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案例頻道華新水泥股份有限公司在國內乃至世界水泥生產(chǎn)企業(yè)中名列前茅，在水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統中，運用的電氣自動(dòng)化技術(shù)及相關(guān)系統產(chǎn)品的檔次質(zhì)量，特別是控制系統軟件和硬件配置方案及系統應用體現的能力和水平，體現了高度的延續性和前瞻性。
一、工程概述：
水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統在功能分配上同時(shí)又是分級式層次結構，高層次是過(guò)程控制級，低層次是基礎自動(dòng)化級。
基礎自動(dòng)化級，主要進(jìn)行電氣自動(dòng)控制和儀表自動(dòng)控制，對工藝設備過(guò)程信息進(jìn)行檢測、顯示、記錄及數據初步處理，執行設備運轉控制及工藝設備過(guò)程自動(dòng)調節、超限報警。
過(guò)程控制級，主要完成生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制、操作指導、數據處理和存儲，與上級管理計算機及其它計算機之間的數據通信。
在華新水泥，過(guò)程自動(dòng)化控制系統采用4級網(wǎng)絡(luò )系統：
·以太網(wǎng)――批量控制服務(wù)器和操作站的數據傳輸
·工業(yè)以太網(wǎng)――系統總線(xiàn)，操作站和控制器間的數據傳輸
·PROFIBUS-DP――系統I/O總線(xiàn)，控制器與I/O站間的數據傳輸
·PROFIBUS-PA――系統與PA智能儀表的數據傳輸
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統依照水泥生產(chǎn)工藝流程，按如下子系統控制站分布（以下WINCC畫(huà)面截屏，以華新水泥（陽(yáng)新）公司一期6000T/D熟料生產(chǎn)線(xiàn)為例）：
1． 石灰石破碎控制站：石灰石破碎及輸送；
2． 原料磨控制站：原料進(jìn)廠(chǎng)均化及輸送、原料配料、原料粉磨、電收塵、生料入庫、水泵房；
3． 窯尾控制站：廢氣處理（高溫風(fēng)機、增濕塔）、生料均化、生料入窯、窯尾塔架（預熱器、分解爐）、燒成窯中、空壓機站；
4． 窯頭控制站：熟料冷卻（篦冷機）、熟料入庫、原煤輸送、煤磨、煤粉秤；
5． 水泥磨控制站：熟料配料、水泥粉磨、水泥入庫、；
6． 包裝控制站：水泥輸送、水泥包裝、散裝輸送、袋裝輸送、外運碼頭；上位機采用WINCC進(jìn)行組態(tài)。人機界面主要設計有以下內容:
(1) 系統工藝流程顯示:依據設備系統工藝流程圖，按照功能組區域劃分;
(2) 調節系統、調節畫(huà)面:回路手操站，調節參數與參數趨勢的集中顯示;
(3) 重要參數趨勢顯示:有實(shí)時(shí)趨勢與歷史趨勢兩種顯示;
(4) 全局報警顯示:系統按照功能區分為若干個(gè)報警組，各個(gè)報警組的報警窗口分布于相應功能顯示窗口的上方，全局報警顯示提供集中查看系統所有報警的能力，或按優(yōu)先級、報警組過(guò)濾查看，并具有全局報警確認。
通常情況下，石灰石破碎控制站使用一個(gè)西門(mén)子SIMATIC S7-300站（315-2 DP）進(jìn)行控制，其余各個(gè)控制站使用一個(gè)西門(mén)子SIMATIC S7-400站（416-2 DP）進(jìn)行控制。依照現場(chǎng)設備及工藝布局的具體情況，可以將窯尾控制站和窯頭控制站合并為一個(gè)控制站；將水泥磨控制站和包裝控制站合并為一個(gè)控制站。
以上每個(gè)子系統均通過(guò)西門(mén)子不同的通訊模塊連接在同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)上。在窯線(xiàn)主要生產(chǎn)控制部分，采用工程師站及服務(wù)器/客戶(hù)機結構，運用若干數量的人機界面（操作員站）完成對生料、熟料、水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統的監視和控制。并且，管理人員能夠使用IE瀏覽器，利用WINCC中的Web Navigator，通過(guò)網(wǎng)關(guān)，對生產(chǎn)線(xiàn)的監視和控制進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽。
二、系統要求
1．控制系統設計的總體目標
提高水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；
實(shí)現實(shí)現水泥生產(chǎn)系統的高品質(zhì)運行，提高運行經(jīng)濟性；
提高運行人員工作效率，滿(mǎn)足整個(gè)系統運行全能值班要求；
提高效益，降低能耗。
2．系統設計及應用時(shí)的設計思想
提高水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；
實(shí)現實(shí)現水泥生產(chǎn)系統的高品質(zhì)運行，提高運行經(jīng)濟性；
提高運行人員工作效率，滿(mǎn)足整個(gè)系統運行全能值班要求；
提高效益，降低能耗。
2．系統設計及應用時(shí)的設計思想
1) 功能設計：體現DCS建成后的自動(dòng)化程度、處理事故能力（報警、分析、指導、處理等）及先進(jìn)的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設計思想。
具體如下：
對象控制
按工藝流程的自動(dòng)化過(guò)程由DCS系統協(xié)調完成，達到平衡。
保障系統安全、可靠、高效運行和啟停。提高水泥生產(chǎn)系統運行的技術(shù)經(jīng)濟效益。
實(shí)現高自動(dòng)化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。完善的操作指導和事故分析手段。
系統運行工況可由很多監測參數反映出來(lái)，當運行工況出現異常時(shí)，提供相關(guān)參數、趨勢、圖表等高效方式通知運行人員及時(shí)處理。
操作記錄打印、報警打印、事故追憶打印、周期性報表等功能，有助于系統日常管理和事故分析。
高效、便捷的系統在線(xiàn)維護。
2) 系統設計：體現DCS的高可靠性、先進(jìn)性、易維護、易組態(tài)等為設計思想。具體如下：
可靠性設計：
所有部件標準化、通用化、模塊化。
控制系統按分層、分散、自治的原則。
所有I/O模件均為智能化設計，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數字濾波和消除偶發(fā)干擾的措施。
維護性設計：
可帶電插拔。
系統自診斷至通道級。
選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件透明度。
擴展性設計：
采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，通訊速率100MBPS，主干網(wǎng)采用冗余環(huán)網(wǎng)，個(gè)子站通過(guò)雙絞電纜掛接在主干網(wǎng)絡(luò )上，有極強的通訊擴展能力。
提供與其它系統的通訊接口，如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS DP或MODBUS。
開(kāi)放性設計：
支持國際標準數據接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
標準MIS數據接口站，與廠(chǎng)級MIS互聯(lián)。
三、PCS7系統的主要特點(diǎn)
可靠性設計：
所有部件標準化、通用化、模塊化。
控制系統按分層、分散、自治的原則。
所有I/O模件均為智能化設計，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數字濾波和消除偶發(fā)干擾的措施。
維護性設計：
可帶電插拔。
系統自診斷至通道級。
選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件透明度。
擴展性設計：
采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，通訊速率100MBPS，主干網(wǎng)采用冗余環(huán)網(wǎng)，個(gè)子站通過(guò)雙絞電纜掛接在主干網(wǎng)絡(luò )上，有極強的通訊擴展能力。
提供與其它系統的通訊接口，如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS DP或MODBUS。
開(kāi)放性設計：
支持國際標準數據接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
標準MIS數據接口站，與廠(chǎng)級MIS互聯(lián)。
三、PCS7系統的主要特點(diǎn)
華新水泥為什么選擇SIEMENS PCS7?
