汕头西门子一级代理商CPU供应商

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  转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，对烟气冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。每个转炉都配有一套除尘系统，除尘系统采用二级文氏管烟尘净化方式，烟道直径Φ1.8m,烟气输送管线620mm，风机型号D900，电机功率630KW/6KV。由于转炉周期性间断吹氧，为满足节能和环保要求,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行，吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。原来采用液力耦合器调速，高速2700r/min（设计2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技术的局限性，使得：
1. 调速范围在30%～90％之间，转速不稳定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪费，高速运行时，液力耦合器有时丢转，转炉炉口冒烟；
2. 经过多年的使用，液力耦合器已严重老化，需经常换轴承，造成转炉停产，不能满足连续生产的需要。
3. 电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率低； 
4. 调节精度低、线性度差，响应慢；
5. 启动电流比较大，影响电网稳定；
6. 液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，停机检修；
7. 漏油严重，对环境污染大；
鉴于液力耦合器存在上述众多问题，对其进行改造已成当务之急。
为了提高风机的运行效率，解决使用液力耦合器带来的众多问题，炼钢厂决定进行变频改造。

二、变频器改造方案

1. 要求变频器要有高性，长期运行无故障。
2. 要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
3. 调速范围要大，效率要高。
4. 具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
5. 有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
经过多方调研、比较，了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下： 
     1、设备配置

三、设备运行情况

2006年底定购了我公司一台高压变频器，型号为CSHF-800/06，2007年1月16日变频器正式投入使用。
1、同原来使用液力耦合器比较，湖南中科电气有限公司生产的高压变频器有以下优点：
     运行稳定，。原来使用液力耦合器须经常换轴承，每次需停炉半天左右，带来的的经济损失。湖南中科电气有限公司生产的变频器具有免维护的特点，只需定期换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。
2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用率。
4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能多，灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。
5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示，
6、适应电网电压波动能力强。
7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了大改善。

四、结束语

从几个月的运行情况来看，湖南中科电气有限公司生产的CSHF-800/06高压大功率变频器性能好，性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求。

    变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现电容谐振，在被试品上获得高电压、大电流，是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。 

    变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流下降为正常试验电流的数十分之一。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。其恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压断开电源，所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验，如：GIS变电所、高压交联电力电缆、发电机、大型变压器、隔离开关、互感器等。 

二、变频谐振高压试验装置在GIS系统中的应用 

    GIS在工厂整体组装完成以后进行调整试验，在试验合格后，以运输单元的方式运往现场安装。运输过程中的机械振动、撞击等可能导致GIS原件或组装件内紧固件松动或相对位移。安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面存在失误，导致电表面刮伤或安装错位引起电表面缺陷，空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场又难以清理，且难以检查出来，将引发绝缘事故。由于试验设备和条件所限，早期的GIS产品多数未进行严格的现场耐压试验。事故统计表明，虽然不能保证经过现场耐压试验的GIS不会在运行中发生绝缘事故，但是没有进行现场交流耐压试验的GIS却大都发生了事故，因此GIS进行现场耐压试验。 

    GIS的现场耐压采用交流电压、振荡操作冲击电压的振荡雷电冲击电压等试验装置进行，交流耐压试验是GIS现场耐压试验中常见的方法，它能够有效地检查异常的电场结构（如电损坏）。目前，由于试验设备和条件所限，现场一般只作交流耐压试验。 

    （1）试验要求： 

    ①GIS应安装好，SF6气体充气到额定密度，已完成主回路电阻测量、各元件试验以及SF6气体微水含量和检漏试验。所有电流互感器二次绕组接地，电压互感器二次绕组开路并接地。 

