DCS系统功能的深入挖掘和开发利用

newmaker

欢迎访问e展厅 展厅 10 建材机械展厅 水泥设备, 免烧砖机/制砖机, 砌块成型机, 玻璃生产设备, 水泥制管机, ... 分散控制系统（DCS）是计算机、自动控制技术及网络通讯技术的综合产物。它基于控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，适应了现代化生产和企业管理的要求。由于DCS融人了最新的现场总线、嵌入式软件、先进控制、报表技术、CRT以及网络技术等，使得其能够整体解决小至一台大型设备、大至一个现代化工厂整个生产过程的全方位控制，并为工厂全程信息化管理提供基础平台。 我厂的DCS控制系统采用的是具有世界先进水平的SIEMENS公司的产品SIMATIC PCS7+CEMAT系统。自从系统调试到正常使用近两年的时间，DCS系统运行不但非常正常，而且大大提高了生产效率。但我们认为作为公司技术人员仅仅维护好DCS系统的稳定是不够的，而是要不断的提高和改进，深挖这套系统、结合我厂的实际情况充分开发利用它的强大功能，使之能最大限度的为企业所用。 提高DCS控制系统的运转率 在正常的生产中，根据生产的要求，为进一步优化操作，需要在控制系统中增加相当一部分控制点。但是在增加的过程中发现，原配置的硬件的负荷率已经达到96%，在这样的情况下，系统不仅常常出现死机，当高到90%以上的时候，严重时系统容易崩溃，这样会对现场设备的运行出现很大的威胁。 通过对现有情况的实地考察和详细分析，对CPU的一系列运行参数进检查发现，系统中主要存在以下几个问题：硬件本身容量不够，监视数据相对过多，地址点数相对过多，地址配置参数需调整，CUP参数设置不当。 现场的实际检查发现，CPU负荷比较大的站，都是所配置的CPU比较小的站，比如煤磨现场站，原料处理现场站，但是如果拆去配置低的设备，重新购买更高一级的设备，方法当然可以行得通，并且也比较简单，但是费用比较高，需要发费的资金太多，不是最好的方法，不到万不得已我们不建议采用此种方法。CPU负荷高，主要员因是因为其本身的能力相对不高，但是要求其处理的信息量相对较大引起的，从这个角度考虑我们想办法，减少CPU的处理信息量，把不必要的一些信息，或者不是很重要的信息给取消掉。 地址点也就是绝对地址和相对地址的总和，其中的绝对地址是无法再进一步缩减的，因为这些都是中控时所必须用到的数据信息，相对地址也是中间变量或者是过程变量，这些信息中有相当一部分根据不同的要求是可有可无的，所以可以根据我们现有的不同情况进行整理或缩减。 对每一个发现的问题都解决以后，整个DCS控制系统的运行状况发生了质的提高。在实际的控制中，充分发挥出我厂全自动控制的能力。该自投入运行以来没有出现过故障，完全保证了操作人员的顺利操作，和设备的稳定运行。为公司不仅节省了几十万元的硬件投资，同时使整个全自动化系统的运转负荷更加合理化，稳定性更强，使整个DCS系统的全年故障率为零。达到了预期的目的，取得了显著经济效益。 利用PCS控制软件编制实时管理系统中的信息 西门子PCS7控制系统的主要功能是电设备的顺序逻辑控制、过程参数的检测、显示、回路自动调节等，以及操作员在中央控制室内对所控制的生产车间进行管理和操作。 在我公司的工业自动控制系统运行一直很平稳的情况下，同时和利时的实时信息管理系统在正常运行半年来，基本上满足了我公司信息管理化的要求。在这种大的形势下，公司领导为了进一步加强我公司重要生产设备的运转情况的透明度，为进一步督促和强化各个重要生产岗位人员的责任心，同时也为了给外来领导和外企业的管理人员增加对我公司核心设备运转质量的了解程度更高，我公司领导要求在信息管理系统中把我厂的核心设备的具体运行情况另做一个信息管理报表，该表的主要内容是纪录并显示要在喂料运行正常情况下：①窑当前连续运转时间，②窑上次连续运转时间，③历史上窑最长连续运转时间。为了在信息系统中实现生成这一管理信息的功能，我开始设计了两个方案。