●水泥生產(chǎn)各個(gè)車(chē)間和工段互不干擾，但它必須實(shí)現相互之間的通訊，完成交換數據，從而保證連鎖要求；
●系統有大量的離散輸入/輸出數據，以及少量的模擬輸入/輸出；
●部分離散輸入/輸出需要高掃描速度；
●部分重要過(guò)程傳感器需要系統能夠實(shí)現優(yōu)化處理，也可以實(shí)現人工設置；
●工藝相對簡(jiǎn)潔，設備數量多；
●系統方便地與隨機控制設備（PLC）的連接、通訊；
●控制系統必須有很好的兼容性；
●控制系統可靠性高，有自診斷和冗余功能
●TIA的理念和強大的系統軟件功能
●系統有大量的離散輸入/輸出數據，以及少量的模擬輸入/輸出；
●部分離散輸入/輸出需要高掃描速度；
●部分重要過(guò)程傳感器需要系統能夠實(shí)現優(yōu)化處理，也可以實(shí)現人工設置；
●工藝相對簡(jiǎn)潔，設備數量多；
●系統方便地與隨機控制設備（PLC）的連接、通訊；
●控制系統必須有很好的兼容性；
●控制系統可靠性高，有自診斷和冗余功能
●TIA的理念和強大的系統軟件功能
PCS7是一種模塊化的基于現場(chǎng)總線(xiàn)的新一代過(guò)程控制系統，結合了傳統DCS和PLC控制系統的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能有機的結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用了新技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò )配置上，使用標準工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實(shí)現了儀控和電控的一體化，充分體現了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，使得系統應用范圍變廣，是一種適用于現在、面向未來(lái)的開(kāi)放型過(guò)程控制系統。
PCS7擁有良好的用戶(hù)界面及強大的系統功能塊庫，能大大節省系統編程組態(tài)的時(shí)間和費用。
·系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺, 所有軟件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同樣統一的軟件平臺。
·系統大量采用了新技術(shù), 在網(wǎng)絡(luò )配置上使用標準的工業(yè)以太網(wǎng)和 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )。
·通過(guò)冗余的 10 Mbps 光纖環(huán)網(wǎng)(工業(yè)以太網(wǎng))相連接,分別將信號傳送至中央控制室, 全廠(chǎng)主要設備的開(kāi)、停和故障信號都將在過(guò)程控制系統和中央控制室顯示。
·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(xiàn)連網(wǎng)所必須考慮的防雷擊及過(guò)電壓保護的措施, 使得控制系統安全可靠, 風(fēng)險系數大大降低。
·自動(dòng)化系統的現場(chǎng)控制站采用帶有帶電熱插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式輸入/輸出控制站,允許控制站中的信號模塊在系統運行的情況下插拔, 而無(wú)需停止系統,大大提高了系統的可靠性。
·系統所有的分布式遠程I/O分站和低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場(chǎng)控制器等通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)與系統控制器進(jìn)行通信，最高通信速率可達12Mbps。
·系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺, 所有軟件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同樣統一的軟件平臺。
·系統大量采用了新技術(shù), 在網(wǎng)絡(luò )配置上使用標準的工業(yè)以太網(wǎng)和 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )。
·通過(guò)冗余的 10 Mbps 光纖環(huán)網(wǎng)(工業(yè)以太網(wǎng))相連接,分別將信號傳送至中央控制室, 全廠(chǎng)主要設備的開(kāi)、停和故障信號都將在過(guò)程控制系統和中央控制室顯示。
·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(xiàn)連網(wǎng)所必須考慮的防雷擊及過(guò)電壓保護的措施, 使得控制系統安全可靠, 風(fēng)險系數大大降低。
·自動(dòng)化系統的現場(chǎng)控制站采用帶有帶電熱插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式輸入/輸出控制站,允許控制站中的信號模塊在系統運行的情況下插拔, 而無(wú)需停止系統,大大提高了系統的可靠性。
·系統所有的分布式遠程I/O分站和低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場(chǎng)控制器等通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)與系統控制器進(jìn)行通信，最高通信速率可達12Mbps。
四、PCS7系統在華新水泥的應用
1． 硬件組成
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統的硬件包括：1個(gè)西門(mén)子SIMATIC 300站和5個(gè)（最少為3個(gè)）西門(mén)子SIMATIC 400站。（各個(gè)站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口模塊和數量不等的ET200M、模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊）、1臺工程師站計算機和1組服務(wù)器對及若干臺工控計算機、2個(gè)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡、1臺MIS服務(wù)器。
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統的硬件包括：1個(gè)西門(mén)子SIMATIC 300站和5個(gè)（最少為3個(gè)）西門(mén)子SIMATIC 400站。（各個(gè)站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口模塊和數量不等的ET200M、模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊）、1臺工程師站計算機和1組服務(wù)器對及若干臺工控計算機、2個(gè)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡、1臺MIS服務(wù)器。
2、 軟件組成
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統的軟件包括：Windows 2000 Server 英文版操作系統、西門(mén)子PCS7編程軟件和CEMAT水泥行業(yè)專(zhuān)業(yè)軟件。
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統的軟件包括：Windows 2000 Server 英文版操作系統、西門(mén)子PCS7編程軟件和CEMAT水泥行業(yè)專(zhuān)業(yè)軟件。
3、 系統配置（見(jiàn)附圖）
