ABB Industrial IT系统在国内首台120万t/a LGMS 5725型立磨矿渣微粉生产线上的应用

刘庆元 卫 东

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

ABB Industrial IT系统在国内首台120万t/a LGMS 5725型立磨矿渣微粉生产线上的应用

刘庆元 卫 东

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

文章主要介绍瑞士ABB公司的IndustrialIT系统在天瑞集团营口天瑞水泥有限公司国内首台120万t/aLGMS 5725型立磨矿渣微粉生产线上的成功应用。文章针对矿渣立磨的生产工艺及过程控制的要求，阐述了ABB Industrial IT系统在整条矿渣立磨生产线的生产控制系统方案。

LGMS 5725型;国内首台；120万t/a矿渣立磨；ABB Industrial IT系统；现场总线；PROFIBUS活性；掺合料

1 项目背景及系统概述

我国是钢铁大国，每年产生大量的矿渣。这些矿渣既要占用大量土地，又会造成环境污染。矿渣立磨就是将炼钢产生的废矿渣磨成细粉，由于这种细粉达到了一定的细度，因此具有很好的活性，可在一定条件下参与化学反应，将其掺入水泥便可得到高质量的矿渣水泥。这一技术的广泛应用，不仅可使严重污染环境的废弃矿渣得到利用，还大大节约了一般水泥生产的原料资源。同时，由于立式辊磨机采用受限料床粉磨原理，因此粉磨效果好、能量利用率高，能更好地落实国家节能降耗减排的战略方针。故而矿渣粉磨是近年来矿渣综合利用的主要发展方向，发展前景十分广阔。

作为可以明显改善混凝土和水泥制品的综合性能、大幅度降低水泥成本的新型水泥掺合料，国家推行的节能减排政策使得矿渣微粉的价格节节攀升。天瑞集团营口天瑞水泥有限公司120万t/a立磨矿渣微粉生产线经过紧张地施工安装调试，已顺利投产。该矿渣立磨生产线由洛阳重工矿山机械工程设计院设计，主设备选用洛阳中信重工机械股份有限公司的LGMS 5725型立磨，该型矿渣立磨是一种综合性的特大型粉磨设备，集破碎、研磨、选粉、烘干、物料输送五大功能于一体，是一种国家正在大力推广采用的节能环保型重大技术装备。

自动控制采用DCS系统,由河南建筑材料研究设计院有限责任公司完成硬件成套和软件编程工作。DCS系统产品选用瑞士ABB公司的Industrial IT系统。ABB Industrial IT系统是在ABB原有控制系统基础上发展起来的最新的企业自动化解决方案。该系统融传统的DCS和PLC优点于一体，支持多种国际现场总线标准,适合各个自动化行业应用,目前在国内外应用非常广泛。作为自动化控制的基础和平台，该系统在现场的数据通讯、采集、处理联调中表现出了理想的稳定性和可靠性，提高了整条生产线的自动化控制水平，保证了矿渣生产工艺控制中各环节的稳定、连续运转。

2 生产工艺

图1 生产工艺流程简图

矿渣原料配料后，经过除铁器和金属探测仪，除去金属后的物料经输送皮带输送到回转锁风阀，然后进入磨内。入磨物料随磨盘转动，边烘干、边碾压最后被磨盘甩出，其中物料随热气进入选粉机分选，细度不合格的粉料回磨再进行研磨，合格的物料随气流进入收尘器内，收集的成品经过成品输送系统，送到微粉库。出收尘的其他部分物料参与再循环，与热风炉产生的新热气体一起进入立磨，其余的气体则通过尾部烟囱排放到大气中。

立磨外排渣经除铁器检测后经由排渣系统提升到回料仓，经过除铁器和金属探测仪的再次探测后，通过另一个回转锁风阀重新入磨。当其不需要喂入立磨时，可先将回料暂存在中间仓内，随时等待调用。

3 系统的硬件设计

3.1 硬件设计布局

生产线设1个现场站和2个Siemens从站。整个控制系统的过程站之间及其与中控室之间的通讯网络采用TCP／IP协议工业以太网，通讯介质选用光纤，以将现场干扰信号减少到最小；各Siemens从站与现场站之间的通讯选用Profibus-DP总线来完成。利用现场总线系统的开放性、互用性以及系统结构的高度分散性，将西门子PLC控制系统与ABB DCS控制系统有机地结合在一起，从而实现Siemens从站控制系统与ABB DCS系统之间的控制信息的交换。中控室设1台操作员站及1台工程师工作站。操作员站可对所有信号实现显示、报警、控制、存储及打印报表等功能。

现场站置于立磨控制室，采用1套AC800F控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:1个连接矿渣立磨S800本地I/O，共计6个S800I/O站，用于矿渣立磨配套设备的控制。1个连接Siemens S7300 PLC，用于立磨减速机润滑系统及立磨控制柜液压系统的监控和控制。

3.2 工程师站

工程师工作站安装ABB Control Builder F 8.2中文版软件，运行在PC Windows XP SP2操作系统下，可实现硬件组态、过程站编程、操作员站组态等一体化编程及调试功能，在不进行组态时可兼作操作员站使用。工程师站不采用服务器/客户方案,无需永久性接入系统，以避免服务器故障造成数据交换任务瘫痪。

