F.L.Smid th ACESYS控制系统在水泥厂的应用

许帅

伊拉克纳杰夫省KAR水泥厂的6 000t/d水泥熟料生产线于2016年8月投产运行，整条生产线由丹麦F.L.Smidth设计、供货。从原料破碎、生料磨、窑尾、窑头系统、水泥磨系统到包装系统，整条生产线均采用F.L.Smidth ACESYS自动化控制系统。

1 系统简介

ACESYS是适应性控制工程系统（Adaptable Control Engineering System）的缩写，是由F.L.Smidth自动化开发的通用PLC编程标准软件，它定义了基于PLC的高效过程控制系统所需的控制对象、数据结构和程序结构，包含ACESYSECSOpStation上位机操作系统和支持PLC的ACESYSPLC库的下位机编程组态。

ECS上位机组态软件是F.L.Smidth自动化的专家控制系统，是一个集成化的标准软件，具有专门用于水泥工厂过程控制优化的多种功能块，画面和曲线显示非常简洁，参数设定方便，操作灵活，连锁和报警功能简洁，方便故障诊断。

ACESYS下位机PLC库包含现场控制所需要的电机、阀门控制、PID控制器以及电机电流和现场模拟量信号控制等多种功能。控制系统按原料辊磨、回转窑、篦冷机等分成多个部门控制站，每个控制站按工艺流程分成若干组，每个组再分成若干个控制逻辑程序。

2 控制系统网络的构成

现场控制系统网络由主控制网、操作监控和现场总线三级构成，系统网络结构见图1。

2.1 主控制网

主控制网由光纤A网、B网构成双重星形网络，采用HP工业级光纤交换机，通信速率100Mbit/s，设备包含：

2台互为冗余的数据库服务器，6个主控制站，1台工程师站，1台网络打印机。

2台服务器用于数据的集中管理和监视，包括报警、日志、事故追忆，并向操作员站提供数据库服务，提供二次数据处理、历史数据管理和存档。

6个主控制站分别用于原料破碎、原料辊磨、窑尾、窑头篦冷机、水泥辊磨、水泥包装，见图1。每个主控制站集成了CPU416-3模块、CP443-1以太网通讯模件、CP443-5 Profibus总线通讯扩展型模块、PS407电源模件，实现现场设备的运行状态监测、数据采集及处理、自动闭环回路控制、电气设备开关控制等功能。

2.2 操作监控

中控室设置三台操作员站，双显示器分屏监控。原料破碎和包装车间操作室各有1台操作员站。操作员站采用ECS软件进行操作画面组态，具有设备组的自动操作、单机操作、手动操作和就地操作四种操作模块，同时具有动态测量数据、报警、事件记录、历史趋势观察等功能；提供所有控制对象的操作面板，显示设备的各个输入/输出状态和连锁条件等，并可对上下级工艺流程的电机启停时间、反馈信号的延时时间、模块量的量程参数以及速度保护时间等参数进行设定。电机及组设备控制面板见图2。

图1 控制系统网络拓扑结构图

图2 电机及组信号操作面板

2.3 现场总线

主控制站采用AS416-3和ET200M远程I/O构成现场控制网络，采用Profibus-DP通讯协议，通信速率设置1.5Mbit/s。为避免信号干扰，根据F.L.Smidth自动化的设计要求，对于通讯距离＞100m的网络，虽然通讯电缆处于单独分层敷设，但与动力电缆处于同一电缆通道的，各远程I/O与相应控制主站之间采用光纤连接，终端实现Profibus-DP通讯。如循环水处理设备的ET200M控制柜与窑头DCS控制柜、原料输送设备的ET200M控制柜与原料辊磨DCS控制柜之间的通讯连接，这部分的通讯电缆与主动力电缆处于同一电缆通道，采用光纤单独分层敷设。

3 控制系统程序的逻辑结构

ACESYS下位机控制系统采用西门子SIMATIC程序管理器，编程软件为STEP7 V8.0 SP1，编程语言为FBD和STL。F.L.Smidth自动化在编程软件PLC库内集成了水泥行业常用的控制模块和功能，如高、低压电机控制，料位、阀门和电流等仪表的控制和监控，另外还有一些特殊的功能，如设备的成组控制（包括组启动、组停止）、双向阀门的控制等，不同方式对同一控制设备有不同的启停要求。

3.1 PLC程序的逻辑结构（见图3）

下位机编程将原料磨、回转窑等主要的设备区域作为一个部分，部门区域内根据工艺控制流程分成若干个主要的组，每个组控制若干个工艺设备，如入磨输送组、物料循环组、窑主传电机、辊磨液压油站等。

3.2 连锁方式

图3 PLC程序逻辑结构图

图4 各操作模式下的连锁关系

图5 单向电机功能块对应的输入/输出管脚的说明

各组功能块以及电机、阀门等单元的程序控制块，分为保护连锁PR，安全连锁SA，机械连锁MACH，操作连锁OP，启动连锁STI等5种连锁方式，在自动操作、单机操作、就地操作和手动操作模式下，相应的连锁起作用，各连锁条件具备后会在操作员站画面上显示出颜色的变化。各操作模式下的连锁关系见图4。

3.3 电机功能块

用作单向电机的手动/自动控制、单机控制，有外部速度信号及电流信号监控，适用多种电机设备的控制。如皮带电机（有速度开关信号监控联锁和时间设置）、普通电机（可设定电机电流显示和连锁，设定电流监控值）。

在程序内根据各个功能模块的输入/输出管脚信号，连接相应的输入/输出条件，如组启、停，连锁条件、备妥、反馈信号，就地启停、速度监测等，如图5所示为单向电机功能块对应各管脚的说明。

在PLC库内有组功能模块、定位器、选择、单向/双向电机、气动/电动阀门、PID控制模块以及报警和模块量处理模块等22种不同的控制功能，可方便地用于不同的控制单元。

4 结语

为使运行期间增加的设备、工艺连锁条件和启停顺序适应现场工况，我们对下位机PLC程序作了部分修改和优化，避免了一些不必要的停机。整个控制系统自投产使用以来，运行稳定、可靠，操作方便，监控及报警信息直观。■