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統中各個(gè)現場(chǎng)控制站通過(guò)西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊連接在同一個(gè)SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)（采用光纖熔接為環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，如下圖中綠線(xiàn)所示）上完成控制功能，同時(shí)服務(wù)器通過(guò)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡、若干臺工控計算機也通過(guò)經(jīng)RJ45屏蔽雙絞線(xiàn)由普通網(wǎng)卡到交換機或中控室的OSM TP62連接到此SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)上完成監視和操作功能。其中，原料磨控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與石灰石破碎控制系統的SIMATIC 300站交換數據，同時(shí)原料磨控制系統的SIMATIC 400站通通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與窯尾控制系統和窯頭控制系統的SIMATIC 400站交換數據。而且，SIMATIC 400站基于PROFIBUS-DP/PA網(wǎng)絡(luò )，連接現場(chǎng)遠程控制站、PROFIBUS-DP設備（低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場(chǎng)控制器等）或PROFIBUS-PA儀表（溫度變送器、壓力變送器）。
華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統中各個(gè)現場(chǎng)控制站通過(guò)西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊連接在同一個(gè)SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)（采用光纖熔接為環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，如下圖中綠線(xiàn)所示）上完成控制功能，同時(shí)服務(wù)器通過(guò)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡、若干臺工控計算機也通過(guò)經(jīng)RJ45屏蔽雙絞線(xiàn)由普通網(wǎng)卡到交換機或中控室的OSM TP62連接到此SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)上完成監視和操作功能。其中，原料磨控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與石灰石破碎控制系統的SIMATIC 300站交換數據，同時(shí)原料磨控制系統的SIMATIC 400站通通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與窯尾控制系統和窯頭控制系統的SIMATIC 400站交換數據。而且，SIMATIC 400站基于PROFIBUS-DP/PA網(wǎng)絡(luò )，連接現場(chǎng)遠程控制站、PROFIBUS-DP設備（低壓保護裝置、高壓保護裝置、執行機構、變頻器、現場(chǎng)控制器等）或PROFIBUS-PA儀表（溫度變送器、壓力變送器）。
4、 硬件評估
SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)是德國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于TCP/IP協(xié)議的標準以太網(wǎng)，它的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單、便于擴展、速度快、兼容性好。華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統在主站監控級網(wǎng)絡(luò )采用SIEMENS Industrial Ethernet，在設備級網(wǎng)絡(luò )采用PROFIBUS-DP。華新水泥采用室外重鎧六芯62.5um/125um光纖作為SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)的連接介質(zhì)，有效地實(shí)現了工業(yè)以太網(wǎng)數據傳輸過(guò)程中的抗干擾功能，保證了系統運行的可靠性。
SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)是德國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于TCP/IP協(xié)議的標準以太網(wǎng)，它的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單、便于擴展、速度快、兼容性好。華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統在主站監控級網(wǎng)絡(luò )采用SIEMENS Industrial Ethernet，在設備級網(wǎng)絡(luò )采用PROFIBUS-DP。華新水泥采用室外重鎧六芯62.5um/125um光纖作為SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)的連接介質(zhì)，有效地實(shí)現了工業(yè)以太網(wǎng)數據傳輸過(guò)程中的抗干擾功能，保證了系統運行的可靠性。
PROFIBUS作為一種總線(xiàn)標準，具有開(kāi)放、國際化、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商等特點(diǎn)，由其構成的兼容網(wǎng)絡(luò )系統，可應用于不同的場(chǎng)合，分別是PROFIBUS-FMS，提供強有力的通信功能；PROFIBUS-DP，用于傳感器和執行器級 的高速數據傳輸；PROFIBUS-PA，用于安全性較高的場(chǎng) 合，允許對設備進(jìn)行完全的內部操作。SIMATIC Profibus DP網(wǎng)是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的設備網(wǎng)，它的特點(diǎn)是可以在PLC（可編程序控制器）與現場(chǎng)設備（如變頻器、工業(yè)鍵盤(pán)、智能儀表、分布式I/O站等）之間交換數據。華新水泥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統采用西門(mén)子專(zhuān)用DP/PA線(xiàn)作為Profibus DP/PA網(wǎng)的連接介質(zhì)?！ ?BR>
華新水泥自2002年起至今，大規模使用PROFIBUS技術(shù)。在華新，各條水泥大約使用DP設備200臺，PA儀表100臺。
PROFIBUS 是目前國際上通用的現場(chǎng)總線(xiàn)標準之一，以其獨特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴格的認證規范、開(kāi)放的標準、眾多廠(chǎng)商的支持和不斷發(fā)展的應用行規，已成為最重要的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。它符合：- IEC 61158 國際標準 和- JB/T10308.3-2001(中國標準2001 年) 。
PROFIBUS 協(xié)議包括以下主要部分：
· PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于制造業(yè)自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)級通信。
· PROFIBUS PA：電源和通信數據通過(guò)總線(xiàn)并行傳輸，主要用于面向過(guò)程自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)級通訊。
PROFIBUS技術(shù)與傳統集中控制比較，在系統設計、安裝調試、維護及擴展方面都具有十分明顯的優(yōu)勢：
· 12M 的通信速率和可靠的通信質(zhì)量
· 適用多種通信介質(zhì)(電、光、紅外、導軌以及混合方式)
· 靈活的拓撲結構，支持線(xiàn)型、樹(shù)型、環(huán)型結構以及冗余的通信模型
· 強大的通信功能，支持基于總線(xiàn)的驅動(dòng)技術(shù)和符合IEC61508 的總線(xiàn)安全通信技術(shù)
· 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )規模(最多支持126 個(gè)總線(xiàn)站，網(wǎng)絡(luò )規格可達90 公里)
采用PROFIBUS技術(shù)后，與傳統的電控系統比較，系統具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
·系統設計更加方便、清晰----負載饋電器的使用，免去了電機保護開(kāi)關(guān)、接觸器及與 PLC輸入/出的大量原理圖、接線(xiàn)圖的設計，出圖量大幅 度減少，ET200M模塊化組件的使用，也使柜(箱)內布 線(xiàn)、設計更為簡(jiǎn)便，加快了控制系統設計、生產(chǎn)周期。