第一个方案为直接利用实时信息管理系统的数据库，依据库内的窑喂料量这一变量生成相应的报表上所要生成的时间纪录数据。第二个方案为利用我们工业自动控制系统的软件，在我们的大的控制系统中利用系统的开放性和大容量的数据库的特点，用自己熟悉的编程语言生成该管理报表，所需要的时间记录管理数据，然后把生成的这些数据放到我们大的数据库中，最后再给实时信息管理系统所调用。通过对和利时信息的数据软件的分析研究发现该软件在借用外部数据而再做程序时有一定的局限性，同时我们通过向和利时公司的专家请教，该公司专家说我公司的信息管理系统没有这个功能，因此我们所想的第一个方案就走不通到此为止。我们就只能选择第二个方案，而本来这个工作应由我们的信息管理软件生成为最佳，但如今要在工业自动控制的软件中实现信息管理软件的功能确实有很大的难度，但为了实现这一功能我们又必须静下心来进一步研究工业控制软件的特点，来生成我们所需要的程序。经过认真的分析和大量的实验和研究，我们用了不到十天的时间研究和编写了一段程序。同时把程序生成的重要数据传到了工业控制的大的数据库中，以便我们的信息管理系统用。 该软件已运行至今，运行一直很稳定，出现错误率为零，满足了我公司信息管理的需要，达到了公司领导的满意。 中央控制室系统现场站硬件配置的改造 中央控制室系统现场站，是我厂工业控制系统的心脏，而中央控制室就好比我们的一个大脑，为了更一步增强我们心脏的功能，我们通过认真研究后，对我厂的煤磨现场站和窑头现场站进行了改造。 根据生产的实际需要，由于设计院刚开始设计的冗余量的局限性，在实际的工作中，我们需要在煤磨电力室的现场控制柜中再加一个DI模块，以满足改进生产的需要，同时在窑头的中央控制系统的现场站也需要加一个DI模块。 由于中央控制系统的现场站的控制柜内配线很复杂，而为了满足生产优化的需要，我们必须对柜子的前后模块和接线进行重新配线和校线，为了达到这一目的，我们主要采用了以下几步： 1、 检查各个中央控制现场站的控制柜内的当前硬件配置和接线情况。 2、 找准要加硬件的位置。 3、 对硬件模块进行配线，并安装到所选择的ET200M的主板上。 4、 对柜后端子进行接线，并校线。 5、 在工程师站对各个站进行硬件增加、组态。 6、 定义每个全局变量地址、符号，编辑下装到各个中央控制的现场站。 如今各个现场站运行正常，所新增加的模块运行正常，所控制的设备没有出现过误动作，运行正常。 充分利用现有资源，及时实现两DCS控制系统通讯 在十月下旬，我公司的余热发电厂电器设备安装已接近尾声，余热电厂DCS控制系统和水泥熟料DCS控制系统的通讯对接已成为必须及时解决的问题。与此同时，水泥熟料生产线进入了为期7天的检修时间，为了利用这个有利时机，我们准备在此期间实现两系统的通讯问题。 26号，我们和电厂的有关领导人员以及安装公司人员一起对两系统要对接的问题在一起进行了认真地分析和探讨，最后根据水泥熟料生产线的要求和余热电厂生产线的需要，我们确定，在窑头的两个电动阀，锅炉的入口阀由熟料生产线控制，出口阀由余热电厂生产线控制，窑尾的锅炉入口阀由熟料生产线控制，出口阀由余热电厂控制，大斜阀门有熟料生产线控制，同时各个阀门的电源由余热电厂提供，个个阀门的开度在余热电厂都能够及时准确地显示出来。为了实现这些功能，我们通过认真地思考，研究决定选用一种一进两出的通讯模块来实现。但是到我们库房发现我们没有这种的通讯模块，要购买本产品，不仅需要大量的资金，而且要等很长时间才能买到该种产品。为了在熟料生产线检修期间实现通讯，不给熟料生产线造成因两系统对接而影响其正常生产，我们决定在考虑别的解决问题的方法。最后研究决定用现有的设备，在熟料生产线的DCS控制系统中开发新的软件的方法来实现这些设备的通讯。 为了实现这个目的，我们首先对我们公司的孰料生产线的自动控制系统进行的程序进行了深入地研究，然后根据DCS控制系统现有的功能进行程序开发，程序开发出来以后，为了安全起见，我们首先在软件里面开发了一套软件，进行模拟试验，通过一系列的修改之后，模拟软件通讯成功。