1、項目簡(jiǎn)介

    1.1項目所在地，項目所在公司企業(yè)見(jiàn)解，公司企業(yè)的行業(yè)簡(jiǎn)要背景

    華新水泥股份有限公司是一個(gè)有著(zhù)百年歷史、享譽(yù)國內外的國家大型水泥骨干企業(yè)，前身為1946年9月28日創(chuàng )建于湖北黃石的華新水泥股份有限公司大冶水泥廠(chǎng)。當年向美國愛(ài)立斯公司洽談?dòng)嗁徚藘蓷l3.5*145M大型水泥濕法旋窯和配套設備，建設成了當時(shí)“遠東第一”，后來(lái)一直享譽(yù)中外的華新水泥廠(chǎng)，即今天的華新水泥股份有限公司。

    1994年12月31日，公司新建的2000t/d水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)一次點(diǎn)火成功投產(chǎn)，由此公司實(shí)現了濕法工藝向先進(jìn)的干法工藝 的歷史性轉變。 

    進(jìn)入“十五”以來(lái)，華新進(jìn)入了飛速發(fā)展期，到目前為止，華新水泥股份有限公司建設新型干法窯共１０條，粉磨站共8個(gè)。

                                   圖1-1：華新（武穴）水泥有限公司

    華新水泥股份有限公司武穴分公司地處“鄂東門(mén)戶(hù)”武穴市，是中國著(zhù)名水泥企業(yè)集團華新水泥股份有限公司，旗下最大的分(子)公司，規劃年產(chǎn)水泥1000萬(wàn)噸，一期工程為一條日產(chǎn)6000噸的新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)，具備年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料200萬(wàn)噸，優(yōu)質(zhì)水泥250萬(wàn)噸的能力。一期工程于2004年4月29日開(kāi)工興建，2005年4月26日點(diǎn)火投產(chǎn)，現運行正常。

    1.2項目的簡(jiǎn)要工藝

    新型干法水泥生產(chǎn)已成為當代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進(jìn)的工藝。

    整條生產(chǎn)線(xiàn)分為三個(gè)階段：(1)生料制備 (2)熟料煅燒  (3)水泥的制成

    以上三個(gè)階段可以簡(jiǎn)稱(chēng)為“兩磨一燒”。

    1.3華新武穴工程工藝流程

    華新武穴熟料生產(chǎn)線(xiàn)在水泥生產(chǎn)過(guò)程中,大致經(jīng)過(guò)了原料開(kāi)采、原料破碎、生料配料、生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨、水泥包裝及輸送等過(guò)程。

                                 圖1-2：武穴水泥磨工藝生產(chǎn)線(xiàn)監控圖

    2、為什么選擇智能儀表取代II型儀表

    2.1 國內現場(chǎng)儀表的發(fā)展

    過(guò)程控制儀表是水泥生產(chǎn)自動(dòng)化中不可缺少的一部分, 而在50 年代, 過(guò)程儀表基于 3～15psi 氣動(dòng)標準信號, 60 年代后發(fā)展了  4～20mA(DC) 信號標準, 80年代后---4～20mA(DC) 標準信號和智能儀表并存。

    然而，II型儀表存在參數不易調整, 現場(chǎng)人員不易控制；還有互換性差等缺點(diǎn)，

    隨著(zhù)計算機技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的結構形式發(fā)生了較大變化, 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的智能儀表等產(chǎn)品應運而生。

    2.2 西門(mén)子PA儀表的特點(diǎn)

    2.2.1 溫度變送器

    SITRANS T3K PA 將來(lái)自熱電阻和熱電偶的信號轉換成數字信號。測量值通過(guò)微處理器，轉化為PROFIBUS PA上的溫度輸出和其它狀態(tài)參數。傳感器、量程、故障信息都可以編程設定，因此，SITRANS T3K PA能夠提供您各種各樣可能的診斷和模擬的功能。

    高度的安全性----工作電流小于11mA。出于安全考慮，在故障事件中，總線(xiàn)電流減少到小于14mA。

    快速、無(wú)故障參數化----SITRANS T3K PA結構緊湊，可安裝在帶蓋的B型接線(xiàn)盒中。此外，在參數設定方面，它還可以利用方便的SIMATIC PDM軟件進(jìn)行編程。

