Geinus I／O總線技術(shù)及其在水泥廠的應(yīng)用
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3．3 Genius I／0總線技術(shù)指標
通信速率：153．6Kbit；Genius總線最長通信距離可達2．3公里；一條總線上最多可連接32臺設(shè)備，包括計算機、PLC和其它設(shè)備；支持的物理介質(zhì)包括雙絞線和光纖；總線掃描時間獨立于PLC掃描時間；對每個網(wǎng)站的數(shù)據(jù)吞吐量為：發(fā)送128 bytes，接收128 bytes。
4 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)廠規(guī)模、各工藝流程的設(shè)備、生產(chǎn)工藝要求及各流程總圖布局和生產(chǎn)管理的合理性要求等多種因素，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計成一分散控制集中管理的集散控制系統(tǒng)，如圖3。系統(tǒng)分設(shè)三級，即：現(xiàn)場設(shè)備信號級、控制站級、中央操作站級。通過Genius網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)的通信，同時整個系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)與廠上層管理網(wǎng)之間通信，實現(xiàn)資源共享。
1#6#中央操作站分別監(jiān)控石灰石破碎／原料輸送與儲存流程、生料制備與儲存流程、窯尾流程、窯頭流程、煤粉制備流程、熟料輸送和儲備／zK泥制備與儲存飽裝流程六大塊工藝流程段的生產(chǎn)。操作站互為冗余，且其中一臺兼有工程師站的功能，另配置一臺報警打印機和一臺生產(chǎn)報表打印機。設(shè)置在中央控制室內(nèi)，完成系統(tǒng)所有的操作、監(jiān)視、報警、記錄、存儲和報表生成等功能。
1#7#控制站分別為石灰石破碎、原料輸送與儲存站、生料制備與儲存站、窯尾站、窯頭站煤粉制備站、熟料輸送和儲備站、水泥制備與儲存／包裝站。設(shè)置在現(xiàn)場控制室，選用GE Fanue的90 - 30系列PLC，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息的采集、處理和控制的功能。
4．2 系統(tǒng)配置
Genius I／O總線需要與運行在PLC或主計算機上的控制程序交換信息，通過總線控制器(GBC)、通信模塊(GCM)或總線接口單元(GBI)，實現(xiàn)Genius網(wǎng)絡(luò)。
以一個控制站為例，基本配置如下：CPU模塊：IC693CPU352 PLC站控制器；I／O模塊： IC693MDL645、IC693MDL940，數(shù)字量輸入、輸出模塊；IC693ALG223、IC693ALG392，模擬量輸入、輸出模塊；總線接口模塊(GBC)：IC693BEM331； Genius網(wǎng)絡(luò)電纜：屏蔽雙絞線；Genius I／O總線終端插頭：IC693ACC307；
操作站的基本配置：選用高可靠性的工業(yè)控制計算機，PⅢ或PⅣ機，大于20G硬盤，大于128M內(nèi)存；Genius I／O IBM PC接口卡：IC660ELB921(單通道)，PCIM卡。
4．3 軟件配置
包括總線接口模塊的編程、PCIM卡的編程和 Genius網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的編程，前者使用GE提供的Logicmaster 90軟件，軟件具有提供系統(tǒng)的通信、診斷特性，通用的用戶界面和特性設(shè)置、通用的梯形圖指令集、I／O組態(tài)功能和可靠的通信功能。PCIM卡含串行接口軟件和PCIM管理軟件，串行接口軟件和PCIM管理軟件之間有一個公共存儲區(qū)，即共享RAM區(qū)域。Genius網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控由上位機人機交換界面實現(xiàn)，選用Wonderware公司的Intouch軟件實現(xiàn)；支持Windwods2000或WindwosNT4．1操作系統(tǒng)軟件運行。
5 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)通過Genius I／O總線實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集／處理功能、控制功能和管理功能，通過軟件體系實現(xiàn)。
系統(tǒng)采集的數(shù)字量信號有電氣設(shè)備的手／自動信號、運行信號、各種故障信號、電源信號和設(shè)備啟／?？刂菩盘柕龋荒M量信號有溫度、壓力、物料流量、設(shè)備的電流等。