然后，进行了现场设备的安装和硬件架设，把所作的程序下装到现场中央控制器，连接现场各个相应的设备和两系统的通讯电缆，进行两系统的通讯。现场控制设备运行正常，两系统能够及时准确的通讯。熟料生产线对各个阀门的操作情况能够准确无误的在余热电厂的中央控制系统的控制室的操作台上显现。这样，实现了熟料生产控制和余热电厂控制两系统的通讯，满足了两个生产线的要求。 余热电厂DCS控制系统和水泥熟料DCS控制系统在没有具备所有硬件设备的条件下，我们通过用现有的备品备件和软件资源，实现了两系统成功通讯，这不仅给余热电厂的投入运行做好了准备，同时减少了熟料生产线因余热发电的并入而停车次数，同时也为公司购买一进两出的模块节省了不少资金。 SIEMENS和ROSEMENT仪表同总线同时使用 我公司的第一条5000t/d新型干法熟料生产线，主要控制点配用了西门子和罗茨蒙特现场总线仪表，这两种具有不同内在核心技术的产品在同一条总线上的应用结合，取了良好的应用效果。 现场总线（Feildbus）技术是在传统的最底层的现场控制设备和测量仪表的内部装置入数字计算和通讯能力，以简单的双绞线等连接总线与标准总线设备接口连接，能够将多个直接铺设在生产现场的各类设备和仪表，如阀门定位器，液位计，压力/压差/温度变送器，分析仪，流量计液位计、I/O模块等连接成生产过程监测控制现场网络系统。该系统又与上层的高速通讯线路连接成安公开规范的通讯协议（PROFIBUS DP总线通讯协议）运行的分布式控制系统，以完成实现现场的多个微机化测量控制设备间，仪表与远程控制间数据采集，传输以及对设备的控制和管理，完成实际需要的多种自动化控制。 PRFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。我公司使用了新加坡生产的采用PROFIBUS PA总线标准制造的Rosemount的压力仪表和温度仪表。压力仪表为3051型的，温度仪表位3244型的。同时也使用了西门子公司生产的温度，压力仪表作为备件。在生产过程中，由于现场出现跑料情况，我公司现已经用到5块西门子总线仪表，三个温度，两个压力总线仪表。其中压力仪表的型号为SITRANS P DSIII，温度仪表的型号为SITRANS T3K PA 。 为了确定罗茨蒙特仪表是否能够在该生产线上应用，我们开始先作了在别的水泥生产公司的现场总线上试用，使用效果良好，这初步证明该种总线仪表可以在PROFIBUS通讯协议上实现通讯。既然罗茨蒙特总线仪表是按照PROFIBUS PA 通讯标准生产的总线仪表，我们可以推测，该种仪表应该在PCS7 过程控制系统中的现场总线仪表组态可以实现，并且可以通讯，也就是说，西门子的过程控制系统应该也支持罗茨蒙特现场总线仪表。为了证明这个推测，我们又在北京西门子总部的实验室请西门子的专家作了具体的实验，结论是肯定的。由于当时条件的限制，只做到PCS7 控制系统可以控制罗茨蒙特仪表，但是具体到每个地址的设置和参数设置，由于国内还没有运用过的例子，而且不同的公司生产的仪表的参数设置又各不相同，我们也只有自己研究。 我公司DCS系统上位机采用Siemens PCS7控制软件，总线仪表编程组态用的为西门子的PDM软件和GSD文件。按照试验方法，对总线仪表进行相应的软件配置和组态后，在上位机中找不到现场仪表。经分析发现，ABB和Siemens等厂家的PA仪表在出厂时默认的总线地址均为126，而我们用的Rosemount PA仪表的出厂默认地址也为126位，现场所有仪表地址设定相同，所以系统不能识别出每一块总线仪表。我们用的解决的方法是在DCS现场柜DP/PA总线与总线仪表连接前，用PC机和一块CP5511卡将Rosemount PA仪表的地址逐个进行设置成唯一的地址，也就是使在同一条总线上的仪表的每一个表的地址唯一，然后再连接系统，采用GSD文件对每一块仪表的具体参数进行详细得设置。 