ABB Industrial IT系統在國內首臺120萬t/a LGMS 5725型立磨礦渣微粉生產線上的應用

劉慶元 衛 東

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

ABB Industrial IT系統在國內首臺120萬t/a LGMS 5725型立磨礦渣微粉生產線上的應用

劉慶元 衛 東

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

文章主要介紹瑞士ABB公司的IndustrialIT系統在天瑞集團營口天瑞水泥有限公司國內首臺120萬t/aLGMS 5725型立磨礦渣微粉生產線上的成功應用。文章針對礦渣立磨的生產工藝及過程控制的要求，闡述了ABB Industrial IT系統在整條礦渣立磨生產線的生產控制系統方案。

LGMS 5725型;國內首臺；120萬t/a礦渣立磨；ABB Industrial IT系統；現場總線；PROFIBUS活性；摻合料

1 項目背景及系統概述

我國是鋼鐵大國，每年產生大量的礦渣。這些礦渣既要占用大量土地，又會造成環境污染。礦渣立磨就是將煉鋼產生的廢礦渣磨成細粉，由于這種細粉達到了一定的細度，因此具有很好的活性，可在一定條件下參與化學反應，將其摻入水泥便可得到高質量的礦渣水泥。這一技術的廣泛應用，不僅可使嚴重污染環境的廢棄礦渣得到利用，還大大節約了一般水泥生產的原料資源。同時，由于立式輥磨機采用受限料床粉磨原理，因此粉磨效果好、能量利用率高，能更好地落實國家節能降耗減排的戰略方針。故而礦渣粉磨是近年來礦渣綜合利用的主要發展方向，發展前景十分廣闊。

作為可以明顯改善混凝土和水泥制品的綜合性能、大幅度降低水泥成本的新型水泥摻合料，國家推行的節能減排政策使得礦渣微粉的價格節節攀升。天瑞集團營口天瑞水泥有限公司120萬t/a立磨礦渣微粉生產線經過緊張地施工安裝調試，已順利投產。該礦渣立磨生產線由洛陽重工礦山機械工程設計院設計，主設備選用洛陽中信重工機械股份有限公司的LGMS 5725型立磨，該型礦渣立磨是一種綜合性的特大型粉磨設備，集破碎、研磨、選粉、烘干、物料輸送五大功能于一體，是一種國家正在大力推廣采用的節能環保型重大技術裝備。

自動控制采用DCS系統,由河南建筑材料研究設計院有限責任公司完成硬件成套和軟件編程工作。DCS系統產品選用瑞士ABB公司的Industrial IT系統。ABB Industrial IT系統是在ABB原有控制系統基礎上發展起來的最新的企業自動化解決方案。該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體，支持多種國際現場總線標準,適合各個自動化行業應用,目前在國內外應用非常廣泛。作為自動化控制的基礎和平臺，該系統在現場的數據通訊、采集、處理聯調中表現出了理想的穩定性和可靠性，提高了整條生產線的自動化控制水平，保證了礦渣生產工藝控制中各環節的穩定、連續運轉。

2 生產工藝

圖1 生產工藝流程簡圖

礦渣原料配料后，經過除鐵器和金屬探測儀，除去金屬后的物料經輸送皮帶輸送到回轉鎖風閥，然后進入磨內。入磨物料隨磨盤轉動，邊烘干、邊碾壓最后被磨盤甩出，其中物料隨熱氣進入選粉機分選，細度不合格的粉料回磨再進行研磨，合格的物料隨氣流進入收塵器內，收集的成品經過成品輸送系統，送到微粉庫。出收塵的其他部分物料參與再循環，與熱風爐產生的新熱氣體一起進入立磨，其余的氣體則通過尾部煙囪排放到大氣中。

立磨外排渣經除鐵器檢測后經由排渣系統提升到回料倉，經過除鐵器和金屬探測儀的再次探測后，通過另一個回轉鎖風閥重新入磨。當其不需要喂入立磨時，可先將回料暫存在中間倉內，隨時等待調用。

3 系統的硬件設計

3.1 硬件設計布局

生產線設1個現場站和2個Siemens從站。整個控制系統的過程站之間及其與中控室之間的通訊網絡采用TCP／IP協議工業以太網，通訊介質選用光纖，以將現場干擾信號減少到最小；各Siemens從站與現場站之間的通訊選用Profibus-DP總線來完成。利用現場總線系統的開放性、互用性以及系統結構的高度分散性，將西門子PLC控制系統與ABB DCS控制系統有機地結合在一起，從而實現Siemens從站控制系統與ABB DCS系統之間的控制信息的交換。中控室設1臺操作員站及1臺工程師工作站。操作員站可對所有信號實現顯示、報警、控制、存儲及打印報表等功能。

現場站置于立磨控制室，采用1套AC800F控制器，該控制器上配了2塊Profibus模件:1個連接礦渣立磨S800本地I/O，共計6個S800I/O站，用于礦渣立磨配套設備的控制。1個連接Siemens S7300 PLC，用于立磨減速機潤滑系統及立磨控制柜液壓系統的監控和控制。

3.2 工程師站

工程師工作站安裝ABB Control Builder F 8.2中文版軟件，運行在PC Windows XP SP2操作系統下，可實現硬件組態、過程站編程、操作員站組態等一體化編程及調試功能，在不進行組態時可兼作操作員站使用。工程師站不采用服務器/客戶方案,無需永久性接入系統，以避免服務器故障造成數據交換任務癱瘓。

