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0引言
我公司于2005年底立項(xiàng)興建4條5000t/d的新型干法水泥生產(chǎn)線，4條生產(chǎn)線都考慮了余熱發(fā)電功能。其關(guān)鍵設(shè)備有：窯主傳動(dòng)控制系統(tǒng)，窯頭、窯尾噴煤系統(tǒng)，入窯入庫(kù)斗提系統(tǒng)，生料立磨系統(tǒng)，熟料斜拉鏈系統(tǒng)，DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。第1條生產(chǎn)線已于2006年8月27日一次性點(diǎn)火生產(chǎn)成功，第2條生產(chǎn)線于2007年12月3日建成投產(chǎn)，第3、4條生產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)了三通一平工作。
1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
系統(tǒng)選用德國(guó)某公司的PCS7過程控制系統(tǒng)。PCS7是集DCS、總線I/O以及PLC為一體的新型全集成控制系統(tǒng)。
1.1PCS7的主要特點(diǎn)
PCS7的主要特點(diǎn)有：
（1）徹底打破DCS和PLC的界限。由于DCS的控制器和PLCS7-400系列的高檔控制器在硬件上是相同的，因此在硬件上兩者徹底兼容，從而解決了硬件平臺(tái)不一樣的問題。該系統(tǒng)的上位機(jī)軟件采用公司的工控組態(tài)軟件WINCC-V6.1；下位控制站采用AS416-3和最新分布式模塊ET200M系列自動(dòng)化產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)連接采用工業(yè)以太網(wǎng)和4?20mA信號(hào)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。由于DCS釆用SIEMENS統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，DCS的控制器、監(jiān)控站和工程師站都可以直接和PLC通過網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)相連。

（2）實(shí)現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一。PCS7的主要組態(tài)工具為CFC（模擬控制的組態(tài)）和SFC（邏輯控制的組態(tài)），同時(shí)保留了語句表和梯形圖的編程方式。各種不同編程方式所組態(tài)的用戶程序，可通過編譯生成統(tǒng)一的程序塊，經(jīng)過有關(guān)OB塊的調(diào)用后即可執(zhí)行。由于實(shí)現(xiàn)了軟件的統(tǒng)一，因此在DCS的工程師站上可以對(duì)系統(tǒng)的控制器、監(jiān)控站進(jìn)行編程和組態(tài)，也可以對(duì)整個(gè)項(xiàng)目中所有的PLC進(jìn)行編程和組態(tài)，同時(shí)，可以將整個(gè)項(xiàng)目有關(guān)的組態(tài)信息如I/O點(diǎn)、I/O范圍（如量程范圍、信號(hào)制式等）、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)置參數(shù)等都統(tǒng)一地存儲(chǔ)在一個(gè)項(xiàng)目唯一的組態(tài)文件中。并且這些組態(tài)信息可以下載到DCS和PLC的控制器中。
（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的各現(xiàn)場(chǎng)控制站之間沒有主從之分，相互之間均能對(duì)等傳輸數(shù)據(jù)，任何一個(gè)控制站發(fā)生故障均不會(huì)影響到其它控制站的正常運(yùn)行，并能擴(kuò)充到最大站。連接到數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作；通信總線的故障不會(huì)引起機(jī)組跳閘或造成分散控制單元不能正常工作。
1.2主要測(cè)控內(nèi)容
DCS系統(tǒng)共分為6個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站。LCS00；原料處理控制站；LCS01:原料粉磨控制站；LCS02：燒成窯尾及窯中控制站；LCS03：燒成窯頭控制站；LCS04：水泥粉磨控制站；LCS05：煤粉制備及輸送控制站；LCS06：水泥包裝、散裝控制站。
2自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要控制方案
2.1通用設(shè)備的控制方案
通用設(shè)備主要指普通電動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)閥門，它們的控制方案如下：
（1）普通電動(dòng)設(shè)備的控制。當(dāng)設(shè)備的備妥信號(hào)為1時(shí)，控制系統(tǒng)允許中央控制室操作員從操作畫面上啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備，否則，系統(tǒng)將彈出相應(yīng)的提示信息，禁止操作員從操作畫面上啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)為1時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為該設(shè)備已經(jīng)啟動(dòng)，控制畫面上將有相應(yīng)的反應(yīng)（如設(shè)備顏色由黃色變?yōu)榫G色）。