·安裝簡(jiǎn)單、快捷----在不采用任何工具的情況下，接口模塊和端子模塊卡在導軌上，完成接線(xiàn)后，電子模塊、電源模塊、負載饋電 器模塊“即插即用”。
·組態(tài)、調試更加容易----無(wú)須其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標拖拉即可完 成PROFIBUS-DP的組態(tài)。不需額外費用，設備故障就可通過(guò)總線(xiàn)報告，故障定位更加方便。
·維護簡(jiǎn)單----劃分子站和模塊化組件的使用，以及強大的故障診斷能 力，都為日后設備維護帶來(lái)極大的便利。
·便于擴展和信息集成----PROFIBUS的使用將孤立的單元設備帶進(jìn)了信息化網(wǎng)絡(luò )中, 為今后系統擴展和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現打下良好的基礎。
·最終用戶(hù)工程造價(jià)降低----PROFIBUS技術(shù)的使用，節省了大量的線(xiàn)纜、橋架、端子 排、柜體等，培訓和維護費用減少，這些都降低了工程總造價(jià)。
·系統設計更加方便、清晰----負載饋電器的使用，免去了電機保護開(kāi)關(guān)、接觸器及與 PLC輸入/出的大量原理圖、接線(xiàn)圖的設計，出圖量大幅 度減少，ET200M模塊化組件的使用，也使柜(箱)內布 線(xiàn)、設計更為簡(jiǎn)便，加快了控制系統設計、生產(chǎn)周期。
·安裝簡(jiǎn)單、快捷----在不采用任何工具的情況下，接口模塊和端子模塊卡在導軌上，完成接線(xiàn)后，電子模塊、電源模塊、負載饋電 器模塊“即插即用”。
·組態(tài)、調試更加容易----無(wú)須其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標拖拉即可完 成PROFIBUS-DP的組態(tài)。不需額外費用，設備故障就可通過(guò)總線(xiàn)報告，故障定位更加方便。
·維護簡(jiǎn)單----劃分子站和模塊化組件的使用，以及強大的故障診斷能 力，都為日后設備維護帶來(lái)極大的便利。
·便于擴展和信息集成----PROFIBUS的使用將孤立的單元設備帶進(jìn)了信息化網(wǎng)絡(luò )中, 為今后系統擴展和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現打下良好的基礎。
·最終用戶(hù)工程造價(jià)降低----PROFIBUS技術(shù)的使用，節省了大量的線(xiàn)纜、橋架、端子 排、柜體等，培訓和維護費用減少，這些都降低了工程總造價(jià)。
SIMATIC 400站是西門(mén)子公司的拳頭產(chǎn)品，無(wú)論在控制速度、控制精度還是抗干擾性、靈活性各方面講都處與PLC產(chǎn)品的領(lǐng)先地位。
5、 軟件評估
PCS7是西門(mén)子公司為S7-400系列PLC設計的編程軟件，它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節控制；它的組織塊、功能塊、數據塊相結合的編程思想可以隨心所欲地實(shí)現各種控制要求；它的時(shí)間中斷組織塊可以實(shí)現短到10ms長(cháng)到5s的快速中斷請求；它的符號表（Symbol）可以方便進(jìn)行程序注釋。
1） 標準化編程
大型的自動(dòng)化控制系統很難一個(gè)人完成，因此需要很多人的分工與合作。標準化編程就是要使軟件工程師編寫(xiě)的程序整齊劃一，通用性和可讀性強，除了作者本人的閱讀者也能輕而易舉地理解作者的編程思想和工藝要求。這樣不但可以使編程人員不再糾纏編程的枝節問(wèn)題，縮短編制程序的時(shí)間，集中精力解決更加困難的工藝上的問(wèn)題；而且有利于維護人員對程序的理解，為生產(chǎn)保駕護航提供了更加寶貴的經(jīng)驗。標準化編程的實(shí)現是多方面的，首先根據設計圖紙編制各系統的點(diǎn)號表（用EXCEL表格）；再根據點(diǎn)號表編制STEP7符號表（SYMBOL）；再根據點(diǎn)號表找出各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號，據此定義下列STEP7使用的點(diǎn)號：模擬手/自動(dòng)轉換選擇開(kāi)關(guān)；啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（對單線(xiàn)圈的泵或電磁閥）；開(kāi)啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（對雙線(xiàn)圈的電動(dòng)閥）；手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數、積分時(shí)間（對PID調節閥）；再根據各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號和中間線(xiàn)圈點(diǎn)號編制各控制設備的手動(dòng)程序；最后根據設計說(shuō)明書(shū)編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序，即自動(dòng)程序。
（近年投運窯生產(chǎn)系統以SIEMENS的PCS7+CEMAT為主）
二期于2005年9月，使用PCS7 V5.2，將原一期同步升級，均采用SQL數據庫）
陽(yáng)新公司1#窯及2#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
武穴公司1#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
西藏公司----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
蘇州金貓8#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
武漢粉磨站----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
云南昭通公司----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1
黃石公司4#窯----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1
CEMAT是英文CEMent AuTomation的縮寫(xiě)，CEMAT軟件包是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的水泥控制系統。它是一個(gè)集成化的標準軟件，具有多個(gè)專(zhuān)門(mén)用于水泥工廠(chǎng)過(guò)程控制優(yōu)化的功能塊，具有簡(jiǎn)潔的顯示方式，不需附加另外的專(zhuān)家系統就可完成組態(tài)和參數設置。該軟件包集成于PCS7系統，在PCS7集成的功能上增加了針對水泥工程的工程操作、故障診斷及聯(lián)鎖等功能塊，是具有獨特的、開(kāi)放式的接口及經(jīng)濟的解決方案。
CEMAT系統在啟動(dòng)之前可獲得整個(gè)系統詳細的狀態(tài)報告，不會(huì )出現任何不合理的驅動(dòng)系統或組的啟動(dòng)，該系統采用似然性邏輯，不會(huì )發(fā)生不合理的路由選擇。操作員可輸入每個(gè)單獨事件的注意事項，并由其他操作員讀取。CEMAT系統采用集成的全局數據庫和統一的組態(tài)工具，即SIMATIC程序管理器。在項目管理上，SIMATIC程序管理器從系統硬件和水泥生產(chǎn)工藝兩個(gè)視角，同時(shí)進(jìn)行管理。這兩個(gè)視角在程序管理器中分別稱(chēng)為標準分級(Standard Hierarchy)和工藝分級(Plant Hierarchy)。其中標準分級主要管理系統的硬件，而工藝分級主要管理水泥工藝過(guò)程，它將整個(gè)水泥廠(chǎng)按工藝過(guò)程的要求，分為各個(gè)子系統，按水泥廠(chǎng)的實(shí)際結構采用分層的形式將各個(gè)子系統映射到控制器上。與傳統DCS系統的模塊相比，CEMAT系統的組態(tài)直接面向水泥工藝過(guò)程，且模塊的I／O參數數量較少，工程與組態(tài)非常容易，可以顯著(zhù)減少編程錯誤，同時(shí)可以大大避免系統中資源的浪費。
水泥行業(yè)的基礎自動(dòng)化控制除了常規的電機控制、儀表信號監控外，還具有一些的特殊要求。如設備的成組控制（包括組啟動(dòng)、組暫停、組停止），兩路閥的控制等，不同方式對同一控制設備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個(gè)水泥工程的專(zhuān)用功能塊，可以方便的實(shí)現各種功能的控制。用戶(hù)可根據控制要求連接相應的管腳實(shí)現控制。對于每個(gè)功能塊均可使用在線(xiàn)查找幫助。以下介紹了常用的功能塊的功能及應用：