    ②交流耐压试验前，应将下列设备与GIS隔离开来：高压电缆和母线；电力变压器和大多数电磁式电压互感器；避雷器和保护火花间隙。 

    ③GIS的每一新安装部位都应进行耐压试验，同时，对扩建部分进行耐压试验时，相邻设备原有部分应断电并接地。否则，对于突然击穿会给原有设备带来不良影响。 

    （2）试验电压的加压方法： 

    试验电压施加到每相导体和外壳之间，试验时分相进行，其它非试相与外壳连接接地，从每相进出线套管进行加压，试验中应使GIS每个部件都至少施加一次试验电压。同时，为避免在同一部位多次承受电压而导致绝缘老化，试验电压尽可能在几个部位施加。现场一般仅作相对地交流耐压，如果断路器的隔离开关在运输、安装过程中受到损坏，或已经过解体，应作端流耐压，耐压值与相对地交流耐压值一致，若GIS整体电容量较大，耐压试验可分段进行。 

三、交流耐压试验程序 

    GIS现场交流耐压试验的阶段是"老练净化"，其目的是GIS内部可能存在的导电微粒或非导电微粒。这些微粒可能是由于安装时带入而清理不净，或是多次操作后产生的金属碎屑，或是紧固件的切削碎屑和电表面的毛刺而形成的。"老练净化"可使导电微粒移动到低电场区或微粒陷阱中和烧蚀电表面的毛刺，使其起不到绝缘危害作用。"老练净化"电压值应电压值，时间可取数分钟。二阶段是耐压试验，即在"老练净化"过程结束后进行耐压试验，时间为1min。 

四、现场耐压试验的结果判断 

    （1）如果GIS的每一部件均已按选定的完整试验程序承受规定的试验电压而无击穿放电，才认为整个GIS通过试验。 

    （2）在试验过程中如果发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等放电效应,以及耐压试验过程中进行的其它故障诊断技术提供的试验进行综合判断。遇有放电情况，可采取下列步骤： 

    ①施加规定的电压，进行重复试验，如果设备或气隔还能经受，则该放电是自恢复放电。如果重复试验电压达到定值和规定时间时，则认为试品合格，否则按下项进行。 

    ②设备解体，打开放电气隔，仔细绝缘情况。在采取必要的恢复措施后，方可进行下一次规定耐压试验。 

五、GIS耐压试验击穿故障的定位方法 

    若GIS分段后进行耐压试验的进出线间隔较多，而试验过程中发生非自恢复放电或击穿，仅靠人耳的难以判断故障发生的确切位置，且容易发生误判断而浪费人力、物力和对设备造成不必要的损害。若在现场采用以放电产生冲击波而引起外壳振动波原理研制的故障定位器，就可以确定放电间隔。每次耐压试验前，将传感器分别安装在被试部分，特别是断路器、隔离开关、母线与各间隔的连接部位绝缘子的连接外壳上。如因传感器数量有限，使放电或击穿发生未预报，则应根据放电的情况，降压断电后移动传感器，重新升压直到找到放电或击穿部位。

变频调速装置可优化电动机的运行状态，大幅提高其运行效率，达到节能目的。过去受价格、性及容量等因素限制，在我国风机市场上一直未能得到广泛应用。近年来，随着电子器件和控制技术的发展,高压变频器的价格不断下降,性不断增强，且模块化的设计使其容量几乎不受限制，相应地高压大容量变频器也被逐步大量应用。

山西阳光发电有限责任公司1#炉技术改造在2台引风机电机别加装1套北京利德华福电气技术有限公司生产的2000kW/6kV高压变频装置。控制器由高速单片机、工控PC和PLC共同构成。单片机实现PWM控制。工控PC提供友好的全中文bbbbbbS监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。该高压变频器使用西门子的PLC中的S7-200，具有较好的与DCS系统接口能力。根据引风机的运行特性要求以及高压变频器控制的具体要求，确定采用如下DCS系统与变频调速系统的接口及控制方案。

1．DCS系统与高压变频器的接口方案设计

    DCS系统与高压变频器之间的信号总共有22个，其中开关量信号18个，模拟量信号有4个。每台引风机高压变频器开关量信号包括：①待机状态；②运行状态；③停止状态；④轻故障报警；⑤重故障报警；⑥高压合闸允许；⑦单元旁路状态；⑧启动命令；⑨停止命令。每台引风机高压变频器模拟量信号包括：转速控制命令和转速反馈信号。

