现场总线技术在连云港水泥磨控制系统中的研究与应用

连云港鲁碧水泥磨系统，主要有皮带机、破碎机、提升机、水泥磨等设备组成，现场设备繁多，控制点分散，从原材料收集到成品包装，控制设备百余台，传统控制一般只对水泥磨设立自控系统，其他区域设备采用手动。为了对整个系统采用自动控制，减少操作人员劳动强度，我们利用现场总线技术，采用集中管理分散控制的原则，完成了系统的自动控制。

2.系统配置

本系统采用SIEMENS公司WinCC/S7-300系列中型计算机控制系统。该系统是新一代开放系统，由运行于Windows2000网络操作系统环境下的WinCC监控与系统软件包和S7-300回路逻辑控制器构成。其中WinCC是基于Client/Server结构的软件，WinCC服务器软件维护整个系统的实时数据库，WinCC监控站软件是系统的人机界面。通过加装I/O driver，WinCC还可以与AB、Modicon等第三方控制器连接。

系统以“集散控制、分层结构”为主要特点，整个自动化系统可分为三层：

第一层：数据采集层：现场参数检测与终端执行。

第二层：控制层：分散的数据处理、过程控制，各站之间采用PROFIBUS DP通讯

第三层：上位机管理层：集中操作监视。与控制层采用TCP/IP工业以太网通讯。

结合本生产线工艺布置和特点，我们使用了一台S7-300控制器、两台研华IPC610工控机，研华工控机同时运行WinCC服务器软件和监控站软件，负责维护集成实时过程数据库和提供人机接口。一台EPSON针式打印机打印生产报表和过程数据。

系统结构如下图所示：

每个S7-300控制器主机架有8个I/O插槽，最多可处理1024个I/O点(其中模拟量I/O点最多为128个)，可以控制32个回路。研华工控机采用主频为2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 内存，40GB UltraSCSI 接口硬盘。 S7-300控制器和上位机采用10/100兆自适应工业以太网。控制器与ET200站之间通过profibus电缆进行通讯。打印机挂在工程师站，完成报表打印功能。

3.控制层策略

该生产线的控制以逻辑控制为主兼有少量过程控制。利用S7-300控制器主要功能是完成设备起停以及控制参数的监视和调整、逻辑连锁、故障及报警的处理、历史数据的采集及历史趋势的显示和打印，生产报表的生成和打印等。

3.1逻辑控制及常规PV点组态

根据水泥回转窑生产控制要求和特点，每个设备都设定了单机/连锁运行方式，提高了设备运行的灵活性和可靠性；

在回路控制程序中对每一个常规PV点进行了：I/O地址分配、输入（输出）范围设定、工程量单位转换、报警范围设定等功能。

3.2建立时间中断模型

针对S7300控制系统计时器、计数器数量有限，而本控制系统设备繁多，顺序控制必须实现逆起、顺停、齐起、齐停的要求，利用系统本身的特点，在CPU设立内存时钟，每10MS通断一次，编程建立时间中断模型。

系统通过不断的调用模型，进行时间累计，实现延时开、延时关等功能，使得皮带、料流连锁控制的顺停、逆起、齐停、齐起功能得以实现，此方案节约了系统资源，占用内存较少，使得系统运行更加稳定，克服了程序中大批量应用计时器系统运行时间长、反应速度慢的缺点。

3.3故障智能管理模型

针对水泥生产线设备多、故障点多、生产线启停时间长的特点，经过与工艺人员的交流总结，开发出故障智能管理程序，提高生产效率，减少故障停机事件。

当上游设备出现故障时，下游设备减慢运行速度，根据故障重要程度，运行或停止下游一些辅助设备，根据生产节奏实现系统的自适应调节。

当下游设备出现故障时，上游设备立即停止运行，下游设备根据故障重要程度，采取正常运行或延时停止。

对水泥回磨，润滑站等等重要设备参数出现异常情况时，发出报警信号并进行必要的处理，预防重要设备出现故障。

当任何一台设备出现故障时，计算机报警并指示故障的位置、原因，并显示故障处理指导信息，指导维护人员尽快作出故障判断和处理。

对任何故障和异常情况，计算机都有趋势记录，对重要的故障，及时打印以备故障处理。

程序内多重连锁防止了误启停现象的发生，根据生产情况实现了生产节奏自适应调节，提高了可维护性，实现了信息管理。实现了水泥回转窑的故障智能管理，有效延长了磨体的寿命

4.上微机管理层策略

上位机的功能包括：过程监控画面显示、报警显示与处理、报表打印、历史趋势显示与存储等功能。

4.1过程监控画面

根据工艺要求和控制的需要，完成了主工艺流程画面、开关量显示画面、回路调节画面、故障智能处理画面、报警画面、调试画面、流量累加画面。为了方便操作员操作，所有的控制设备的启动停止、参数设定等重要操作都做到了主工艺画面上，操作员可以直接在主工艺画