1）組（GROUP）功能塊的應用：在CEMAT中特有的組（GROUP）功能塊，可用于輸送系統成組順序啟動(dòng)；可方便的實(shí)現組啟動(dòng)、組單步（本組設備單機啟動(dòng)）、組暫停、組停止以及組間啟停聯(lián)鎖。在實(shí)現輸送系統或磨機順序控制時(shí)，編程簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。
2）DAMPER功能塊的應用：可用于切斷閥、調節閥、雙向電機的控制，有模擬量和數字量控制輸出。常用于風(fēng)機入口閥門(mén)、兩路閥等的控制。
3）ROUTE功能塊的應用：主要用于順控路徑的選擇，如生料入窯/倒庫選擇、熟料入庫選擇等。
4）單向電機（Unidirectional Drive）功能塊應用：用于單向電機的手/自動(dòng)控制，有外部速度信號及電流信號監控，適用多種電機設備的控制，如皮帶電機（有速度開(kāi)關(guān)信號監控聯(lián)鎖）、破碎電機（可設定電機電流監控聯(lián)鎖）。
5）測量（Measuring value）功能塊的應用：模擬量信號監控，該功能塊多與CH_AI塊聯(lián)合使用，可在線(xiàn)更改輸入的模擬量信號的量程。
6）功能塊的應用舉例：在以下一個(gè)原料入配料倉組的程序中，應用了組（GROUP）、路徑選擇（ROUTE）、三通閥（DAMPER），單相電機（收塵風(fēng)機、皮帶輸送機）功能塊。整個(gè)程序結構清晰，調試方便。
CEMAT系統有一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的特征模塊數據庫，通過(guò)它能知道怎樣去運作一個(gè)水泥廠(chǎng)，怎樣通過(guò)診斷將故障停機時(shí)間降到最低，以及怎樣將電動(dòng)機、節氣閥、傳送帶和工廠(chǎng)的測量結果互相結合起來(lái)。CEMAT系統還集成了CEMAT-KCS回轉窯優(yōu)化控制系統和CEMAT-MCS磨機優(yōu)化控制系統
3）CEMAT系統在華新
華新水泥至今現已使用CEMAT系統十余套，其中包含V4.0一套， V6.0八套， V6.1三套。筆者有幸參與了其中9套的項目編程及調試工作，在學(xué)習和使用CEMAT系統的過(guò)程中，對其有一定程度上的了解和認識：
1． CEMAT系統具有如下特點(diǎn)：
A. 方便的水泥廠(chǎng)故障診斷功能,方便的軟件聯(lián)鎖功能；
B. 靈活便利的操作方式；減少故障時(shí)間；
C. 針對水泥行業(yè)的特殊指令；節約了開(kāi)發(fā)人員大量的系統編程時(shí)間，從而保證了整個(gè)系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度;
D. 系統運行結果表明，CEMAT軟件運行穩定，控制可靠，具有推廣運用的價(jià)值;
2． 該系統能簡(jiǎn)單、方便地完成整個(gè)水泥廠(chǎng)的控制、管理，是用于水泥企業(yè)理想的DCS系統，該系統規模變換靈活，可以實(shí)現從一個(gè)單元的過(guò)程控制，到全廠(chǎng)范圍的自動(dòng)化集成。穩定可靠，在線(xiàn)修改和調試方便，給操作人員和維護人員帶來(lái)了很大方便，在高產(chǎn)、穩產(chǎn)、降低能耗和安全環(huán)保等方面發(fā)揮廠(chǎng)很大作用，達到了設計預期效果，創(chuàng )造了最佳的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
3． CEMAT提供的BLOCK ICON功能，可以自動(dòng)生成圖形圖符，從而使得上位機的畫(huà)面編程工作實(shí)現了“批量生產(chǎn)”，大大壓縮了工作時(shí)間，保證了監控操作畫(huà)面的同一和協(xié)調。從2004年起，在CEMAT的原始圖符集的基礎之上，華新水泥又對其進(jìn)行了些許的修改和優(yōu)化，使得其更能適應本集團公司的需要。例如在電機等圖符上運用TOOLTIP鼠標文本提示功能，可以更加人性化的為最終用戶(hù)考慮。在這些小技巧的考證過(guò)程中，CEMAT的整合性和靈活性的兼顧，給每個(gè)人留下了深刻的映象。
4． 雖然CEMAT是基于PCS7針對水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用擴展軟件包，但是它的長(cháng)遠規劃和建構的穩定和機動(dòng)二者兼顧，特別是在調試過(guò)程中，讓人感同身受，特別是系統工程師受益菲淺。清晰的邏輯控制理念，幫助大家理清思路，開(kāi)拓視野；完善的細節管理，使嚴密的工程項目得到質(zhì)量和時(shí)間保證；簡(jiǎn)潔的過(guò)程步驟，讓后期維護控制和故障管理易于執行。例如：CEMAT在Measuring value測量功能塊和Annunciation報警功能塊中，都在畫(huà)面上預留了SIMULATION使能按鈕。這樣，在現場(chǎng)條件不理想或完全不可能具備一定范圍的情況下，生產(chǎn)工作人員可以在一定的授權及許可下，使用該功能從而減少不必要的停機造成損失。
5． 運用CEMAT系統的統一的編程標準，能夠對企業(yè)工廠(chǎng)的管理起到一定程度上的輔助作用，從而使“助力企業(yè)生產(chǎn)管理”得以實(shí)現。在華新水泥超速發(fā)展的今天，人員流動(dòng)大，在面向相同的控制系統，甚至是控制實(shí)現和畫(huà)面監控等方面，可以縮短對新生產(chǎn)線(xiàn)的熟悉周期，節約人員的消耗。并且，可以在組織和技術(shù)管理層面上，建立統一的標準，即可以摒棄不良的工作習慣，又能夠互相對比參照，最終達到效益和效率的最大最優(yōu)化。
6． CEMAT系統已經(jīng)作為強大的平臺，為華新水泥提供了更寬廣的自動(dòng)化優(yōu)化的空間。例如：在新版本V6.1中，CEMAT系統已經(jīng)為SIEMENS的MES作了部分的相應的預處理，可以為將來(lái)的制造執行系統做好準備。另外，窯優(yōu)化KCS和磨優(yōu)化MCS也會(huì )在CEMAT系統中實(shí)現其強大的功能。
1、 全集成自動(dòng)化（TIA）為現代化企業(yè)的生產(chǎn)和管理提供的方便；
2、 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用節約了大量的現場(chǎng)信號電纜，帶來(lái)的方便的同時(shí)也提高了項目的經(jīng)濟效益。Profibus通訊協(xié)議的透明允許多廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)符合協(xié)議的總線(xiàn)設備，為用戶(hù)選型提供了廣闊的空間；
3、 SIMATIC PCS 7的開(kāi)放性為編程人員帶來(lái)的方便；
4、運行維護費用低:自動(dòng)控制水平高，運行人員少；
5、西門(mén)子全集成自動(dòng)化控制系統PCS7具有過(guò)程控制系統的所有特性和功能，過(guò)程控制簡(jiǎn)單而安全、方便信息網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)總線(xiàn)及儀表的集成，設計模塊化，系統的擴展性強，是水泥生產(chǎn)過(guò)程中理想的集成運行平臺 .
九、 控制系統完成的功能
SIMATIC PCS7是西門(mén)子公司結合最先進(jìn)的計算機軟、硬件技術(shù)，在西門(mén)子公司S5，S7系列可編程控制器及TELEPERM系列集散系統的基礎上，面向所有過(guò)程控制應用場(chǎng)合的先進(jìn)過(guò)程控制系統。
SIMATIC PCS7采用優(yōu)秀的上位機軟件WinCC作為操作和監控的人機界面，利用開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現現場(chǎng)信息采集和系統通訊，采用S7自動(dòng)化系統作為現場(chǎng)控制單元實(shí)現過(guò)程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現場(chǎng)傳感檢測信號。
SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現場(chǎng)設備庫，提供連續控制、順序控制及高級編程語(yǔ)言?，F場(chǎng)設備庫提供大量的常用的現場(chǎng)設備信息及功能塊，可大大簡(jiǎn)化組態(tài)工作，縮短工程周期。