通过对上述信号在DCS系统中的定义逻辑组态实现变频控制方案。

2．DCS控制中增加以下内容
    为实现对变频引风机的启停控制及转速调节，在DCS显示和控制中增加：
（1）通过DCS系统实现高压变频器启停操作用于远方启停高压变频器。
（2）DCS控制高压变频器转速控制实现引风变频的手自动控制。
（3）在DCS系统的显示报警中增加高压变频器轻故障报警块、重故障报警块、工频旁路状态。

3．运行方式及控制逻辑的说明

3．1 引风机高压变频器的运行方式
正常情况下，引风机以变频方式启动，考虑到高压变频器有可能故障，还具备1台变频、1台工频运行方式和2台工频运行方式。

高压变频器运行方式分为就地及远方控制2种。就地控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪高压变频器转速反馈，此时，对高压变频器的远方操作无效。

高压变频器受DCS控制时分自动和手动2种方式。手动状态时，运行人员通过改变画面转速控制块控制高压变频器转速，实现负压的调节。

3．2 引风机高压变频器启动的允许条件
    启动具备以下3个条件：①引风机A、B的高压部分已启动完成；②引风机A、B的高压变频器就地从其PLC送来的启动就绪开关投入。③引风机A、B的高压变频器的转速设定值的输出小于30％。

由于高压变频器启动的前提为引风机电机高压开关合闸及启动反馈为1，而原有引风机启动的条件继续在整个逻辑中起作用，即原有的风机启动条件保留下来作为引风机高压变频器启动的允许条件。另外考虑到高压变频器就地的实际条件，加入了高压变频器就地送来的就绪信号和A/B引风机变频就绪作为启动的另一条件。

在高压变频器远方启动的调试过程中发现：由于高压变频器转速设定块中的命令可能在1个较高的转速位，而这时启动高压变频器必然会对炉膛负压有1个较大扰动，而且容易造成运行误操作，所以在启动中加入了命令＜30％的限制。

3．3 引风机高压变频器转速调整的自动调节

（1）A、B高压变频器转速自动的开关量部分
当引风机静叶投入自动时，将会闭锁A、B高压变频器转速投自动。另外当偏差回路中形成值过一定值（暂定为50％）时，将自动切除高压变频器自动。炉膛负压信号发生故障时，则发传感器故障信号，高压变频器退出自动。当炉膛负压低一值触发时，延时3s后闭锁转速增加，当炉膛负压高一值触发时，延时3s后闭锁转速减少。

（2）A、B高压变频器转速自动的模拟量
由于变频调节对象与引风机静叶调节对象一样，所以将原有的偏差形成回路直接引出作为现有的变频调节的偏差作用于现有的引风变频控制。并就变频的特点加入了结合转速的平衡回路，将两侧的出力保持平衡。同时也立的加入其单双风机变频方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了总风量的前馈部分，所以在新的变频转速回路中就不再增加，考虑到一旦发生单台引风变频跳闸，又不能恢复变频方式运行，将原有的挡板控制回路中的电流平衡回路改为位置反馈平衡回路，同时将另1台引风变频逐步加到大后，投入引风自动。

3．4引风机变频涉及的相关跳闸保护
（1）单侧风机的变频跳闸联跳相应一侧的送风机，并联关相应挡板及静叶的逻辑不变。

（2）双侧风机的变频跳闸后，由于相应的A风机和B风机的高压开关联跳，故保留原锅炉主保护PLC控制器中的MFT跳闸回路不变。

（3）原有的引风机跳闸回路中增加了高压变频器重故障联跳引风机功能，从而保证在变频方式下变频跳闸联跳引风机，工频方式下该条件被闭锁。

引风机变频控制的流程如图1所示。 

4．引风变频自动参数整定试验及相关调试
（1）启动A、B引风机和高压变频器，将原2台引风机挡板的静叶调至100％，将炉膛负压设为-50Pa；

（2）启动A、B送风机后，将其动叶（送风机挡板）开至10％，将A、B引风机变频置于转速225 r/min，同时将引风变频投入自动，然后进行定值扰动试验，将炉膛负压设定值改变20％，对变频自动变化情况进行记录；

