氣設(shè)備的啟／停、重要操作有記錄功能，報(bào)警功能、打印生產(chǎn)報(bào)表和歷史儲(chǔ)存等功能。
6 系統(tǒng)抗干擾措施
(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用樹(shù)型的總線結(jié)構(gòu)，一個(gè)分支上的干擾不會(huì)影響到其它分支上。操作站和控制站的各類設(shè)備和功能板卡選用具有高抗干擾特性的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。
(2)供電電源：由于水泥廠大負(fù)荷、高壓等設(shè)備較多，這類設(shè)備的啟／停往往引起供電網(wǎng)絡(luò)線路負(fù)載突變，引起的電壓波動(dòng)對(duì)自控系統(tǒng)的設(shè)備威脅很大。采用由變壓器副邊一個(gè)供電支路對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)供電，并同時(shí)在供電支路上配置在線式 UPS電源，是很有效的措施。
(3)信號(hào)線路：采用信號(hào)線不與動(dòng)力線平行敷設(shè)，使信號(hào)線免于強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾；采用屏蔽電線(纜)、結(jié)合絞合敷設(shè)的方式；對(duì)橋架式敷設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)使用雙絞線或幾何中心重合的四芯線(纜)；對(duì)采用穿管敷設(shè)的方式，盡量避開(kāi)上下水、通風(fēng)及工藝金屬管道。
(4)過(guò)壓保護(hù)：雷電、浪涌沖擊、短路等現(xiàn)象的干擾常常對(duì)設(shè)備造成致命的威脅，隔離措施是過(guò)壓保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的有效途徑，可通過(guò)安裝于設(shè)備的電源、信號(hào)等線路上的各種保護(hù)器實(shí)現(xiàn)。如德國(guó) OBO、英國(guó)FURSE等公司的電源防雷器、通信信號(hào)防雷器、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器、數(shù)據(jù)接口保護(hù)器等。
(5)系統(tǒng)接地：水泥廠常采用三相四線制的配電網(wǎng)絡(luò)，其中最常用的又是中性點(diǎn)直接接地，按規(guī)程同時(shí)還要進(jìn)行重復(fù)接地，設(shè)專用接地極，并在電源的饋線上增加一條中性線，只要保證專用接地極電阻值不大于4Ω，就可達(dá)到一定的效果。
7 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)水泥廠具體的生產(chǎn)工藝要求和生產(chǎn)規(guī)模，選擇合適的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能，是一個(gè)水泥廠自動(dòng)控制系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。Geinus I／O總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用，優(yōu)化了自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，降低了成本。根據(jù)本文提出的設(shè)計(jì)內(nèi)容和思路，已成功實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同生產(chǎn)規(guī)模的水泥廠DCS系統(tǒng)，證明了Genius網(wǎng)絡(luò)具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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評(píng)論