PCS7控制系統運行系統穩定、可靠。極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，該系統有效地解決了生產(chǎn)中的很多問(wèn)題，如減少了生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)故障，縮短了生產(chǎn)準備時(shí)間和搶修時(shí)間，減少了工人的勞動(dòng)強度，為華新水泥生產(chǎn)創(chuàng )造了可觀(guān)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，達到了節能、降耗的目的。
PCS7是西門(mén)子公司為S7-400系列PLC設計的編程軟件，它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節控制；它的組織塊、功能塊、數據塊相結合的編程思想可以隨心所欲地實(shí)現各種控制要求；它的時(shí)間中斷組織塊可以實(shí)現短到10ms長(cháng)到5s的快速中斷請求；它的符號表（Symbol）可以方便進(jìn)行程序注釋。
- 基于標準的SIMATIC軟件和硬件組件
- 先進(jìn)的分布式客戶(hù)機/服務(wù)器架構
- 可伸縮性強，從小型實(shí)驗室系統，到具有高達60，000個(gè)過(guò)程對象的大型工廠(chǎng)
- 可用于連續和批處理應用
- 可用于所有工業(yè)領(lǐng)域：過(guò)程、制造以及混合工業(yè)
- 強大的HMI系統，帶有集成的基于SQL服務(wù)器的歸檔系統
- 基于IEC 61131 的集中式，工廠(chǎng)范圍內的工程系統
- 通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS，現場(chǎng)設備和驅動(dòng)系統均可很靈活和容易的集成
- 無(wú)縫集成的安全系統，通過(guò)TüV*驗證的可滿(mǎn)足AK6/SIL3
- 在同一個(gè)可編程控制器中可以混合運行標準和故障安全相結合的形式，高可用性和故障安全相結合的形式
- 可在所有層級實(shí)現冗余，提高可用性
- 符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11規范的模塊化批處理系統SIMATIC BATCH
- 通過(guò)SIMATIC IT架構實(shí)現 MES/ERP層級的接口
SIMATIC PCS 7 ——一個(gè)真正的現代DCS系統
HMI
- 具有多用戶(hù)能力的HMI組件
- 大容量架構
- 客戶(hù)機-服務(wù)器結構
- 冗余
- 在線(xiàn)修改
AS, I/O 模塊, I/O
- 熱插拔（運行中插入和拔出模塊）
- 運行中可進(jìn)行擴展 / 修改
- 用于危險區域的I/O 模塊
- 冗余（控制器、模塊和PROFIBUS）
- 集成的故障安全技術(shù)
- 智能現場(chǎng)設備/驅動(dòng)設備的集成
通訊
- 快速以太網(wǎng)和PROFIBUS DP/PA
- 光纖交換技術(shù)
- 冗余（系統總線(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)）
- 在線(xiàn)擴展
工程
- 集中式工程工具，簡(jiǎn)單易用，通用操作
- 批量工程，具有導入／導出功能
- 應用圖形化和面向PLT的工具進(jìn)行全面、有效的工程
- 集成的SIMATIC PDM軟件對智能現場(chǎng)設備進(jìn)行集中參數化
- 軟件模擬和測試
- 修改跟蹤功能
- 分布式、并行工程功能
6、 疑難與解答
1） 標準化編程
大型的自動(dòng)化控制系統很難一個(gè)人完成，因此需要很多人的分工與合作。標準化編程就是要使軟件工程師編寫(xiě)的程序整齊劃一，通用性和可讀性強，除了作者本人的閱讀者也能輕而易舉地理解作者的編程思想和工藝要求。這樣不但可以使編程人員不再糾纏編程的枝節問(wèn)題，縮短編制程序的時(shí)間，集中精力解決更加困難的工藝上的問(wèn)題；而且有利于維護人員對程序的理解，為生產(chǎn)保駕護航提供了更加寶貴的經(jīng)驗。標準化編程的實(shí)現是多方面的，首先根據設計圖紙編制各系統的點(diǎn)號表（用EXCEL表格）；再根據點(diǎn)號表編制STEP7符號表（SYMBOL）；再根據點(diǎn)號表找出各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號，據此定義下列STEP7使用的點(diǎn)號：模擬手/自動(dòng)轉換選擇開(kāi)關(guān)；啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（對單線(xiàn)圈的泵或電磁閥）；開(kāi)啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（對雙線(xiàn)圈的電動(dòng)閥）；手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數、積分時(shí)間（對PID調節閥）；再根據各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號和中間線(xiàn)圈點(diǎn)號編制各控制設備的手動(dòng)程序；最后根據設計說(shuō)明書(shū)編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序，即自動(dòng)程序。
2） 數據通訊。
這里的數據通訊包括SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間，SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊。其中，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間是通過(guò)SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)通訊，編程使用FB205（FR_AGSEN/發(fā)送數據功能塊）和FB206（FR_AGRCV/接收數據功能塊）；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊也采用相同的方法處理。值得注意的是FB205（FR_AGSEN/發(fā)送數據功能塊）和FB206（FR_AGRCV/接收數據功能塊）必須在OB35（100s時(shí)間中斷組織塊）中調用。
這里的數據通訊包括SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間，SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊。其中，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間是通過(guò)SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)通訊，編程使用FB205（FR_AGSEN/發(fā)送數據功能塊）和FB206（FR_AGRCV/接收數據功能塊）；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間的數據通訊也采用相同的方法處理。值得注意的是FB205（FR_AGSEN/發(fā)送數據功能塊）和FB206（FR_AGRCV/接收數據功能塊）必須在OB35（100s時(shí)間中斷組織塊）中調用。
3） PID調節
水泥生產(chǎn)過(guò)程中有很多控制對象，諸如系統風(fēng)力壓力、物料流量等都需要穩定的值。以前這些模擬量的調節采用智能儀表，現在有了西門(mén)子SIMATIC 400 PLC就可以取代這些智能儀表，PID調節在STEP7中使用FB513（連續PID調節控制）；在WINCC中使用PID調節器的操作面板，完成PID調節控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入、PID參數（比例系數、積分時(shí)間）輸入等功能。
水泥生產(chǎn)過(guò)程中有很多控制對象，諸如系統風(fēng)力壓力、物料流量等都需要穩定的值。以前這些模擬量的調節采用智能儀表，現在有了西門(mén)子SIMATIC 400 PLC就可以取代這些智能儀表，PID調節在STEP7中使用FB513（連續PID調節控制）；在WINCC中使用PID調節器的操作面板，完成PID調節控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入、PID參數（比例系數、積分時(shí)間）輸入等功能。
4)畫(huà)面強制
