SIMATIC PCS7在貴冶卡爾多爐中的應用

張火香

摘 要：SIMATIC PCS7是西門子的新一代控制系統，是以邏輯方式將以TELEPERM系列集散系統和S5、S7系列PLC為基礎的系統所獲得的經驗集中起來并進一步發展而成的。文章概要地介紹了SIMATIC PCS7在卡爾多爐的應用。

關鍵詞：DCS；SIMATIC PCS7；卡爾多爐

1 工藝介紹

貴溪冶煉廠卡爾多爐項目是江銅30萬噸銅冶煉工程配套子項目。其主體設備及工藝技術從瑞典奧圖泰公司引進，其噴霧冷卻、空氣冷卻、布袋收塵及烘爐系統等輔助設備均實現國產化設備替代運用，并由工廠自行完成儀表自動化控制設計及對接。爐體容積13立方米，為目前世界上最大的卡爾多爐，也是我國第二臺卡爾多爐，每年可為工廠增加陽極銅產量5萬噸，于2009年5月11日上午投料試生產。

卡爾多爐工藝分為爐子傾轉、油槍系統、氧槍系統、加料小車、收塵系統等，而控制系統主要分由本體主控系統和輔助控制系統兩大部分組成。其中本體主控制系統隨卡爾多爐設備由瑞典OUTOTEC公司提供并現場調試，輔控系統由江西托利科技有限公司提供。本體主控系統采用PCS7 V7.0 SP1 Bondle（英文版）+PCS7 SC Block V7_01，輔控系統采用PCS7 V7.0 SP1（中文版）。

2 系統概述

SIMATIC PCS7過程控制系統是西門子公司推出的創新性系統，該系統融合傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準。它既具備DCS的復雜模擬回路調節能力、方便的工程軟件，又同時具有與PLC指標相當的高速邏輯和順序控制性能。系統既可連接常規I/O，又可連Profibus、FF、Modbus等多種現場總線設備。系統人機界面組態采用基于windows平臺的wincc組態軟件。

PCS7控制系統由兩級網絡組成，通過工業以太網與上層網絡通訊，實現在線監控，以及工廠級的資產管理。通過Profibus DP總線與下層控制節點通訊，與現場儀表設備進行數據交換，實現邏輯控制。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產裝置還是大規模的系統控制都適用。

3 卡爾多爐PCS7系統構架

貴冶新30萬噸卡爾多爐主工藝由國外成套引進，因此，系統也是全英文PCS7控制系統。煙氣處理部分由國內自行設計，為中文PCS7控制系統。目前，卡爾多爐由兩套不同版本的PCS7系統同時運行，主工藝的操作控制在英文PCS7控制系統，煙氣處理部分由中文PCS7控制系統進行監視。

系統硬件配置如下：

英文PCS7系統：一個獨立S7-400控制器（集成網絡通訊端口、Profibus DP接口），8個ET200I/O站，2臺操作站（其中一臺兼做工程師站）。

中文PCS7系統：一個獨立S7-400控制器（Profibus DP接口），一塊CP443-1網絡通訊卡，7個ET200I/O站，2臺操作站，一臺工程師站。

其中，工藝現場的2套布袋收塵西門子S7-300 PLC通過光纖通訊進入中文PCS7系統。工程師站還通過OPC接口與工廠數采服務器連接，將實時生產數據上傳至工廠管理網。

系統結構網絡圖如圖1。

4 軟件組態

組態/編程軟件采用西門子公司新推出的過程控制系統SIMATIC PCS7。SIMATIC PCS7為儀表和控制（I&C）裝置提供全集成的工程系統，并支持系統范圍和工廠范圍的項目處理。而卡爾多爐的控制邏輯主要有油槍、氧槍連鎖，加料小車連鎖、爐子傾轉等連鎖。

4.1 順控（SFC）應用于卡爾多爐加料系統

SFC是用于順序控制的生產過程包括生產順序控制的簡單圖形。即我們根據工藝控制要求，在SFC塊中只需要輸入相應的邏輯條件，就可以完成其順序控制過程，而不需要我們編寫復雜的控制程序。卡爾多爐加料系統采用了SFC功能，我們直接調用PCS7中的SFC（順序功能圖）塊來完成。加料小車速度曲線的控制要求特別嚴格，加料小車在裝料位置（loading position）、等待位置（rest position）、卸料位置（charging position）三個位置按順序滿足一定的條件才能依次執行下一個動作。如果將SFC、CFC（連續功能圖）和Wincc結合起來用，為順序控制的操作員控制和可視化提供了集成的解決方案。

4.2 組織塊及PID控制

PID控制在卡爾多爐油槍、氧槍系統是個重要的控制。而PID程序的編制及上位系統設計都是很麻煩的過程。對此，我們直接調用PCS7 Library中的標準塊來完成，經過編譯后可直接在上位系統中生成PID標準控制界面。

如，在油槍系統中油槍氧氣調節閥2031-FC1的外部設定值是根據重油流量來調節；在氧槍系統中壓縮風調節閥2032-FC2開度根據壓縮風流量FT2032進行調節，氧槍氧氣調節閥的外部設定值是根據壓縮風流量FT2032經過比例運算來調節，所以標準的PID界面給現場操作人員提供了方便。

4.3 標準的設備操作界面

SIMATIC PCS7不僅提供了方便快捷的組態軟件，操作站人機界面組態采用基于windows平臺的wincc組態軟件。標準界面有設備運行的狀態指示、運行時間、運行反饋信號、手/自動選擇及狀態指示、就地/遠方狀態選擇及狀態指示，在Interlock里面看到設備的連鎖條件，也可在此條件下選擇條件是否參與連鎖，方便了工程技術人員調試設備。

5 PCS7通訊

卡爾多爐網絡通訊分為下層控制網、上層管理網。下層控制網采用同軸屏敝電纜，適合歐洲Profibus標準，通過每個ET200M上的IM153-1通訊卡與AS4142DP控制器互相連接，滿足現場信號的采集、處理和控制器的通訊，為Profibus-DP現場通訊網。上層管理網分為二類。一類通過OS站、ES站和控制器上的CP443-1通訊卡相連接。另一類通過OS站、ES站上的D-LINK網卡連接。

6 結束語

西門子PCS7系統，可以大大簡化系統的結構，減少大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和工業控制器之間、連續控制和邏輯控制之間、集中控制與分散控制之間的界限。同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應用提供統一的技術環境，這主要包括：（1）統一的數據治理；（2）統一的通；（3）統一的組態和編程軟件。該系統已在生產線上得到實際使用，在該系統中PCS7控制系統充分發揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現場調試的長處，給整個系統的穩定性帶來較大的益處。這種方法對其它生產線或設備的控制有一定的參考作用。