（3）针对压力调节的特性，先将积分时间放到较大的4min，比例系数放到0.3，然后逐步改变比例系数，用临界比例带法，进行参数设定。出现调节的等幅震荡后根据临界比例带的算法，行初设，有1个基本的参数。P=0.025，Ti=100s；

（4）将A、B送风机动叶的开度按每10％的开度上行程试验，观察炉膛负压的变化情况，记录偏差大小以及偏差时间，完成后进行下行程试验，用A/B送风机的动叶进行扰动试验；

（5）改变其中1个的开度为30％，观察引风变频的转速变化情况及负压的响应时间，再进行送风机的动叶扰动试验，每10％的开度上行程试验，观察炉膛负压的变化，记录偏差大小和偏差时间，及高压变频器的命令输出和转速的实际值，完成后进行下行程试验，核定单双风机运行的比例增益；

（6）模拟MFT动作条件，在送风机动叶A、B的开度在50％的情况下，观察炉膛负压的变化，以及灭火后引风弛环节的动作情况，进行完自动试验后，在引风变频投入自动的情况下，将有关引风变频的联锁进行1次实际动作试验；

（7）在试验过程中，还需观察将送风机单侧拉掉，运行中单侧送风机掉闸后，变频自动是否能够将负压控制到满意的范围；

（8）锅炉的运行是全厂动力的根本保，虽然变频调速装置，可一旦出现问题，确保锅炉运行，所以实现工频—变频运行的切换。若1台引风变频故障，无法在短时间内恢复，需要引风自动控制由原先的静叶来调整。为此，须试验停1台引风变频，开大另1台引风变频，并将原引风自动（静叶）投入进行相应的扰动，通过试验，对其中的一些参数进行调整和修改。

根据上述调试，将引风变频的PID参数逐步优化，在变频方式下负压调整平稳，调节品质也有了明显提高，同时原有的静叶挡板调节在1台工频、1台变频的条件下，原有的静叶调整PID参数也进行了相应的修改，当1台变频故障切回工频工作时，依然能够由原有的静叶挡板自动控制负压，这样为提高运行的提供了备用空间。

5．实现引风变频调速后的效果
（1）风机变频改造后，电机实现了软启动，峰值电流和峰值时间大为减少，了对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机的使用寿命。

（2）采用变频调节，实现挡板全开，减少了挡板节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，能够节约大量的电能。

（3）低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风机大修周期，从而节省了大量的检修费用。

（4）具有控制精度高、抗干扰能力强、谐波含量小的特点，且有完善的保护功能，可实现零转速平稳启动，有利于电动机和风机的运行。

6.结束语
    （1）现场引风机变频调节和静叶挡板调节2种不同运行方式的对比试验表明：引风机变频调节运行方式能满足机组出力要求，性能稳定，自动调节品质有了较大改善，尤其是在响应速度上特别明显，另外基本以前使用挡板节流时执行器固有的死区大的毛病。

    （2）在机组不同负荷下，入口挡板调节方式的运行效率只有55％左右，而引风机采用变频调节运行方式的运行效率基本在75％-80％，运行效率大大提高。

    （3）使用变频调速技术，由于变速调节没有了风门挡板，节约了损耗在风门挡板上的能量，有效地解决了风机由于调节而产生的大量损耗，以其优异的调整性能和显著的节电效果，使风机处于较经济的状态下运行。

    华新水泥股份有限公司在国内乃至世界水泥生产企业中，在水泥生产过程控制系统中，运用的电气自动化技术及相关系统产品的档次质量，特别是控制系统软件和硬件配置方案及系统应用体现的能力和水平，体现了高度的延续性和前瞻性。

    一、工程概述：

    水泥生产过程控制系统在功能分配上同时又是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级。基础自动化级，主要进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备过程信息进行检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自动调节、限报警。过程控制级，主要完成生产过程优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机及其它计算机之间的数据通信。