    SITRANS T3K PA帶有的保護功能：

    電流限值：在出現故障時(shí)，避免總線(xiàn)過(guò)載，維護其它正確運行節點(diǎn)的數據流通；

    極性顛倒保護：使總線(xiàn)線(xiàn)路按要求連接；

    EMC濾波：在有電磁干擾時(shí)防止誤動(dòng)作；

    2.2.2 壓力變送器

    SITRANS P DSIII PA系列壓力變送器適用于非腐蝕性和腐蝕性氣體、蒸汽和液體的壓力測量。標準量程寬，從0.1至40MPa

    該變送器即可使用三個(gè)輸入鍵在現場(chǎng)進(jìn)行參數設定，并可在數字表頭上觀(guān)察測量結果、出錯信息和操作模式。又可通過(guò)一個(gè)SIMATIC PDM工具軟件在線(xiàn)測試狀態(tài)值和診斷值。SITRANS P DSIII 系列變送器特點(diǎn)：

    可靠性
 
    穩定性

    超強的診斷功能

    超限監測。當壓力值超限，或錯誤信號產(chǎn)生時(shí)，其發(fā)生的頻繁度、時(shí)間、幅度、都將作為異常事件被記錄。及時(shí)掌握生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的異常情況。 

    可以通過(guò)軟件輸入一個(gè)值，修正正常范圍內的漂移情況。 

    內置維護計數器，可以記錄變送器調校次數。根據連續性理論，此功能可用于保證變送器的最大使用精度。 

    變送器內的仿真功能，可基于已定義的數值檢查變送器電子部分和整個(gè)回路，以獲得以下重要信息：變送器電子部分是否正常工作？多少壓力時(shí)產(chǎn)生超限響應?調節回路是否正常？所有顯示功能是否起作用？

    及時(shí)檢測變送器顯示電子單元或測量元件的出錯信號，及時(shí)更換，無(wú)需重新調校。 

    2.2.3 雷達物位計

    STRANS LR400是一款24GHz連續波調頻工作方式的微波雷達物位計，最大量程可達45米，改進(jìn)型的量程升級至50米；喇叭口可以根據客戶(hù)的實(shí)際需要加長(cháng)，可以完全滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)中各種不同高度的倉的要求。

    可以通過(guò)紅外手持編程器直接對儀表進(jìn)行編程，也可以使用SIMATIC PDM 軟件進(jìn)行遠程編程。

    除此之外，它還有以下特點(diǎn)：

    1)高頻、耐高溫特性，使其很好地用于諸如生料、熟料、成品水泥、粉煤灰等介質(zhì)的測量應用中，測量結果可靠、穩定、準確。 

    2)先進(jìn)的回波處理算法——聲智能技術(shù)，能夠將真假回波信號區分開(kāi)來(lái)，從而保證測量的可靠性。 

    3)采用PTFE長(cháng)喇叭防塵封頭設計，外加吹掃裝置，既克服粉塵吸附，又消除干擾信號的影響。 

    堅固的鋁制外殼設計，能夠滿(mǎn)足各種惡劣的工況。

    2.3 華新現場(chǎng)儀表的選擇

    對于華新而言，如何選擇可靠高效的自動(dòng)化控制系統、電控設備及儀表設備是提高產(chǎn)品的競爭力的成本控制策略的重要內容。在水泥廠(chǎng)中，利用溫度、壓力、物位等儀器對不同的爐膛、管道、物料倉的準確測量，是提高整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全環(huán)保起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

    2.3.1 項目當中使用的西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品的型號、數量、類(lèi)型、何種控制對象

                                   表2-1    西門(mén)子產(chǎn)品

    類(lèi)型                型號           數量 總線(xiàn)類(lèi)型      控制對象

    溫度變送器       7NG3213-0NN00      63  Profibus-PA   檢測管道、爐膛等溫度
    SITRANS T3K PA

    壓力變送器       7MF4034-1BA101AB1  42  Profibus-PA   檢測風(fēng)管道、水管道等壓力
    SITRANS P

    雷達物位計       7ML5421-0AD03-0BA2 10  4～20mA       庫、倉料位
    SIRTRANS LR40

    變頻器           6SE6440-2UD41-6GA0 34  Profibus-DP   控制喂料秤、蓖床，風(fēng)機等速度
    MICROMASTER 440     
 
    中壓綜合保護器   7SJ6225-5EB90-3FE0 40  Profibus-DP   線(xiàn)路保護、電動(dòng)機保護、變壓器保護、電容器保護等