如果設(shè)備的啟停與其它設(shè)備的啟停有連鎖關(guān)系，那么當(dāng)運(yùn)行信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)將按照連鎖關(guān)系啟動(dòng)其上游設(shè)備；當(dāng)運(yùn)行信號(hào)的下降沿到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)將按照連鎖關(guān)系關(guān)閉其下游設(shè)備。
電動(dòng)閥門的控制。對(duì)于模擬量電動(dòng)閥門，當(dāng)控制(2)程序收到改變閥門開度的命令時(shí)，控制程序?qū)⒈容^實(shí)際值和設(shè)定值，如果實(shí)際值大于設(shè)定值，那么控制程序?qū)l(fā)出反轉(zhuǎn)信號(hào)，閥門關(guān)??；如果實(shí)際值小于設(shè)定值，那么控制程序?qū)l(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)，閥門開大。當(dāng)閥門開度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制程序?qū)⒄D(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號(hào)置零。對(duì)于開關(guān)量電動(dòng)執(zhí)行器，當(dāng)上限或下限信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，控制程序則會(huì)將正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號(hào)置零。
2.2有特殊要求的設(shè)備控制方案
有特殊要求的設(shè)備的控制方案如下：
(1)庫(kù)滿自動(dòng)停機(jī)控制。當(dāng)物料入庫(kù)輸送設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如果料位高度超過上限值，那么系統(tǒng)自動(dòng)按停機(jī)順序關(guān)閉物料輸送設(shè)備。
(2)單調(diào)速皮帶秤的自動(dòng)穩(wěn)流控制?，F(xiàn)場(chǎng)配料站的單調(diào)速皮帶秤檢測(cè)每臺(tái)秤體的重量和速度信號(hào),計(jì)算出實(shí)時(shí)流量值后與各秤體的流量設(shè)定值相比較，通過PID控制調(diào)整每臺(tái)秤體的轉(zhuǎn)速，使得每臺(tái)秤體的實(shí)時(shí)流量與設(shè)定流量一致。
(3)雙調(diào)速皮帶秤的自動(dòng)穩(wěn)流控制。配料站雙調(diào)速皮帶秤的自動(dòng)穩(wěn)流控制是指預(yù)給料輸送設(shè)備和調(diào)速皮帶秤實(shí)現(xiàn)雙調(diào)速功能，稱重傳感器仍安裝在調(diào)速皮帶秤上，但調(diào)速皮帶秤控制器上的流量輸出信號(hào)又作為預(yù)給料設(shè)備的控制給定信號(hào)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)預(yù)給料設(shè)備的自動(dòng)控制功能，從而達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)流的目的。
(4)磨機(jī)啟停控制回路。①稀油站低壓泵控制。磨機(jī)啟動(dòng)前，系統(tǒng)啟動(dòng)低壓油泵并監(jiān)測(cè)低壓供油壓力，當(dāng)壓力低于0.2MPa時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)備用低壓泵；當(dāng)壓力高于0.3MPa時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉備用泵；當(dāng)壓力超過0.4MPa時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。②稀油站高壓泵控制(1)損壞，或者是控制程序有問題，要么是輸出地址出錯(cuò)，要么是啟動(dòng)條件不滿足；如果有變化，那么就要査看抽屜柜中控制回路、驅(qū)動(dòng)用的中間繼電器線圈是否燒壞，或者是驅(qū)動(dòng)用的中間繼電器觸點(diǎn)接觸是否可靠。
(2)查找PLC輸出端子是否松動(dòng)，PLC至抽屜柜的接線端子是否松動(dòng)，抽屜柜的二次插件是否接觸不良或錯(cuò)位。
3.2操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值不同
現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)行參數(shù)的釆集有兩種方式：參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4?20mA信號(hào)送到PLC的模擬量輸入模塊；參數(shù)由釆集點(diǎn)相應(yīng)的傳感器(如交流互感器)直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后送入PLC的輸入模塊。不論哪種方式，當(dāng)中央控制室操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值不相符時(shí)，可按如下方法進(jìn)行故障査找：
(1)檢測(cè)設(shè)備端輸出的電流正確與否。若不在4?20mA的范圍之內(nèi)，則檢查傳感器和變送器是否已損壞(用校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn))或檢査傳感器量程范圍是否與變送器一致。