硬件组态方法和Rosemount仪表的相同，这里就不再重复。其地址设置方法是这样的，由于我公司用的西门子仪表是一个运行正常以后，在下挂的下一个仪表，所以在硬件组态好以后，由于现场只有一块仪表的地址为126，所以可以在上位机中找到这块仪表，找到仪表后我们可以根据自己的需要进行地址更改。符号表的编辑是这样的，在组态好的硬件上单击要设置变量的仪表图，在屏幕的下方就会显示该块仪表的符号设置表，右键单击符号表里的第一行，在弹出的对话框中选中符号编辑选项，显示出符号编辑画面，在该表的第一行就是要定义的符号的位置，这里根据自己的需要进行变量定义即可。定义好的符号编译保存后，就可以在上位机中使用该变量进行编辑使用。 现在这两种总线仪表在我厂的同一条PA中线上已经运行一年多的时间，两种仪表运行都一直很稳定，没有出现过故障问题。 从我公司的运运情况我们可以看到，西门子的过程控制系统的开放性和兼容性是多么的强大，只要是符合通讯标准的设备在西门子的PCS7控制系统中都可以放心的使用。这一点充分显示了PCS7控制系统功能的功能是如何的优越。 这种应用研究解决了Siemens的PCS7控制系统与Rosemount现场总线PA仪表的兼容性矛盾，使得整套控制系统按时顺利地实现生产运行。二年多的生产应用证明，我厂的所有Rosemount、Siemens现场总线温度和压力仪表工作稳定，所检测数据可靠，使用状况良好。 煤磨液压站改为DCS控制 我厂的第一条熟料孰料生产线上的煤磨的液压站的控制，开始合肥设计院设计的为手动控制。在正常的生产过程中，手动控制也基本上能过满足生产的要求，但是煤磨的其不足是在正常的生产时，在液压站必须有一个专门的工人根据生产的实际需要抬辊和落辊，自动化程度很低，同时最重要的是当煤磨内出现异常情况时，比如当煤磨内出现震动异常时，中空操作员就需要现场岗位工人及时抬起磨辊，以避免对磨的更大伤害，但由于人为因素的高度局限性，不可能工人无论何时都站在控制盘旁随时准备调节液压系统，因此在这种情况下，默记就会在振动过大而引起跳停。但是磨机是一个很大的设备，设备多次出现震动过大跳停的时候对整个磨的损害是很大的。 为了克服以上的弊端，我公司的领导人员，决定在煤磨的液压站增加一个自动控制的液压控制系统，该控制系统和手动的控制系统连接在一起，互为备用。 在自动液压站控制系统中，主要设备有一个油站主电机，一个总阀，1号阀，2号阀，换向阀，卸荷阀。在油路控制中，我们要实现的功能是： 1. 根据生产需要调解磨辊压力，我们通过研究为了实现调节压力，在控制系统的局限性的情况下，只有通过调节比例阀。 2. 预调，首先，把磨辊落到磨盘上，开油站主电机，当压力大到设定值时，停止主油站电机即可。 3. 落辊，所有的设备都不运行，磨辊靠自重落到磨盘上。 4. 抬辊，润滑泵运行，换向阀、卸荷阀得电，当磨辊抬到上限为时，泵停止运行，换向阀、卸荷阀失电，同时在抬辊时，压力要设定到合适的值。 所有以上功能都已经在我们的大的中央控制系统中实现，为了实现这些功能，我在我们的控制系统中作了几个设备的控制方案，通过多次的试验的不断的修改，最后，完全实现了煤磨液压站的自动控制，提高了该系统的自动化程度。 该自动控制系统的成功投入运行不仅提高了煤磨控制系统的自动化程度，减少了岗位的劳动强度，同时也对我公司的煤磨设备起到了很好的保护作用。该系统自投入运行以来，运行一直很稳定。 SIMATIC PCS7+CEMAT系统在熟料生产线投运以来，我们克服缺少可借鉴技术经验，给项目实施过程中带来的困难，不断的实践摸索，改进和优化了设计，深挖系统功能，尝试着和其它国产DCS系统的对接，目前系统运行效果良好，控制准确可靠，操作简单，维护方便。达到节能、增效和环保的目的，为企业创造了可观的经济效益和社会效益；同时，对同行业其它水泥企业具有一定的参考价值。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/21/2007)