  低壓智能保護控制器 3UF5001-3BN00-1    106 Profibus-DP   1.1控制電機、風(fēng)機、泵、閥門(mén)開(kāi)停
    SIMOCODE-DP                                           1.2過(guò)載保護
                                                          1.3電流不平衡保護
                                                          1.4相故障保護。接地故障保護
                                                          1.5堵轉保護
                                                          1.6電流值檢測

    現場(chǎng)總線(xiàn)從站         S7-200          24  Profibus-DP  空壓機、氣體分析儀、袋收塵器

    過(guò)程控制系統         CPU416           6                SIEMENS 

    2.3.2 智能設備照片
            

   西門(mén)子變頻器440                   西門(mén)子PA 壓力&溫度儀表       
     

     DP執行器SIPOS5            用現場(chǎng)接線(xiàn)盒取代TAP頭　    


     LR400 雷達料位計

    3、武穴項目過(guò)程控制系統組成

    3.1系統共設3個(gè)控制室：石灰石破碎控制室1個(gè)，中央控制室1個(gè)，包裝控制室1個(gè)。

    3.2 全廠(chǎng)過(guò)程控制系統需控制的點(diǎn)：DI 2624點(diǎn)、 DO 1280點(diǎn)、AI  200點(diǎn)、AO  8點(diǎn)、PT100   320點(diǎn)、 共4432點(diǎn)、DP 256個(gè)、 PA  105個(gè)。

                                  圖3-­1武穴過(guò)程控制系統配置圖

    根據華新武穴6000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)項目的工廠(chǎng)管理、生產(chǎn)過(guò)程及功能要求，過(guò)程控制系統體系結構可分為3層，即

    3.3 工廠(chǎng)級(企業(yè)管理層)、車(chē)間級(監控層)和現場(chǎng)級(現場(chǎng)控制層)。

    現場(chǎng)控制層：

    （1）SIMATIC ET 200M 遠程I/O站通過(guò)ProfibusDP通信標準與S7 416-2進(jìn)行通信；

    （2）現場(chǎng)低壓智能保護、中壓智能保護、交直流傳動(dòng)、調速變頻裝置以及電動(dòng)執行機構通過(guò)ProfibusDP通信標準與 S7 416-2 PLC進(jìn)行通信；

    （3）現場(chǎng)智能儀表（包括總線(xiàn)式壓力變送器和總線(xiàn)式溫度變送器）通過(guò)Profibus-PA通信標準與DP/PA-LINK及COUPLER連接與S7 416-2 PLC進(jìn)行通信；

    3.3.2 現場(chǎng)控制層組成：6個(gè)現場(chǎng)控制站、5個(gè)遠程I/O站。

    3.4控制系統軟件

    3.4.1 武穴項目選用的是西門(mén)子的PCS7作為操作平臺；

    3.4.2　用戶(hù)軟件有華新技術(shù)中心技術(shù)人員自己開(kāi)發(fā)的應用軟件；

    4．ProfiBus-PA儀表在PCS7中應用

    4．1 ProfiBus-PA儀表在PCS7中硬件配置

    西門(mén)子網(wǎng)絡(luò )以PROFIBUS協(xié)議為主流，網(wǎng)絡(luò )組態(tài)簡(jiǎn)單快捷，直觀(guān)易于操作。

    ProfiBus-PA儀表組態(tài)步驟：（以壓力變送器為例，其它儀表類(lèi)似）

    4.1.1  打開(kāi)PCS7中的硬件配置，將現場(chǎng)儀表圖標拖入，西門(mén)子的GSD文件自動(dòng)集成在后臺；

    4.1.2  現場(chǎng)儀表硬地址（例如：８）必須與硬件配置中的地址匹配；

    4.1.3  編輯下載后，控制器開(kāi)始通訊;

    4.1.4　邏輯分配的地址(例如：５１６)存放的數據是有效的；

    4.1.5  雙擊現場(chǎng)儀表圖標，打開(kāi)SIMATIC PDM, 即可對現場(chǎng)儀表進(jìn)行參數配置；

                            圖4-1  ProfiBus-PA儀表在PCS7中硬件配置

    4．2  ProfiBus-PA儀表在PCS7的CFC中的應用

    4.2.1  在CFC chart圖中拖進(jìn)一個(gè)“PA_AI”塊；

    4.2.2 “PA_AI” 模塊具有自動(dòng)轉換功能，將邏輯I/O單元內容轉換成測量值和狀態(tài)值，例如”516”