    在华新水泥，过程自动化控制系统采用4级网络系统：

    路以太网――批量控制服务器和操作站的

    路工业以太网――系统总线，操作站和控制器间的

    路PROFIBUS-DP――系统I/O总线，控制器与I/O站间的

    路PROFIBUS-PA――系统与PA智能仪表的

    华新水泥生产过程自动化控制系统依照水泥生产工艺流程，按如下子系统控制站分布（以下WINCC画面截屏，以华新水泥（阳新）公司一期6000T/D熟料生产线为例）：

    1．石灰石破碎控制站：石灰石破碎及输送；

    2．原料磨控制站：原料进厂均化及输送、原料配料、原料粉磨、电收尘、生料入库、水泵房；

    3．窑尾控制站：废气处理（高温风机、增湿塔）、生料均化、生料入窑、窑尾塔架（预热器、分解炉）、烧成窑中、空压机站；4．窑头控制站：熟料冷却（篦冷机）、熟料入库、原煤输送、煤磨、煤粉秤；

    5．水泥磨控制站：熟料配料、水泥粉磨、水泥入输送、袋装输送、外运码头；

    上位机采用WINCC进行组态。人机界面主要设计有以下内容:

    (1)系统工艺流程显示:依据设备系统工艺流程图，按照功能组区域划分;

    (2)调节系统、调节画面:回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示;

    (3)重要参数趋势显示:有实时趋势与历史趋势两种显示;

    (4)全局报警显示:系统按照功能区分为若干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按级、报警组过滤查看，并具有全局报警确认。

通常情况下，石灰石破碎控制站使用一个西门子SIMATICS7-300站（315-2DP）进行控制，其余各个控制站使用一个西门子SIMATICS7-400站（416-2DP）进行控制。依照现场设备及工艺布局的具体情况，可以将窑尾控制站和窑头控制站合并为一个控制站；将水泥磨控制站和包装控制站合并为一个控制站。

    以上每个子系统均通过西门子不同的通讯模块连接在同一个工业以太网上。在窑线主要生产控制部分，采用工程师站及服务器/客户机结构，运用若干数量的人机界面（操作员站）完成对生料、熟料、水泥生产过程自动化控制系统的监视和控制。并且，管理人员能够使用IE浏览器，利用WINCC中的WebNavigator，通过网关，对生产线的监视和控制进行实时浏览。

    二、系统要求

    1.控制系统设计的总体目标

    路提高水泥生产的自动化水平；

    路实现实现水泥生产系统的运行，提高运行经济性；

    路提高运行人员工作效率，满足整个系统运行值班要求；

    路提益，降低能耗。

    2．系统设计及应用时的设计思想

    1)功能设计：体现DCS建成后的自动化程度、处理事故能力（报警、分析、指导、处理等）及的控制策略等，以大限度提益，降低能耗为设计思想。

    具体如下：

    对象控制

    路按工艺流程的自动化过程由DCS系统协调完成，达到平衡。

    路系统、、运行和启停。

    提高水泥生产系统运行的技术经济效益

    路实现高自动化投入率，提高性，减少误操作，降低事故率。

    完善的操作指导和事故分析手段

    路系统运行工况可由很多监测参数反映出来，当运行工况出现异常时，提供相关参数、趋势、图表等方式通知运行人员及时处理。

    路操作记录打印、报警打印、事故追忆打印、周期性报表等功能，有助于系统日常管理和事故分析。

    路、便捷的系统在线维护。

    2)系统设计：体现DCS的高性、性、易维护、易组态等为设计思想。具体如下：

    性设计：

    路所有部件标准化、通用化、模块化。

    路控制系统按分层、分散、自治的原则。

    路所有I/O模件均为智能化设计，采用隔离措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。

并具有软件数字滤波和偶发干扰的措施。

    维护性设计：

    路可带电插拔。

    路系统自诊断至通道级。

    路选用模块化的功能组态软件，提高软件透明度。

    扩展性设计：

    路采用工业以太网网络结构，通讯速率100MBPS，主干网采用冗余环网，个子站通过双绞电缆挂接在主干网络上，有强的通讯扩展能力。

    路提供与其它系统的通讯接口，如工业以太网、PROFIBUSDP或MODBUS。

    开放性设计：

    路支持标准数据接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。

    路标准MIS数据接口站，与厂级MIS互联。

    三、PCS7系统的主要特点

    华新水泥为什么选择SIEMENSPCS7?