CBF軟件支持現場總線設備的數據編程與讀取功能。該軟件也提供用戶自定義接口，根據用戶要求開發自定義專用功能塊。系統采用全局數據庫變量實現共享，該全局數據庫完全下裝到過程站；該軟件可以離線編程、在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能，可以恢復；該軟件還可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。

3.3 操作員站

該控制系統設1臺操作員站，安裝ABB Industrial IT Digivis 8.2版中文軟件，操作員站支持一系列標準預定義顯示:如總貌顯示、回路及各過程位號面板顯示（面板也可以根據用戶特殊要求實現自定義）、控制組顯示、趨勢顯示、報警顯示、過程信號記錄與操作記錄列表（實現各種操作的實時記錄和實時打印）顯示等，圖形數量無軟件限制，畫面數據更新時間少于1秒，可以由編程軟件定義；Digivis還可以記錄現場各種設備的報警信息，在操作員站畫面上進行顯示，并在報警記錄表中記錄，可以很方便地進行故障查詢。

3.4 現場站與現場遠程 I／O 站

現場控制站采用AC800F現場總線控制器與現場遠程 S800 I／O站，AC800F控制器可安裝CAN、PROFIBUS、FF HSE等4個多種協議類型的總線接口卡，用于實現與現場遠程I／O站及FF總線設備之問的通訊。I／O模件具備實時檢測及遠程診測功能。S800 I／O站具有監控、平滑轉換及故障報告功能。

4 DCS系統軟件設計

4.1 AC800F 系統的組態

ABB Industrial IT系統的CBF軟件是集組態、工程調試及診斷功能于一體的工具軟件包。過程站AC800F硬件配置及其所需的各種控制算法和策略都是由CBF來組態的，它采用圖形化組態方法，提供了進行參數友好界面，盡可能的采用動態形象畫面布置，方便操作員進行設備監控、參數修改和設定。完成后的組態結果由工程師站通過系統網絡下載至現場站及操作員站后，就可以進行相應的操作。

4.2 DCS與Siemens PLC從站的通訊

可通過導入Siemens PLC的GSD文件，在CBF硬件結構中插入與Siemens PLC控制器中設置相同的I/O模塊，然后對模塊進行相應的拆分，進行相關參數數據的讀取。最后通過控制功能塊來完成數據的讀或寫操作。設置總線地址和通訊速率后，將程序下裝到AC800F CPU處理器，即可實現數據的正常通訊。

5 調試生產過程中系統出現的問題及處理

5.1 DCS環形通訊網絡的實現

由于整個控制系統的過程站之間及其與中控室之間的通訊網絡采用TCP／IP協議工業以太網，通訊介質選用光纖，在現場控制器和中控室必須通過工業級以太網光電交換機實現光電信號的轉換。系統選用MOXA EDS-508A-MM-SC型號交換機，開始時整個網絡不通，經過檢查，交換機的IP和子網掩碼設置重復，造成系統無法識別，修改以后，系統通訊正常。

5.2 S800I/O 的連接

用于連接控制礦渣立磨配套設備的6個本地站FI830模塊，狀態燈顯示一直不正常，6個S800I/O站通訊不上，經過測試，這是由于通訊速率過高造成的。一個FI830在下掛S800I/O站多于5個的情況下,通訊速率就要降低一檔,否則I/O連接不上。

5.3 研磨時頻繁抬輥的問題處理

開始試運行時，磨輥頻繁自動抬起:一是由于料層厚度不夠引起振動過大，從而導致磨輥連鎖動作，磨輥自抬；再者，雖然沒有產生過大振動，但導致磨輥下降到最低限位，從而使磨輥自動上升。解決的辦法就是控制好磨盤上的料層、修正料層厚度的設定值、修改磨輥下降的延時時間、在嚴格保證設備安全的前提下，增加磨輥振動和低限位自動抬輥的延時時間。

6 結語

立磨液壓潤滑系統邏輯關系構成比較復雜、控制任務較多，既要實現對現場設備的控制，又要完成現場各種開關量、模擬量的檢測與反饋、報警、歷史趨勢查詢功能。采用ABB AC800F系統進行編程組態以及與Siemens PLC進行通訊，滿足了生產工藝的要求，其系統性能優良、操作使用方便可靠，確保了現場設備動作的正常、有序完成。經過一個月的調試，立磨運行畫面如圖2所示，截止2010年10月 7日，已達到臺時180T/H，比重、比表面積、產量等指標均達到設計要求，運行穩定可靠。

目前，DCS系統運行正常,作為此項目的自動控制軟硬件基礎ABB IndustrialIT系統，在現場的數據通信、采集、處理聯調中表現出了十分理想的性能和可靠的維護性。整個系統設計合理先進、可靠性高，并且節省了日后的維修帶來的人力、物力開支。ABB AC800F系統在LGMS 5725礦粉生產線上的成功應用，尤其在120萬t/a級別生產線上的應用，屬國內首例，系統本身節約礦石用量、消耗大量廢礦渣、降低能耗、減少CO2排放，提高了水泥行業生產水平，在節能減排、提高產品質量等方面，具有很好的社會效益和經濟效益。

圖2 立磨運行畫面