    4.2.3  PA_AI 共5BYTES, 高4ｂｔｙｅｓ是測量值，１ｂｔｙｅ過(guò)程狀態(tài)；   

    4.2.4  通過(guò)狀態(tài)值的評估在線(xiàn)診斷現場(chǎng)設備；

    4.2.5  將CFC　chart 塊編輯、然后下載到CPU控制器，現場(chǎng)設備的數據為有效數據

                            圖4-2  ProfiBus-PA儀表在PCS7的CFC中的應用圖

    4．3 ProfiBus-PA儀表在PCS7的操作畫(huà)面中的應用

                                 圖4-3  461KH1T1窯頭罩溫度曲線(xiàn) 

                                    圖4-4  461KH1P1窯頭罩壓力曲線(xiàn)

    （2006.11.03，14:23~15:23 一個(gè)小時(shí)的溫度、壓力曲線(xiàn)記錄）

    5、SIMATIC PDM

    5.1 SIMATIC PDM—是一個(gè)過(guò)程設備管理工具，適用于所有的現場(chǎng)設備，如溫度變送器、壓力變送器、物位計、電動(dòng)執行機構等智能儀表；

    5.2 打開(kāi)PDM工具展示供貨商所有的設備參數描述；

    5.3 提供統一的人機界面易于操作； 

    5.4 SIMATIC PDM 有集成版或單機版；

    5.5 一臺現場(chǎng)設備的所有參數可以通過(guò)通訊傳輸上來(lái)；

    5.6 SIMATIC PDM 特殊功能

    設置現場(chǎng)設備地址

    顯示連續記錄

    參數設置比較

                                      圖5-1  SIMATIC PDM 可視平臺

    6、PROFIBUS-PA儀表使用的經(jīng)驗

                                           圖6-1  壓力表頂的保護蓋

                                           圖6-2  三個(gè)現場(chǎng)按鈕

    6.1壓力儀表調校

    對于西門(mén)子壓力儀表參數設置方法很多，并且所設定的參數有20多個(gè)，如何簡(jiǎn)單迅速的對儀表進(jìn)行設定，是儀表工程師關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)現場(chǎng)摸索，總結出一套簡(jiǎn)單的操作步驟：

    6.1.1 直接打開(kāi)現場(chǎng)安裝好的壓力表頂的保護蓋，通過(guò)三個(gè)現場(chǎng)按鈕進(jìn)行參數調整；

    6.1.2 SITRANS P DSIII PA系列壓力變送器依按照下列基本參數設定

    順序    方式     功能        顯示狀態(tài)
      1      M4     電子阻尼       1.0
                       4            S
      2      M7     零點(diǎn)調整      0.090
                       7           Bar
      3      M10    鍵和功能禁止
      4      M13    測量值顯示      2
                       13          PRIM
      5      M14    壓力工程單位   1133
                       14           MPa
      6      M15    總線(xiàn)地址        12
                       15          ADDR.
      7      M16    運行方式設置    1
                       16          Idcnt
      8      M17     小數點(diǎn)        88888
                       17            D
      9      M18    零點(diǎn)調整（只讀）1.000
                       18           Bar
      10     M19    平衡低限       0.000
                       19           Bar
      11     M20    平衡高限       1.000
                       20           Bar
      12            實(shí)際顯示值
                      9.140         KPa

    6.1.3 零點(diǎn)誤差的調整：將變送器放空或抽真空，然后通過(guò)零點(diǎn)調整使實(shí)際位差顯示為0Pa，從而達到校正因安裝位置等原因導致的零點(diǎn)誤差。

    6.2壓力儀表安裝需要注意的問(wèn)題

    6.2.1 測量氣體時(shí)，變送器安裝在高于取壓點(diǎn)的位置，保證冷疑液流回主管線(xiàn)而不至于產(chǎn)生假指示；

    6.2.2 測量液體時(shí)，變送器安裝在低于取壓點(diǎn)的位置，確保主管線(xiàn)的含雜的氣體被放掉；

    6.2.3 安裝便于操作，盡量靠近取樣點(diǎn)；

    6.2.4 建議向下垂直安裝；

    6.2.5 避免變送器曝曬，避免強振動(dòng)，避免高溫；

    6.3溫度儀表調試和安裝需要注意的問(wèn)題

    由于西門(mén)子溫度儀表體積小巧，安裝方便，我們直接用PDM在室內進(jìn)行參數設定，調試。安裝便于操作，盡量靠近取樣點(diǎn)，同時(shí)，避免變送器曝曬，避免強振動(dòng)，避免高溫。