    ●水泥生产各个车间和工段互不干扰，但它实现相互之间的通讯，完成交换数据，从而保证连锁要求；

    ●系统有大量的离散输入/输出数据，以及少量的模拟输入/输出；

    ●部分离散输入/输出需要高扫描速度；

    ●部分重要过程传感器需要系统能够实现优化处理，也可以实现人工设置；

    ●工艺相对简洁，设备数量多；

    ●系统方便地与随机控制设备（PLC）的连接、通讯；

    ●控制系统有很好的兼容性；

    ●控制系统性高，有自诊断和冗余功能

    ●TIA的理念和强大的系统软件功能

    PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，结合了传统DCS和PLC控制系统的优点，将两者的功能的结合在一起。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台；所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同样统一的软件平台。系统大量采用了新技术，在网络配置上，使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分体现了全集成自动化的特点，使得系统应用范围变广，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。

    PCS7拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，能大大节省系统编程组态的时间和费用。

    路系统的所有硬件都基于统一的硬件平台,所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下,具有同样统一的软件平台。

    路系统大量采用了新技术,在网络配置上使用标准的工业以太网和PROFIBUS网络。

路通过冗余的10Mbps光纤环网(工业以太网)相连接,分别将信号传送至控制室,全厂主要设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和控制室显示。

    路采用SIEMENS高速以太网光纤通信模块OSM,大大加强了网络抗电磁干扰的能力,省去了采用普通双绞线连网所考虑的防雷击及过电压保护的措施,使得控制系统,风险系数大大降低。

    路自动化系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的SIMATICET200M分布式输入/输出控制站,允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔,而停止系统,大大提高了系统的性。

    路系统所有的分布式远程I/O分站和低压保护装置、高压保护装置、执行机构、?统控制器进行通信，通信速率可达12Mbps。

    四、PCS7系统在华新水泥的应用

    1．硬件组成

    华新水泥生产过程自动化控制系统的硬件包括：1个西门子SIMATIC300站和5个（少为3个）西门子SIMATIC400站。（各个站包括1个电源模块、1个CPU、1个工业以太网通讯接口模块和数量不等的ET200M、模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）、1台工程师站计算机和1组服务器对及若干台工控计算机、2个西门子CP1613网卡、1台MIS服务器。

    2、软件组成

    华新水泥生产过程自动化控制系统的软件包括：bbbbbbs2000Server英文版操作系统、西门子PCS7编程软件和CEMAT水泥行业软件。

    3、系统配置（见附图）

    华新水泥生产过程自动化控制系统中各个现场控制站通过西门子工业以太网通讯模块连接在同一个SIMATIC工业以太网（采用光纤熔接为环形网络，如下图线所示）上完成控制功能，同时通过西门子CP1613网卡、若干台工控计算机也通过经RJ45屏蔽双绞线由普通网卡到交换机或中控室的OSMTP62连接到此SIMATIC工业以太网上完成监视和操作功能。其中，原料磨控制系统的SIMATIC400站通过工业以太网与石灰石破碎控制系统的SIMATIC300站交换数据，同时原料磨控制系统的SIMATIC400站通通过工业以太网与窑尾控制系统和窑头控制系统的SIMATIC400站交换数据。而且，SIMATIC400站基于PROFIBUS-DP/PA网络，连接现场远程控制站、PROFIBUS-DP设备（低压保护装置、高压保护装置、执行机构、变频器、现场控制器等）或PROFIBUS-PA仪表（温度变送器、压力变送器）。

    4、硬件评估

    SIMATIC工业以太网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。华新水泥生产过程自动化控制系统在主站监控级网络采用SIEMENSIndustrialEthernet，在设备级网络采用PROFIBUS-DP。