大型工廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統涉及的控制設備很多，控制工藝復雜，導致控制過(guò)程中的邏輯連鎖非常復雜，主要設備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿(mǎn)足。為了調試程序的需要，在畫(huà)面上增設許多選擇開(kāi)關(guān)，當某開(kāi)關(guān)置“1”時(shí)，就假設此條件滿(mǎn)足。當所有條件滿(mǎn)足時(shí)，程序就可以對設備進(jìn)行操作，而不必等待實(shí)際條件滿(mǎn)足。在生產(chǎn)中有時(shí)某設備出現臨時(shí)故障，為不影響正常生產(chǎn)，也可以在畫(huà)面上強制，繼續生產(chǎn)，直到設備修好，再把強制解除即可。
大型工廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統涉及的控制設備很多，控制工藝復雜，導致控制過(guò)程中的邏輯連鎖非常復雜，主要設備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿(mǎn)足。為了調試程序的需要，在畫(huà)面上增設許多選擇開(kāi)關(guān)，當某開(kāi)關(guān)置“1”時(shí)，就假設此條件滿(mǎn)足。當所有條件滿(mǎn)足時(shí)，程序就可以對設備進(jìn)行操作，而不必等待實(shí)際條件滿(mǎn)足。在生產(chǎn)中有時(shí)某設備出現臨時(shí)故障，為不影響正常生產(chǎn)，也可以在畫(huà)面上強制，繼續生產(chǎn)，直到設備修好，再把強制解除即可。
5)SIMATIC Web Navigator：
Web Navigator 軟件包可使用戶(hù)通過(guò)Internet或局域網(wǎng)同過(guò)IE瀏覽器直接訪(fǎng)問(wèn)WINCC過(guò)程畫(huà)面?？蛻?hù)端無(wú)須安裝WINCC應用程序，所有WINCC應用都位于服務(wù)器上，因此降低了對客戶(hù)端的系統要求。通過(guò)Web Navigator 可實(shí)現辦公室與現場(chǎng)的數據實(shí)時(shí)交換，滿(mǎn)足當前對現代化DCS系統的基本要求。同時(shí)只需要較少的軟硬件配制就可同時(shí)滿(mǎn)足50個(gè)操作員站。由于此功能是通過(guò)Internet來(lái)實(shí)現，所以安全性是必須考慮的問(wèn)題。
Web Navigator 軟件包可使用戶(hù)通過(guò)Internet或局域網(wǎng)同過(guò)IE瀏覽器直接訪(fǎng)問(wèn)WINCC過(guò)程畫(huà)面?？蛻?hù)端無(wú)須安裝WINCC應用程序，所有WINCC應用都位于服務(wù)器上，因此降低了對客戶(hù)端的系統要求。通過(guò)Web Navigator 可實(shí)現辦公室與現場(chǎng)的數據實(shí)時(shí)交換，滿(mǎn)足當前對現代化DCS系統的基本要求。同時(shí)只需要較少的軟硬件配制就可同時(shí)滿(mǎn)足50個(gè)操作員站。由于此功能是通過(guò)Internet來(lái)實(shí)現，所以安全性是必須考慮的問(wèn)題。
五、 項目中的難點(diǎn)：
由于華新水泥項目中使用了大量的Profibus通訊，且第三方設備較多。最初十分擔心設備的混合通訊以及現場(chǎng)設備間的相互干擾。但在實(shí)際使用過(guò)程中，深刻的體會(huì )到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)所帶來(lái)的方便。同時(shí)也感覺(jué)到西門(mén)子PCS7的開(kāi)放性對華新水泥過(guò)程控制系統項目的幫助。由于第三方設備較多，因此使用大量的自編寫(xiě)的CFC功能塊，但是正是由于PCS7的開(kāi)放性能夠為這些CFC功能塊生成相應的BlockIcon、FacePlate、報警信息等DCS系統所必須的功能；不僅第三方設備可以這樣處理，一些比較復雜的工藝過(guò)程也采用了同樣的方法，取得了滿(mǎn)意的效果，得到分公司生產(chǎn)維護人員的好評。在通訊調試過(guò)程中發(fā)現，調試設備通訊時(shí)應注意系統的接地，通訊電纜的短路，系統的等電位等因素都會(huì )導致系統總線(xiàn)的癱瘓。
六、華新水泥應用SIMATIC PCS7的項目情況
（近年投運窯生產(chǎn)系統以SIEMENS的PCS7+CEMAT為主）
宜都公司1#窯及2#窯----------PCS7 V5.2
（一期于2003年2月，原為PCS7 V5.1采用SYBASE數據庫；
二期于2005年9月，使用PCS7 V5.2，將原一期同步升級，均采用SQL數據庫）
陽(yáng)新公司1#窯及2#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（一期于2004年3月，二期將于2006年9月投運，并將一期項目合并，）
恩施公司----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（2004年9月）
武穴公司1#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（2005年4月）
西藏公司----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（2005年7月）
蘇州金貓8#窯----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（2005年9月）
武漢粉磨站----------PCS7 V6.0 + CEMAT V6.0
（2006年3月）
云南昭通公司----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1
（2006年5月）
黃石公司4#窯----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1
（2006年6月，原為ABB系統，后改造）
襄樊公司----------PCS7 V6.1 + CEMAT V6.1
（2006年7月）
七、CEMAT系統
1）CEMAT系統介紹
CEMAT是英文CEMent AuTomation的縮寫(xiě)，CEMAT軟件包是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的水泥控制系統。它是一個(gè)集成化的標準軟件，具有多個(gè)專(zhuān)門(mén)用于水泥工廠(chǎng)過(guò)程控制優(yōu)化的功能塊，具有簡(jiǎn)潔的顯示方式，不需附加另外的專(zhuān)家系統就可完成組態(tài)和參數設置。該軟件包集成于PCS7系統，在PCS7集成的功能上增加了針對水泥工程的工程操作、故障診斷及聯(lián)鎖等功能塊，是具有獨特的、開(kāi)放式的接口及經(jīng)濟的解決方案。
CEMAT系統在啟動(dòng)之前可獲得整個(gè)系統詳細的狀態(tài)報告，不會(huì )出現任何不合理的驅動(dòng)系統或組的啟動(dòng)，該系統采用似然性邏輯，不會(huì )發(fā)生不合理的路由選擇。操作員可輸入每個(gè)單獨事件的注意事項，并由其他操作員讀取。CEMAT系統采用集成的全局數據庫和統一的組態(tài)工具，即SIMATIC程序管理器。在項目管理上，SIMATIC程序管理器從系統硬件和水泥生產(chǎn)工藝兩個(gè)視角，同時(shí)進(jìn)行管理。這兩個(gè)視角在程序管理器中分別稱(chēng)為標準分級(Standard Hierarchy)和工藝分級(Plant Hierarchy)。其中標準分級主要管理系統的硬件，而工藝分級主要管理水泥工藝過(guò)程，它將整個(gè)水泥廠(chǎng)按工藝過(guò)程的要求，分為各個(gè)子系統，按水泥廠(chǎng)的實(shí)際結構采用分層的形式將各個(gè)子系統映射到控制器上。與傳統DCS系統的模塊相比，CEMAT系統的組態(tài)直接面向水泥工藝過(guò)程，且模塊的I／O參數數量較少，工程與組態(tài)非常容易，可以顯著(zhù)減少編程錯誤，同時(shí)可以大大避免系統中資源的浪費。
2）CEMAT系統功能
水泥行業(yè)的基礎自動(dòng)化控制除了常規的電機控制、儀表信號監控外，還具有一些的特殊要求。如設備的成組控制（包括組啟動(dòng)、組暫停、組停止），兩路閥的控制等，不同方式對同一控制設備有不同的啟停要求。CEMAT軟件具有多個(gè)水泥工程的專(zhuān)用功能塊，可以方便的實(shí)現各種功能的控制。用戶(hù)可根據控制要求連接相應的管腳實(shí)現控制。對于每個(gè)功能塊均可使用在線(xiàn)查找幫助。以下介紹了常用的功能塊的功能及應用：
1）組（GROUP）功能塊的應用：在CEMAT中特有的組（GROUP）功能塊，可用于輸送系統成組順序啟動(dòng)；可方便的實(shí)現組啟動(dòng)、組單步（本組設備單機啟動(dòng)）、組暫停、組停止以及組間啟停聯(lián)鎖。在實(shí)現輸送系統或磨機順序控制時(shí)，編程簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。