    7、PROFIBUS-PA儀表配置需要考慮的四個(gè)問(wèn)題

    7.1 PROFIBUS-PA配置方式

    PROFIBUS-PA配置方式兩種：一種是通過(guò)Coupler直接接PA-儀表，但這種方式通訊速率較低，使得PROFIBUS-DP總線(xiàn)回路速率只有45.45KBit/S；另一種采用Link+Coupler的方式配置系統，適合于系統規模較大，每個(gè)站的儀表超過(guò)20臺以上，而ProfiBus DP所掛接的設備要求具有較高的通訊速率，故而，通過(guò)PCS7組態(tài)網(wǎng)絡(luò )時(shí)利用Link作為DP從站占據一個(gè)DP 地址，所有溫度變送器、壓力變送器等智能儀表作為L(cháng)ike的從屬獨立于ProfiBus DP單獨進(jìn)行編址。

    7.2通過(guò)電流消耗決定一條PA總線(xiàn)連接的儀表數量

    Coupler 型號6ES7 157-0AC81-0XA0為非防爆型，最大輸出電流為400mA，輸出電壓19VDC

    Iseg：回路總電流

    Ibn：總線(xiàn)設備基本電流消耗

    Ifde：總線(xiàn)故障電流

    Is：耦合器供電電流

    M：總線(xiàn)設備數量

    N：起始數

    舉例： 

    (1)SIRANS TF PA型溫度變送器，消耗基本電流Ibn =11mA，最大故障電流Ifde <=3mA時(shí)，則在6ES7 157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接溫變臺數：（400mA-3mA）/11mA=36臺

    (2)若SITRANS P壓力變送器其消耗基本電流Ibn=12.5Ma,最大故障電流Ifde =15.5mA,則在6ES7 157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接壓變臺數：（400Ma-15.5Ma）/12.5mA=30臺

    但是，大家知道ProfiBus行規協(xié)議規定，每段僅鏈接31臺智能儀表

    7.3 PA電纜長(cháng)度

    確保最后一臺儀表的工作電壓大于9V

    其中：

    Ubn：最后設備電壓

    Us：耦合器的電壓

    Is：耦合器的電流

    R’：?jiǎn)挝婚L(cháng)度導線(xiàn)阻抗

    Lges：總長(cháng)度

    Iseg：回路總電流

    例如：選用Coupler 型號6ES7 157-0AC81-0XA0為非防爆型，最大輸出電流為400mA，輸出電壓19VDC，則(16V-9V)/400*44 /km=0.4km

    7.4在實(shí)際工作中根據實(shí)際情況進(jìn)行配置，充分考慮每個(gè)從站的響應時(shí)間、通訊周期、通訊速率等要求。

    所以我們在武穴項目PA儀表網(wǎng)絡(luò )配置中，充分考慮以上因素，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò )配置， 使得生產(chǎn)處于良好的運行狀態(tài)。

    8、PROFIBUS-PA給用戶(hù)帶來(lái)的好處

    8.1  在硬件上節省電纜、節省I/O模板、減少盤(pán)柜量，節約電源隔離器 ；

    8.2　在軟件上設計集中、設計故障源減少，節省調試時(shí)間；

    8.3　在生產(chǎn)安全上減少停機時(shí)間、尋找故障直觀(guān)，迅速、具有預維護和診斷功能；

    8.4用現場(chǎng)總線(xiàn)與非現場(chǎng)總線(xiàn)成本差別

    9、結束語(yǔ)

    隨著(zhù)計算機技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展 ，網(wǎng)絡(luò )結構的變化，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。運用該技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統及智能儀表 , 必將大大推動(dòng)水泥生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)用化。通過(guò)我公司多年來(lái)西門(mén)子溫度、壓力、料位計等儀表的應用情況來(lái)看，其穩定性好?？煽啃愿?，故障診斷方便等優(yōu)點(diǎn)，為我公司的儀表推薦應用產(chǎn)品。