华新水泥采用室外重铠六芯62.5um/125um光纤作为SIMATIC工业以太网的连接介质，有效地实现了工业以太网过程中的抗干扰功能，保证了系统运行的性。

    PROFIBUS作为一种总线标准，具有开放、化、不依赖于设备生产商等特点，由其构成的兼容网络系统，可应用于不同的场合，分别是PROFIBUS-FMS，提供强有力的通信功能；PROFIBUS-DP，用于传感器和执行器级的高速；PROFIBUS-PA，用于性较高的场合，允许对设备进行的内部操作。SIMATICProfibusDP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC（可编程序控制器）与现场设备（如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等）之间交换数据。华新水泥生产过程自动化控制系统采用西门子DP/PA线作为ProfibusDP/PA网的连接介质。

    华新水泥自2002年起至今，大规模使用PROFIBUS技术。在华新，各条水泥大约使用DP设备200台，PA仪表100台。

    PROFIBUS是目前上通用的现场总线标准之一，以其特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为重要的现场总线标准。它符合：-IEC61158标准和-JB/T10308.3-2001(中准2001年)。

    PROFIBUS协议包括以下主要部分：

    路PROFIBUSDP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动FIBUSPA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

    PROFIBUS技术与传统集中控制比较，在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有十分明显的优势：

    路12M的通信速率和的通信质量

    路适用多种通信介质(电、光、红外、导轨以及混合方式)

    路灵活的拓扑结构，支持线型、树型、环型结构以及冗余的通信模型

    路强大的通信功能，支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508的总线通信技术

    路的网络规模(多支持126个总线站，网络规格可达90公里)

    采用PROFIBUS技术后，与传统的电控系统比较，系统具有以下几个特点：

    路系统设计加方便、清晰－－－－负载馈电器的使用，免去了电机保护开关、接触器及与PLC输入/出的大量原理图、接线图的设计，出图量大幅度减少，ET200M模块化组件的使用，也使柜(箱)内布线、设计为简便，加快了控制系统设计、生产周期。

    路安装简单、快捷－－－－在不采用任何工具的情况下，接口模块和端子模块卡在导轨上，完成接线后，电子模块、电源模块、负载馈电器模块“即插即用”。

    路组态、调试加容易－－－－无须其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完成PROFIBUS-DP的组态。

不需额外费用，设备故障就可通过总线报告，故障定位加方便。

    路维护简单－－－－划分子站和模块化组件的使用，以及强大的故障诊断能力，都为日后设备维护带来大的便利。

    路便于扩展和信息集成－－－－PROFIBUS的使用将孤立的单元设备带进了信息化网络中,为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。

    路终用户工程造价降低－－－－PROFIBUS技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子排、柜体等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。

    SIMATIC400站是西门子公司的拳头产品，无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵活性各方面讲都处与PLC产品的地位。

    5、软件评估

    PCS7是西门子公司为S7-400系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制；它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求；它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断请求；它的符号表（Symbol）可以方便进行程序注释。