系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)場手動控制、中央控制室遙控和自動控制三種控制方式。現(xiàn)場手動控制用于在自動控制系統(tǒng)停機、或PLC停機、或電氣設(shè)備現(xiàn)場維護、或現(xiàn)場處理緊急事故時，最具優(yōu)先權(quán)。遙控控制為滿足安全生產(chǎn)要求，單臺設(shè)備的啟／停，不影響其它任何設(shè)備的狀態(tài)，用于單臺設(shè)備運行、試車、維修等工況。系統(tǒng)對任何一個工藝段、任何一臺設(shè)備設(shè)計了故障聯(lián)鎖控制，并實現(xiàn)流程中電氣設(shè)備及控制參數(shù)之間的全自動聯(lián)鎖控制。如：生料均化聯(lián)鎖控制、原料輸送聯(lián)鎖控制、各原料倉料位聯(lián)鎖控制、生料磨機系統(tǒng)聯(lián)鎖控制、生料輸送聯(lián)鎖控制、各生料倉料位聯(lián)鎖控制、窯尾喂料聯(lián)鎖控制、燒成窯尾聯(lián)鎖控制、燒成窯頭聯(lián)鎖控制、窯主電機聯(lián)鎖控制、冷卻機聯(lián)鎖控制、熟料輸送聯(lián)鎖控制、各熟料倉料位聯(lián)鎖控制、原煤破碎聯(lián)鎖控制、煤磨聯(lián)鎖控制、煤粉輸送聯(lián)鎖控制、各收塵系統(tǒng)聯(lián)鎖控制等。
對生產(chǎn)過程設(shè)置如下主要自動控制回路，實現(xiàn)手段采用專家控制策略、復(fù)雜調(diào)節(jié)回路和簡單調(diào)節(jié)回路等。自動控制回路有：石灰石破碎系統(tǒng)負荷自動控制回路、生料(熟料)配料自動控制回路、生料磨磨機負荷自動控制回路、生料均化庫自動控制回路、入窯喂料量自動控制回路、五級旋風(fēng)筒出口溫度自動調(diào)節(jié)回路、增濕塔出口溫度自動調(diào)節(jié)回路、煤磨出口溫度自動調(diào)節(jié)回路、窯頭罩負壓自動調(diào)節(jié)回路、冷卻風(fēng)機風(fēng)量自動調(diào)節(jié)回路等。
系統(tǒng)具有各種管理功能，如自動／遙控／手動切換操作、操作員登錄、“權(quán)限”操作等，并有誤操作保護功能；按工藝流程分畫面、分系統(tǒng)實時顯示和監(jiān)視各流程的運行工況，通過動態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲線的方式實時監(jiān)視各電氣設(shè)備、工藝參數(shù)的工況等；界面友好、全中文信息，便于操作和使用；對被測參數(shù)有實時／歷史趨勢功能，對重要電氣設(shè)備的啟／停、重要操作有記錄功能，報警功能、打印生產(chǎn)報表和歷史儲存等功能。
6 系統(tǒng)抗干擾措施
(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計：系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)采用樹型的總線結(jié)構(gòu)，一個分支上的干擾不會影響到其它分支上。操作站和控制站的各類設(shè)備和功能板卡選用具有高抗干擾特性的工業(yè)級產(chǎn)品。
(2)供電電源：由于水泥廠大負荷、高壓等設(shè)備較多，這類設(shè)備的啟／停往往引起供電網(wǎng)絡(luò)線路負載突變，引起的電壓波動對自控系統(tǒng)的設(shè)備威脅很大。采用由變壓器副邊一個供電支路對自控系統(tǒng)進行單獨供電，并同時在供電支路上配置在線式 UPS電源，是很有效的措施。
(3)信號線路：采用信號線不與動力線平行敷設(shè)，使信號線免于強磁場的干擾；采用屏蔽電線(纜)、結(jié)合絞合敷設(shè)的方式；對橋架式敷設(shè)的現(xiàn)場，應(yīng)使用雙絞線或幾何中心重合的四芯線(纜)；對采用穿管敷設(shè)的方式，盡量避開上下水、通風(fēng)及工藝金屬管道。
(4)過壓保護：雷電、浪涌沖擊、短路等現(xiàn)象的干擾常常對設(shè)備造成致命的威脅，隔離措施是過壓保護功能實現(xiàn)的有效途徑，可通過安裝于設(shè)備的電源、信號等線路上的各種保護器實現(xiàn)。如德國 OBO、英國FURSE等公司的電源防雷器、通信信號防雷器、網(wǎng)絡(luò)保護器、數(shù)據(jù)接口保護器等。
(5)系統(tǒng)接地：水泥廠常采用三相四線制的配電網(wǎng)絡(luò)，其中最常用的又是中性點直接接地，按規(guī)程同時還要進行重復(fù)接地，設(shè)專用接地極，并在電源的饋線上增加一條中性線，只要保證專用接地極電阻值不大于4Ω，就可達到一定的效果。
7 結(jié)束語
根據(jù)水泥廠具體的生產(chǎn)工藝要求和生產(chǎn)規(guī)模，選擇合適的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置，實現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能，是一個水泥廠自動控制系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。Geinus I／O總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用，優(yōu)化了自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，降低了成本。根據(jù)本文提出的設(shè)計內(nèi)容和思路，已成功實現(xiàn)多個不同生產(chǎn)規(guī)模的水泥廠DCS系統(tǒng)，證明了Genius網(wǎng)絡(luò)具有可靠性高、操作簡單、維護方便等特點。
參考文獻
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