2）DAMPER功能塊的應用：可用于切斷閥、調節閥、雙向電機的控制，有模擬量和數字量控制輸出。常用于風(fēng)機入口閥門(mén)、兩路閥等的控制。
3）ROUTE功能塊的應用：主要用于順控路徑的選擇，如生料入窯/倒庫選擇、熟料入庫選擇等。
4）單向電機（Unidirectional Drive）功能塊應用：用于單向電機的手/自動(dòng)控制，有外部速度信號及電流信號監控，適用多種電機設備的控制，如皮帶電機（有速度開(kāi)關(guān)信號監控聯(lián)鎖）、破碎電機（可設定電機電流監控聯(lián)鎖）。
5）測量（Measuring value）功能塊的應用：模擬量信號監控，該功能塊多與CH_AI塊聯(lián)合使用，可在線(xiàn)更改輸入的模擬量信號的量程。
6）功能塊的應用舉例：在以下一個(gè)原料入配料倉組的程序中，應用了組（GROUP）、路徑選擇（ROUTE）、三通閥（DAMPER），單相電機（收塵風(fēng)機、皮帶輸送機）功能塊。整個(gè)程序結構清晰，調試方便。
CEMAT系統有一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的特征模塊數據庫，通過(guò)它能知道怎樣去運作一個(gè)水泥廠(chǎng)，怎樣通過(guò)診斷將故障停機時(shí)間降到最低，以及怎樣將電動(dòng)機、節氣閥、傳送帶和工廠(chǎng)的測量結果互相結合起來(lái)。CEMAT系統還集成了CEMAT-KCS回轉窯優(yōu)化控制系統和CEMAT-MCS磨機優(yōu)化控制系統
3）CEMAT系統在華新
華新水泥至今現已使用CEMAT系統十余套，其中包含V4.0一套， V6.0八套， V6.1三套。筆者有幸參與了其中9套的項目編程及調試工作，在學(xué)習和使用CEMAT系統的過(guò)程中，對其有一定程度上的了解和認識：
1． CEMAT系統具有如下特點(diǎn)：
A. 方便的水泥廠(chǎng)故障診斷功能,方便的軟件聯(lián)鎖功能；
B. 靈活便利的操作方式；減少故障時(shí)間；
C. 針對水泥行業(yè)的特殊指令；節約了開(kāi)發(fā)人員大量的系統編程時(shí)間，從而保證了整個(gè)系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度;
D. 系統運行結果表明，CEMAT軟件運行穩定，控制可靠，具有推廣運用的價(jià)值;
2． 該系統能簡(jiǎn)單、方便地完成整個(gè)水泥廠(chǎng)的控制、管理，是用于水泥企業(yè)理想的DCS系統，該系統規模變換靈活，可以實(shí)現從一個(gè)單元的過(guò)程控制，到全廠(chǎng)范圍的自動(dòng)化集成。穩定可靠，在線(xiàn)修改和調試方便，給操作人員和維護人員帶來(lái)了很大方便，在高產(chǎn)、穩產(chǎn)、降低能耗和安全環(huán)保等方面發(fā)揮廠(chǎng)很大作用，達到了設計預期效果，創(chuàng )造了最佳的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
3． CEMAT提供的BLOCK ICON功能，可以自動(dòng)生成圖形圖符，從而使得上位機的畫(huà)面編程工作實(shí)現了“批量生產(chǎn)”，大大壓縮了工作時(shí)間，保證了監控操作畫(huà)面的同一和協(xié)調。從2004年起，在CEMAT的原始圖符集的基礎之上，華新水泥又對其進(jìn)行了些許的修改和優(yōu)化，使得其更能適應本集團公司的需要。例如在電機等圖符上運用TOOLTIP鼠標文本提示功能，可以更加人性化的為最終用戶(hù)考慮。在這些小技巧的考證過(guò)程中，CEMAT的整合性和靈活性的兼顧，給每個(gè)人留下了深刻的映象。
4． 雖然CEMAT是基于PCS7針對水泥行業(yè)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用擴展軟件包，但是它的長(cháng)遠規劃和建構的穩定和機動(dòng)二者兼顧，特別是在調試過(guò)程中，讓人感同身受，特別是系統工程師受益菲淺。清晰的邏輯控制理念，幫助大家理清思路，開(kāi)拓視野；完善的細節管理，使嚴密的工程項目得到質(zhì)量和時(shí)間保證；簡(jiǎn)潔的過(guò)程步驟，讓后期維護控制和故障管理易于執行。例如：CEMAT在Measuring value測量功能塊和Annunciation報警功能塊中，都在畫(huà)面上預留了SIMULATION使能按鈕。這樣，在現場(chǎng)條件不理想或完全不可能具備一定范圍的情況下，生產(chǎn)工作人員可以在一定的授權及許可下，使用該功能從而減少不必要的停機造成損失。
5． 運用CEMAT系統的統一的編程標準，能夠對企業(yè)工廠(chǎng)的管理起到一定程度上的輔助作用，從而使“助力企業(yè)生產(chǎn)管理”得以實(shí)現。在華新水泥超速發(fā)展的今天，人員流動(dòng)大，在面向相同的控制系統，甚至是控制實(shí)現和畫(huà)面監控等方面，可以縮短對新生產(chǎn)線(xiàn)的熟悉周期，節約人員的消耗。并且，可以在組織和技術(shù)管理層面上，建立統一的標準，即可以摒棄不良的工作習慣，又能夠互相對比參照，最終達到效益和效率的最大最優(yōu)化。
6． CEMAT系統已經(jīng)作為強大的平臺，為華新水泥提供了更寬廣的自動(dòng)化優(yōu)化的空間。例如：在新版本V6.1中，CEMAT系統已經(jīng)為SIEMENS的MES作了部分的相應的預處理，可以為將來(lái)的制造執行系統做好準備。另外，窯優(yōu)化KCS和磨優(yōu)化MCS也會(huì )在CEMAT系統中實(shí)現其強大的功能。
八、 應用體會(huì )
1、 全集成自動(dòng)化（TIA）為現代化企業(yè)的生產(chǎn)和管理提供的方便；
2、 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用節約了大量的現場(chǎng)信號電纜，帶來(lái)的方便的同時(shí)也提高了項目的經(jīng)濟效益。Profibus通訊協(xié)議的透明允許多廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)符合協(xié)議的總線(xiàn)設備，為用戶(hù)選型提供了廣闊的空間；
3、 SIMATIC PCS 7的開(kāi)放性為編程人員帶來(lái)的方便；
4、運行維護費用低:自動(dòng)控制水平高，運行人員少；
5、西門(mén)子全集成自動(dòng)化控制系統PCS7具有過(guò)程控制系統的所有特性和功能，過(guò)程控制簡(jiǎn)單而安全、方便信息網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)總線(xiàn)及儀表的集成，設計模塊化，系統的擴展性強，是水泥生產(chǎn)過(guò)程中理想的集成運行平臺 .
九、 控制系統完成的功能
SIMATIC PCS7是西門(mén)子公司結合最先進(jìn)的計算機軟、硬件技術(shù)，在西門(mén)子公司S5，S7系列可編程控制器及TELEPERM系列集散系統的基礎上，面向所有過(guò)程控制應用場(chǎng)合的先進(jìn)過(guò)程控制系統。
SIMATIC PCS7采用優(yōu)秀的上位機軟件WinCC作為操作和監控的人機界面，利用開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現現場(chǎng)信息采集和系統通訊，采用S7自動(dòng)化系統作為現場(chǎng)控制單元實(shí)現過(guò)程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現場(chǎng)傳感檢測信號。
SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現場(chǎng)設備庫，提供連續控制、順序控制及高級編程語(yǔ)言?，F場(chǎng)設備庫提供大量的常用的現場(chǎng)設備信息及功能塊，可大大簡(jiǎn)化組態(tài)工作，縮短工程周期。
十、結束語(yǔ)
PCS7控制系統運行系統穩定、可靠。極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，該系統有效地解決了生產(chǎn)中的很多問(wèn)題，如減少了生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)故障，縮短了生產(chǎn)準備時(shí)間和搶修時(shí)間，減少了工人的勞動(dòng)強度，為華新水泥生產(chǎn)創(chuàng )造了可觀(guān)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，達到了節能、降耗的目的。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號