ABB AC800F系统在海螺水泥的应用

1. 系统概述及项目背景

ABB IndustrialIT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优点于一体并支持多种国际现场总线标准，尤其适合于水泥行业的应用，目前在水泥行业应用非常广泛。

2001年安徽海螺集团上了2500 t/d 生产线两条，5000 t/d 生产线四条，全部采用ABB AC800F控制系统，3年来运行良好，在此良好合作的基础上2004年又大规模地上了11条5000 t/d和10000 t/d生产线，全部采用了ABB的控制系统，在2005年还将有6条5000 t/d和10000 t/d生产线采用ABB的控制系统。本文以池州2×5000 t/d 生产线项目为重点，从技术角度介绍AC800F系统在海螺的成功应用。 

2. DCS系统控制网络

系统网络分为现场控制层和中央监控层两层网络。

第一层为现场控制层，ABB S800 远程I/O采用Profibus DP通信标准与AC800F控制器进行通信，通讯速率高达12MB/s，距离远达1200米，根据项目要求，有些站距离比较远，采用光纤作为传输介质；在现场采用了部分现场总线仪表，采用ProfiBus PA通信标准与AC800F控制器进行通信。

第二层为中央监控层，实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通信，采用基于TCP/IP协议的工业以太网。由于水泥行业的特点，控制器及操作员站位置分散，且距离较远，现场干扰较大，所以通信网络采用了冗余光纤环网结构。采用赫斯曼导轨安装型光纤集线器通信模件，该集线器提供双冗余供电，双路光纤接口，可以将光缆接成环形，通信模件内置冗余管理功能，当环路任何一处出现故障可以在30ms内自动切换到另外一条备用线路上，同时可以诊测到故障发生位置。

3. DCS过程控制站

3.1 DCS控制站特点描述

过程控制级包括多个ControlIT控制站，完成各种控制功能，ControlIT控制站由AC800F现场总线型控制器和下挂的S800分布式智能I/O站组成。AC800F型 控制器功能十分强大，配有运算速度高达150MIPS的32位超标量 RISC型处理器(精简指令系统CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量内存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及实时多任务嵌入式操作系统pSOS+，充分满足工业过程控制对实时性和可靠性的严格要求。控制器的控制周期可根据控制需要设置，最快可设为5ms。I/O模件扫描速度很高，对模拟量T<20ms,对开关量T<5ms。控制器具有基于Web技术的自诊断功能，并可通过Internet进行远方诊断。

ControlIT控制站所配置的每个 S800 I/O站可支持12个I/O卡件，I/O卡件采用光电隔离技术，模拟量I/O卡件的精度不小于0.1%(热电阻为0.05%)。AI卡件能驱动600m范围以内的二线制24VDC变送器，能直接给现场变送器供电。DO输出经继电器隔离，继电器输出接点容量为DC24V/5A。S800 I/O 采用模块化设计, DIN导轨式安装, 由于对空间及环境要求不苛刻, S800 I/O 尤其适用于安装在分散的场合, 并且对处理信号几乎没有要求, 从而现场仪表和设备信号可以直接接线到S800 I/O 站。总所周知，在水泥厂的环境非常恶劣，但这几条生产线自开车运行3年来，基本没有卡件损坏现象。

3.2 DCS控制站配置

池州项目共采用5套AC800F控制器，置于4个控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窑头控制室有两套AC800F控制站，窑尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四个控制室通过冗余光纤环网连在一个网络上。

· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:

- 1个用于生料磨及废气处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，3个用于1＃线，3个用于2＃线。

- 1个用于原料调配S800远程I/O 控制，连接2个远程IO站，1个用于1＃线，1个用于2＃线，另外还做 Siemens S7300 的接口；

· 窑头控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:

- 1个用于窑头/熟料入库处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，1＃与2＃线各3各IO站；

- 1个用于煤粉制备远程 S800 I/O 控制，连接5个远程IO站，3个用于1＃线，2个用于2＃线，另外连接Siemens S7300 PLC；

- 窑尾控制站置于窑尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了1块Profibus模件，用于窑中/窑尾/均化库底处理S800 本地I/O控制，1＃与2＃线各3各IO站。

· 水泥磨控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:

- 1个用于与Siemens S7300 接口。

- 1个用于水泥磨本地I/O，并配置了2个S800IO站。

3.3 矿山及码头部分控制系统配置

· 矿山既码头部分采用西门子S7-300 PLC，共分四个站，即石灰石破碎控制站，原料输送控制站，码头控制站和熟料输送控制站，并与DCS进行通讯。

- 石灰石破碎控制站和码头控制站的控制器选用CPU314，原料输送控制站和熟料输送控制站的控制器则选用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 协议与AC800F DCS系统通信；

- CP 343-5通信处理器使用Profibus FMS协议与相应的控制站CPU进行通信；

- 控制站之间通信介质选用光纤，使用一对光纤耦合器连接；

- 石灰石破碎控制站和熟料输送控制站配置触屏装置，而原料输送和码头控制站各配置1台OS站，安装WinCC监控软件；

· 另外如铜陵项目采用的PLC是AB的PLC5，PLC与DCS之间采用Modbus 标准进行通信。通讯也很方便。

4. 操作管理级

操作管理级主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程师站、数据网关、管理计算机及相应软件，另外还包括打印机、各种操作台等辅助设备。

工程师站EngineerIT用于系统软件组态(支持在线组态)和调试投运，它无需永久性接入系统，操作站也可兼作工程师站(需按工程师权限登录)。EngineerIT工程师站上的软件ControlBuilderF完成过程级、操作级乃至现场总线仪表的组态以及调试。

系统采用全局数据库，系统内的变量实现共享，该全局数据库完全下装到过程级，不采用服务器/客户方案，避免服务器故障造成数据交换任务瘫痪。全局数据库中任何变量更新仅输入一次即可，变量的检查也是全系统范围内进行。编程语言与图形化编程语言标准 IEC 1131-3完全兼容,根据实际控制要求可任意选用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系统具备大量标准功能块及功能子程序，如调节块具备标准、比率、步进、2位、3位等功能块供用户根据实际情况选用，功能块编程采用参数表形式，语言面向仪表工程师语言。同时系统也提供用户自定义接口根据用户要求开发专用功能块。系统具备选择部分、修改部分、全部下装功能。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。该软件可以在线调试，可以单步运行、跟踪、仿真调试。

操作站的任务是生产监控，即综合监视来自过程控制级的所有信息，进行监示、报警、趋势生成、记录、打印输出及人工干预操作(发送命令、修改参数等)。操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享,互为冗余备份。

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，画面数据更新时间为小于1秒，可以由编程软件定义。

操作站及工程师站硬件均选用DELL的PC机，操作系统Windows2000。操作台用于放置操作管理级设备。

5. 总结

实践证明，ABB AC800F系统在海螺的十多条生产线上的运用都是很成功的。在2004年海螺的几条5000和10000t/d线也顺利地投运，并被中国仪器仪表学会评为2004年度优秀控制项目。