    基于标准的SIMATIC软件和硬件组件

    的分布式客户机/服务器架构

    可伸缩性强，从小型实验室系统，到具有高达60，000个过程对象的大型工厂

    可用于连续和批处理应用

    可用于所有工业领域：过程、制造以及混合工业

    强大的HMI系统，带有集成的基于SQL服务器的归档系统

    基于IEC61131的集中式，工厂范围内的工程系统

    通过现场总线PROFIBUS，现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成

    无缝集成的系统，通过TüV*验证的可满足AK6/SIL3

    在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障相结合的形式，高可用性和故障相结合的形式

    可在所有层级实现冗余，提高可用性

    符合ISAS88.01和FDA21CFRPart11规范的模块化批处理系统SIMATICBATCH

    通过SIMATICIT架构实现MES/ERP层级的接口

    SIMATICPCS7——一个真正的现代DCS系统

    HMI

    具有多用户能力的HMI组件

    大容量架构

    客户机-服务器结构

    冗余

    在线修改

    AS,I/O模块,I/O

    热插拔（运行中插入和拔出模块）

    运行中可进行扩展/修改

    用于危

险区域的I/O模块

    冗余（控制器、模块和PROFIBUS）

    集成的故障技术

    智能现场设备/驱动设备的集成

    通讯

    快速以太网和PROFIBUSDP/PA

    光纤交换技术

    冗余（系统总线和现场总线）

    在线扩展

    工程

    集中式工程工具，简单易用，通用操作

    批量工程，具有导入／导出功能

    应用图形化和面向PLT的工具进行、有效的工程

    集成的SIMATICPDM软件对智能现场设备进行集中参数化

    软件模拟和测试

    修改跟踪功能

    分布式、并行工程功能

    6、疑难与解答

    1）标准化编程

    大型的自动化控制系统很难一个人完成，因此需要很多人的分工与合作。标准化编程就是要使软件工程师编写的程序整齐划一，通用性和可读性强，除了作者本人的阅读者也能轻而易举地理解作者的编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员不再纠缠编程的枝节问题，缩短编制程序的时间，集中精力解决加困难的工艺上的问题；而且有利于维护人员对程序的理解，为生产保驾提供了加宝贵的经验。标准化编程的实现是多方面的，根据设计图纸编制各系统的点号表（用EXCEL表格）；再根据点号表编制STEP7符号表（SYMBOL）；再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义下列STEP7使用的点号：模拟手/自动转换选择开关；启动按钮、停止按钮（对单线圈的泵或电磁阀）；开启按钮、关闭按钮、停止按钮（对双线圈的电动阀）；手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（对PID调节阀）；再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序；后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。

    2）数据通讯。

    这里的数据通讯包括SIMATIC400PLC与SIMATIC400PLC之间，SIMATIC400PLC与SIMATIC300PLC之间的数据通讯。其中，SIMATIC400PLC与SIMATIC400PLC之间是通过SIMATIC工业以太网通讯，编程使用FB205（FR_AGSEN/发送数据功能块）和FB206（FR_AGRCV/接收数据功能块）；SIMATIC400PLC与SIMATIC300PLC之间的数据通讯也采用相同的方法处理。值得注意的是FB205（FR_AGSEN/发送数据功能块）和FB206（FR_AGRCV/接收数据功能块）在OB35（100s时间中断组织块）中调用。

3）PID调节

    水泥生产过程中有很制对象，诸如系统风力压力、物料等都需要稳定的值。以前这些模拟量的调节采用智能仪表，现在有了西门子SIMATIC400PLC就可以取代这些智能仪表，PID调节在STEP7中使用FB513（连续PID调节控制）；在WINCC中使用PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。

    4)画面强制

    大型工厂自动化控制系统涉及的控制设备很多，控制工艺复杂，导致控制过程中的逻辑连锁非常复杂，主要设备动作的诸多条件很难同时满足。为了调试程序的需要，在画面上增设许多选择开关，当某开关置??足时，程序就可以对设备进行操作，而不必等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障，为不影响正常生产，也可以在画面上强制，继续生产，直到设备修好，再把强制解除即可。

    5)SIMATICWebNavigator：

    WebNavigator软件包可使用户通过Internet或局域网同过IE浏览器直接访问WINCC过程画面。客户端无须安装WINCC应用程序，所有WINCC应用都位于服务器上，因此降低了对客户端的系统要求。通过WebNavigator可实现办公室与现场的数据实时交换，满足当前对现代化DCS系统的基本要求。同时只需要较少的软硬件配制就可同时满足50个操作员站。由于此功能是通过Internet来实现，所以性是考虑的问题。

    五、项目中的难点：

    由于华新水泥项目中使用了大量的Profibus通讯，且三方设备较多。初十分担心设备的混合通讯以及现场设备间的相互干扰。但在实际使用过程中，深刻的体会到现场总线技术所带来的方便。同时也感觉到西门子PCS7的开放性对华新水泥过程控制系统项目的帮助。由于三方设备较多，因此使用大量的自编写的CFC功能块，但是正是由于PCS7的开放性能够为这些CFC功能块生成相应的BlockIcon、FacePlate、报警信息等DCS系统所的功能；不仅三方设备可以这样处理，一些比较复杂的工艺过程也采用了同样的方法，了满意的效果，得到分公司生产维护人员的。在通讯调试过程中发现，调试设备通讯时应注意系统的接地，通讯电缆的短路，系统的等电位等因素都会导致系统总线的瘫痪。