【摘 要】：为了稳定水泥生产过程质量、提高生产效率，运用西门子CEMAT软件对某2500t/d新型干法水泥厂的自动控制系统进行了全新设计。系统运行结果表明，CEMAT软件运行稳定、抗干扰能力强、操作维护方便，极大地降低了操作人员的劳动强度，为水泥厂的正常生产提供了可靠的保证，具有推广运用的价值。

　　四川广安市的利万布森水泥厂为2500t/d新型干法水泥厂，其基础自动化控制系统控制范围包括原料破碎、生料磨、窑头系统、窑尾系统、水泥磨系统到包装系统整条生产线。控制系统采用了西门子PCS7系统，并应用了西门子水泥行业专用软件CEMAT软件。

1 系统结构
　　西门子PCS7过程控制系统是集DCS、总线I/O以及PLC为一体的新型全集成控制系统。具有分散控制、集中管理、安装方便、成本低和维护管理智能化等特点。
　　CEMAT软件包是西门子公司专门为水泥行业开发的水泥控制系统。是一个集成化的标准软件，具有多个专门用于水泥工厂过程控制优化的功能块，具有简洁的显示方式，不需附加另外的专家系统就可完成组态和参数设置。该软件包集成于PCS7系统，在PCS7集成的功能上增加了针对水泥工程的工程操作、故障诊断及联锁等功能块，是具有独特的、开放式的接口及经济的解决方案。1971年至今，CEMAT软件包已在世界范围已经成功使用了438套。具有如下特点：方便的水泥厂故障诊断功能；方便的软件联锁功能；灵活便利的操作方式；减少故障时间；针对水泥行业的特殊指令。

2 控制系统构成
　　本自动控制系统采用控制网、监控网、现场总线三级控制网络构成系统。系统硬件配置及网络结构见下图。

2.1控制网
　　控制网采用工业级交换机由光纤构成冗余环网，通信速率100Mbit/s。根据控制站的分布共配置5台交换机，设备包括：1台工程师站（配A3喷墨打印机1台）；2台互为冗余的数据库服务器；2台A3激光网络打印机；5个控制站。
其中冗余服务器用于历史数据记录、性能计算、报表、SOE、事故追忆，可向操作员站、上位计算机提供数据库服务。两台服务器互为冗余配置了两个网卡：西门子的专用通讯网卡1613和通用网卡，分别用于与控制站及操作员站的通讯。
　　5个控制站采用了AS416-2做主控制站，分别为生料磨PLC、窑头PLC、窑尾PLC、水泥磨PLC、包装PLC。AS416-2控制站集成了CPU416-2模件，CP443-1以太网通讯模件，PS407电源模件及9槽机架，可实现现场设备的运行状态监测、数据采集及处理、自动闭环回路控制、电气设备开关控制等系统控制功能。图1 DCS控制系统配置图
2.2监控网
　　冗余服务器、5台操作员站（HMI）采用2台交换机构成监控网。其中中控室4台操作员站，包装车间操作室1台操作员站。所有操作员站配置相同，采用客户机/服务器（C/S）模式。HMI可实现设备成组及单机操作、动态测量数据、报警、事件记录、历史趋势观察等功能。对于所有控制对象提供面板，使用户可以操作和诊断回路。可以显示所操作的测量位置的所有信息，也可防止意外操作。

2.3现场总线
　　控制站采用AS416-2控制站和ET200M远程I/O构成现场控制网络，采用Profibus-DP通讯协议，通信速率设置：1.5Mbit/s。由于原料破碎站距离生料磨电气室的电缆长度约500米，为保证通讯速度，破碎站与生料磨主站间采用了一对OLM（光纤琏路模件），采用光纤连接，实现Profibus-DP通讯。

3 控制系统功能简介
　　PCS7系统软件采用SIMATIC程序管理器，可对项目进行管理、处理、归档和建立文件。对于一个项目管理，可有工厂视图、组件视图、过程对象视图3个不同的视图，同时进行管理。其中，组件视图主要管理系统的硬件，如控制器、系统总线、I/O系统等；工厂视图主要管理工艺过程，它将整个工厂按工艺过程的要求，分为各个子系统，然后将各子系统映射到控制器上；过程对象视图用于对所有控制对象的参数进行管理。
　　在SIMATIC程序管理器下，可以使用多种组态工具，无论采用何种组态工具，生成的组态数据都自动存到一个同一的数据库中。组态工具有：CFC（连续功能图）、SFC（顺序功能图）、STEP7、SCL（结构化的控制语言）和WinCC（SIMATIC视窗控制中心）等。
　　CFC是一种简洁的图形组态工具，主要用于连续过程的自动化控制任务的组态，为系统主要编程工具。CFC组态以功能块为基础的，系统配置了很多预编程的功能块。这些功能块以库的形式体现。每个功能块都有一个参数表，可根据实际工艺要求选择不同的参数。每个CFC由多个分区构成（可以任意插入，由字母A-Z任意排列），每个分区由6页组成。功能块之间的连接可以在相同或不同的CFC之间的相同或不同的分区的页面上进行，连接标记由系统自动标出。因此，采用CFC可以完成很复杂的大型控制任务。此外，CFC还具有图中图功能，即将同类的控制功能（或方案）组态成样板CFC图，以后组态时可以多次在其它CFC图中插入样板CFC图，直接对样板图进行连接，这样可以节省大量的组态时间。
　　水泥行业的基础自动化控制除了常规的电机控制、仪表信号监控外，还具有一些的特殊要求。如设备的成组控制（包括组启动、组暂停、组停止），两路阀的控制等，不同方式对同一控制设备有不同的启停要求。CEMAT软件具有多个水泥工程的专用功能块，司方便的实现各种功能的控制。用户可根据控制要求连接相应的管脚实现控制。对于每个功能块均可使用在线查找帮助。以下介绍了常用的功能块的功能及应用：
　　1）组（GROUP）功能块的应用：在CEMAT中特有的组（GROUP）功能块，可用于输送系统成组顺序启动；可方便的实现组启动、组单步（本组设备单机启动）、组暂停、组停止以及组间启停联锁。在实现输送系统或磨机顺序控制时，编程简单，动作可靠。
　　2）DAMPER功能块的应用：可用于切断阀、调节阀、双向电机的控制，有模拟量和数字量控制输出。常用于风机入口阀门、两路阀等的控制。
　　3）ROUTE功能块的应用：主要用于顺控路径的选择，如生料入窑/倒库选择、熟料入库选择等。
　　4）单向电机（Unidirectional Drive）功能块应用：用于单向电机的手/自动控制，有外部速度信号及电流信号监控，适用多种电机设备的控制，如皮带电机（有速度开关信号监控联锁）、破碎电机（可设定电机电流监控联锁）。
　　5）测量（Measuring Value）功能块的应用：模拟量信号监控，该功能块多与CH_AI块联合使用，可在线更改输入的模拟量信号的量程。
　　6）功能块的应用举例：在以下一个原料入配料仓组的程序中，应用了组（GROUP）、路径选择（ROUTE）、三通阀（DAMPER），单相电机（收尘风机、皮带输送机）功能块。整个程序结构清晰，调试方便。
3 结束语
　　本系统由于采用西门子CEMAT软件，节约了开发人员大量的系统编程时间，从而保证了整个系统的开发进度。系统运行结果表明，西门子的CEMAT软件运行稳定，控制可靠，具有推广运用的价值。