(2)檢査PLC輸入端的電流信號(hào)與設(shè)備輸出端的電流信號(hào)是否一致。若不同，則4?20mA電流信號(hào)在傳輸過程中有可能因受到電磁場(chǎng)或電磁波的干擾而衰減或增強(qiáng)，應(yīng)排除干擾源及檢查線路的屏蔽和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地情況；若一致，則要查找中央控制室工程師站中的參數(shù)變比設(shè)置是否正確，量程范圍是否與現(xiàn)場(chǎng)變送器一致，在工程師站中調(diào)出控制程序更改參數(shù)變比設(shè)置或量程范圍。
(3)檢査PLC的I/O模塊是否有故障。在安裝調(diào)試過程中，若處理不當(dāng)，往往會(huì)有強(qiáng)電或感應(yīng)電串入模擬量輸入模塊，造成輸入通道燒壞。在線更換通道后，往往就能解決問題。
(4)當(dāng)傳感器損壞需要更換傳感器時(shí)，不要隨意換用其它量程的傳感器，否則會(huì)影響此工藝參數(shù)的測(cè)量精度及中央控制室操作站所顯示的數(shù)值。
(5)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的4?20mA電流信號(hào)通過信號(hào)隔離器再輸入至PLC的輸入端時(shí)，若兩者的信號(hào)不一致，則往往是信號(hào)隔離器存在信號(hào)衰減?？蓪o源信號(hào)隔離器更換為有源信號(hào)隔離器，消除衰減現(xiàn)象。
(6)設(shè)備輸出帶負(fù)載能力不強(qiáng)。
(7)傳感器的4mA對(duì)應(yīng)點(diǎn)不是0值。磨機(jī)啟動(dòng)前，系統(tǒng)開啟高壓泵，正常運(yùn)行l(wèi)Omin后，系統(tǒng)啟動(dòng)磨機(jī)，15min后系統(tǒng)關(guān)閉高壓泵；磨機(jī)停機(jī)前，系統(tǒng)開啟高壓泵，正常運(yùn)行l(wèi)Omin后，系統(tǒng)關(guān)閉磨機(jī)，15min后關(guān)閉高壓泵。③稀油站油溫控制。磨機(jī)啟動(dòng)前，系統(tǒng)檢測(cè)油溫是否高于10€,若低于10。則不予啟動(dòng)并開啟電加熱器。磨機(jī)啟動(dòng)后，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)油溫，當(dāng)溫度低于2O'C時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)電加熱器；當(dāng)溫度高于30'C時(shí)，系統(tǒng)停止電加熱器；當(dāng)溫度高于65'C時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。
3系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)
3.1設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控畫面的開關(guān)狀態(tài)不一致
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制有中央控制方式和現(xiàn)場(chǎng)控制方式。但不論哪種方式，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)都被傳送到中央控制室操作站，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控畫面的開關(guān)狀態(tài)不一致時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。不一致的原因有兩種：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)而中央控制室開關(guān)處于關(guān)狀態(tài)；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不受控制(其狀態(tài)與中央控制室下達(dá)的命令不一致)。當(dāng)出現(xiàn)后一種情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找原因。查找方法有以下兩種：
查看與此設(shè)備相關(guān)的PLC相應(yīng)輸出模塊燈的狀態(tài)是否有變化。如果無變化，那么有可能是輸出模塊的通道已(1)損壞，或者是控制程序有問題，要么是輸出地址出錯(cuò)，要么是啟動(dòng)條件不滿足；如果有變化，那么就要査看抽屜柜中控制回路、驅(qū)動(dòng)用的中間繼電器線圈是否燒壞，或者是驅(qū)動(dòng)用的中間繼電器觸點(diǎn)接觸是否可靠。
(2)查找PLC輸出端子是否松動(dòng)，PLC至抽屜柜的接線端子是否松動(dòng)，抽屜柜的二次插件是否接觸不良或錯(cuò)位。
3.2操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值不同
現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)行參數(shù)的釆集有兩種方式：參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4?20mA信號(hào)送到PLC的模擬量輸入模塊；參數(shù)由釆集點(diǎn)相應(yīng)的傳感器(如交流互感器)直接或經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后送入PLC的輸入模塊。不論哪種方式，當(dāng)中央控制室操作站上顯示的參數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值不相符時(shí)，可按如下方法進(jìn)行故障査找：