CBF软件支持现场总线设备的数据编程与读取功能。该软件也提供用户自定义接口，根据用户要求开发自定义专用功能块。系统采用全局数据库变量实现共享，该全局数据库完全下装到过程站；该软件可以离线编程、在线修改参数，被修改的参数具备自动备份功能，可以恢复；该软件还可以在线调试，可以单步运行、跟踪、仿真调试。

3.3 操作员站

该控制系统设1台操作员站，安装ABB Industrial IT Digivis 8.2版中文软件，操作员站支持一系列标准预定义显示:如总貌显示、回路及各过程位号面板显示（面板也可以根据用户特殊要求实现自定义）、控制组显示、趋势显示、报警显示、过程信号记录与操作记录列表（实现各种操作的实时记录和实时打印）显示等，图形数量无软件限制，画面数据更新时间少于1秒，可以由编程软件定义；Digivis还可以记录现场各种设备的报警信息，在操作员站画面上进行显示，并在报警记录表中记录，可以很方便地进行故障查询。

3.4 现场站与现场远程 I／O 站

现场控制站采用AC800F现场总线控制器与现场远程 S800 I／O站，AC800F控制器可安装CAN、PROFIBUS、FF HSE等4个多种协议类型的总线接口卡，用于实现与现场远程I／O站及FF总线设备之问的通讯。I／O模件具备实时检测及远程诊测功能。S800 I／O站具有监控、平滑转换及故障报告功能。

4 DCS系统软件设计

4.1 AC800F 系统的组态

ABB Industrial IT系统的CBF软件是集组态、工程调试及诊断功能于一体的工具软件包。过程站AC800F硬件配置及其所需的各种控制算法和策略都是由CBF来组态的，它采用图形化组态方法，提供了进行参数友好界面，尽可能的采用动态形象画面布置，方便操作员进行设备监控、参数修改和设定。完成后的组态结果由工程师站通过系统网络下载至现场站及操作员站后，就可以进行相应的操作。

4.2 DCS与Siemens PLC从站的通讯

可通过导入Siemens PLC的GSD文件，在CBF硬件结构中插入与Siemens PLC控制器中设置相同的I/O模块，然后对模块进行相应的拆分，进行相关参数数据的读取。最后通过控制功能块来完成数据的读或写操作。设置总线地址和通讯速率后，将程序下装到AC800F CPU处理器，即可实现数据的正常通讯。

5 调试生产过程中系统出现的问题及处理

5.1 DCS环形通讯网络的实现

由于整个控制系统的过程站之间及其与中控室之间的通讯网络采用TCP／IP协议工业以太网，通讯介质选用光纤，在现场控制器和中控室必须通过工业级以太网光电交换机实现光电信号的转换。系统选用MOXA EDS-508A-MM-SC型号交换机，开始时整个网络不通，经过检查，交换机的IP和子网掩码设置重复，造成系统无法识别，修改以后，系统通讯正常。

5.2 S800I/O 的连接

用于连接控制矿渣立磨配套设备的6个本地站FI830模块，状态灯显示一直不正常，6个S800I/O站通讯不上，经过测试，这是由于通讯速率过高造成的。一个FI830在下挂S800I/O站多于5个的情况下,通讯速率就要降低一档,否则I/O连接不上。

5.3 研磨时频繁抬辊的问题处理

开始试运行时，磨辊频繁自动抬起:一是由于料层厚度不够引起振动过大，从而导致磨辊连锁动作，磨辊自抬；再者，虽然没有产生过大振动，但导致磨辊下降到最低限位，从而使磨辊自动上升。解决的办法就是控制好磨盘上的料层、修正料层厚度的设定值、修改磨辊下降的延时时间、在严格保证设备安全的前提下，增加磨辊振动和低限位自动抬辊的延时时间。

6 结语

立磨液压润滑系统逻辑关系构成比较复杂、控制任务较多，既要实现对现场设备的控制，又要完成现场各种开关量、模拟量的检测与反馈、报警、历史趋势查询功能。采用ABB AC800F系统进行编程组态以及与Siemens PLC进行通讯，满足了生产工艺的要求，其系统性能优良、操作使用方便可靠，确保了现场设备动作的正常、有序完成。经过一个月的调试，立磨运行画面如图2所示，截止2010年10月 7日，已达到台时180T/H，比重、比表面积、产量等指标均达到设计要求，运行稳定可靠。

目前，DCS系统运行正常,作为此项目的自动控制软硬件基础ABB IndustrialIT系统，在现场的数据通信、采集、处理联调中表现出了十分理想的性能和可靠的维护性。整个系统设计合理先进、可靠性高，并且节省了日后的维修带来的人力、物力开支。ABB AC800F系统在LGMS 5725矿粉生产线上的成功应用，尤其在120万t/a级别生产线上的应用，属国内首例，系统本身节约矿石用量、消耗大量废矿渣、降低能耗、减少CO2排放，提高了水泥行业生产水平，在节能减排、提高产品质量等方面，具有很好的社会效益和经济效益。

图2 立磨运行画面