(1)檢測(cè)設(shè)備端輸出的電流正確與否。若不在4?20mA的范圍之內(nèi)，則檢查傳感器和變送器是否已損壞(用校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn))或檢査傳感器量程范圍是否與變送器一致。
(2)檢査PLC輸入端的電流信號(hào)與設(shè)備輸出端的電流信號(hào)是否一致。若不同，則4?20mA電流信號(hào)在傳輸過程中有可能因受到電磁場(chǎng)或電磁波的干擾而衰減或增強(qiáng)，應(yīng)排除干擾源及檢查線路的屏蔽和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地情況；若一致，則要查找中央控制室工程師站中的參數(shù)變比設(shè)置是否正確，量程范圍是否與現(xiàn)場(chǎng)變送器一致，在工程師站中調(diào)出控制程序更改參數(shù)變比設(shè)置或量程范圍。
(3)檢査PLC的I/O模塊是否有故障。在安裝調(diào)試過程中，若處理不當(dāng)，往往會(huì)有強(qiáng)電或感應(yīng)電串入模擬量輸入模塊，造成輸入通道燒壞。在線更換通道后，往往就能解決問題。
(4)當(dāng)傳感器損壞需要更換傳感器時(shí)，不要隨意換用其它量程的傳感器，否則會(huì)影響此工藝參數(shù)的測(cè)量精度及中央控制室操作站所顯示的數(shù)值。
(5)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的4?20mA電流信號(hào)通過信號(hào)隔離器再輸入至PLC的輸入端時(shí)，若兩者的信號(hào)不一致，則往往是信號(hào)隔離器存在信號(hào)衰減?？蓪o源信號(hào)隔離器更換為有源信號(hào)隔離器，消除衰減現(xiàn)象。
(6)設(shè)備輸出帶負(fù)載能力不強(qiáng)。
(7)傳感器的4mA對(duì)應(yīng)點(diǎn)不是0值。對(duì)模擬量參數(shù)的輸出故障査找方法與3.2類似。
3.3各種配料秤、喂料秤和溫度自動(dòng)控制PID的調(diào)節(jié)
各種配料秤、喂料秤和溫度自動(dòng)控制PID的調(diào)節(jié)如下：
(1)如果中央控制操作站給定的參數(shù)沒有變動(dòng)，而從現(xiàn)場(chǎng)返回的數(shù)值波動(dòng)卻很大，那么應(yīng)先檢査現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)工藝是否有異常(如物料下料是否堵塞，是否有機(jī)械卡位現(xiàn)象等)，再檢査是否有干擾。
(2)如果中央控制操作站給定的參數(shù)值改變之后，控制結(jié)果出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間一定幅度的等幅波動(dòng)現(xiàn)象，那么此時(shí)就必須對(duì)PID參數(shù)作出適當(dāng)?shù)男薷摹Ｐ薷姆椒ㄒ话闶窍雀?個(gè)參數(shù)，觀察約15min左右，若調(diào)節(jié)性能還不十分理想，則再對(duì)另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改，如此反復(fù)多次，即可找到較為理想的PID參數(shù)值；如果同時(shí)調(diào)節(jié)PID三個(gè)參數(shù)，往往得不到理想的調(diào)節(jié)效果。
(3)對(duì)于配料秤和喂料秤，如果中央控制操作站給定的參數(shù)值為0后，中央控制室操作站仍然出現(xiàn)有反饋值，那么應(yīng)檢査荷重傳感器是否因過載而損壞。
3.4PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)
PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)常見故障可從以下幾方面解決：
(1)如果中央控制室操作站上顯示的全部數(shù)據(jù)和畫面變暗變虛，那么表明上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)控制站的網(wǎng)絡(luò)通信已中斷。應(yīng)査看對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC的電源是否運(yùn)行正常；PLC站上的CPU和CP443-1通信模塊是否都處于正常工作狀態(tài)，有無故障燈亮，TRANSCEIVER的發(fā)送和接收燈是否在閃爍等。
(2)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，重啟計(jì)算機(jī)或重啟現(xiàn)場(chǎng)控制站的CPU往往能夠消除掉線現(xiàn)象。如果依然無法聯(lián)接上，同時(shí)(1)中的各種現(xiàn)象都正常，那么應(yīng)檢查網(wǎng)線是否斷開，光纖盒的跳線接口是否松動(dòng)，光纖盒跳線中的發(fā)送和接收是否接反。若線路無故障，則可以嘗試更換TRANSCEIVER或更換微機(jī)中的3C509網(wǎng)卡，這往往能消除掉線現(xiàn)象。
出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷，不排除現(xiàn)場(chǎng)控制站各有源總線模塊IM153-2±的通信地址撥碼被人為改動(dòng)，檢査現(xiàn)場(chǎng)控制站各有源總線模塊上的通信地址是否按遞進(jìn)順序進(jìn)行排列。

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