Unity Quantum過程控制平臺(tái)在重慶Lafarge
重慶拉法基水泥有限公司成立于2003年6月5日,是由拉法基中國(guó)海外控股有限公司與重慶水泥廠共同出資創(chuàng)辦的中法合資企業(yè)。為滿足重慶市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)水泥需求的快速增長(zhǎng), 法國(guó)拉法基集團(tuán)于2004年1月8日投入巨資建設(shè)重慶拉法基水泥有限公司2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線。
該工程由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)實(shí)施總包。生產(chǎn)線采用了施耐德電氣公司的最新高端Unity Quantum 過程控制平臺(tái)。
系統(tǒng)背景:
原有重慶水泥廠擁有一條2000t/d的水泥生產(chǎn)線,控制系統(tǒng)采用的是貝利公司的INFI 90 系統(tǒng)。通訊協(xié)議采用封閉的INFI NET 協(xié)議,整個(gè)系統(tǒng)由4套OIS 11操作站,5套PCU現(xiàn)場(chǎng)站組成。
新建的水泥生產(chǎn)線在控制上要求能夠和一線進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)公用設(shè)備的聯(lián)鎖及控制。
控制范圍:
 原料粉磨系統(tǒng)
 燒成系統(tǒng)
 煤粉制備系統(tǒng)
 熟料和水泥粉磨系統(tǒng)
 水泥儲(chǔ)存及汽車散裝系統(tǒng)
整個(gè)系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)多達(dá)5350點(diǎn),和上位機(jī)通訊的標(biāo)簽多達(dá)55692點(diǎn)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu):
LEVEL3
LEVEL2
LEVEL1
系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)。
LEVEL1為現(xiàn)場(chǎng)I/O層,I/O模塊采用施耐德電氣公司的Advantys產(chǎn)品,其開關(guān)量I/O模塊為6通道,模擬量I/O模塊為2通道,島鏈結(jié)構(gòu)分布在各個(gè)電力室,每個(gè)島現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)。該產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)實(shí)用,體積很小,整個(gè)調(diào)試及生產(chǎn)過程未出現(xiàn)I/O通道損壞的模塊。
LEVEL2為控制層,各個(gè)控制器采用帶以太網(wǎng)通訊口的Unity Quantum處理器,集中布置在中央控制室內(nèi),處理器型號(hào)分為140CPU65150和140CPU65160兩種。Unity Quantum CPU是施耐德公司新推出的處理器,其處理能力和速度以及集成功能在原來的Quantum處理器的基礎(chǔ)上有了很大的提高。Advantys島鏈以MB+通訊協(xié)議, 采用光纖為媒介和Unity Quantum處理器進(jìn)行通訊。 編程時(shí)所有I/O輸出信號(hào)采用PEER COOP的方式進(jìn)行通訊,輸入信號(hào)采用編程指令的方式進(jìn)行通訊,兩種不同的通訊方式的混合使用提高了通訊效率。 由于系統(tǒng)和上位機(jī)通訊點(diǎn)數(shù)多達(dá)55692點(diǎn),為了提高通訊效率,系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)模塊的方式和上位機(jī)通訊,雙140NOE77101以太網(wǎng)同時(shí)工作,共同分擔(dān)大量的數(shù)據(jù)通訊。
LEVEL3為管理監(jiān)控層,包括一個(gè)工程師站,兩臺(tái)服務(wù)器和五個(gè)操作站。工程師站進(jìn)行上下位軟件編程及調(diào)試,兩臺(tái)服務(wù)器互為熱備用,原料磨操作站、窯系統(tǒng)操作站、煤磨操作站、水泥粉磨操作站其中安放在中控室,散裝操作站安放在散裝車間控制室內(nèi),其通訊介質(zhì)為光纖。另外工廠的質(zhì)量分析及自動(dòng)配料系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中來,構(gòu)成一個(gè)大的過程控制系統(tǒng)。
LEVEL2和LEVEL3之間采用Modbus TCP/IP Ethernet 通訊協(xié)議,用1000M的交換機(jī)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),在LEVEL2和LEVEL3層之間打造數(shù)據(jù)高速公路,實(shí)現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)通訊。
為了實(shí)現(xiàn)1#生產(chǎn)線設(shè)備和2#生產(chǎn)線設(shè)備的連鎖和2#線對(duì)1#線設(shè)備的控制,系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的交換。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下:
軟件工具:
LEVEL2層的編程工具:Unity Pro。Unity Pro是施耐德電氣巨資開發(fā)的針對(duì)Atrium、Premium、Quantum自動(dòng)化平臺(tái)的通用的編程工具,支持5種標(biāo)準(zhǔn)的 IEC 61131-3 編程語言以及面向 C++ 的開放,Unity Pro輕松跨越工廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、生產(chǎn)、維護(hù)。
 可以直接通過工藝視圖訪問應(yīng)用模塊,然后用戶可以直接訪問過程子集的控制管理。
 附加的用戶目錄和指向應(yīng)用瀏覽器的超文本鏈接便于用戶訪問在線文檔,獲得有關(guān)PLC應(yīng)用的更多信息。
 集成應(yīng)用診斷:顯示記錄在PLC診斷存儲(chǔ)器中的報(bào)警信息,幫助用戶在程序邏輯中找到產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因。
LEVEL3層的編程工具采用IFIX。IFIX 作為整個(gè)工廠控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件,通過OPC和Unity Quantum處理器和質(zhì)量控制系統(tǒng)通訊。
 動(dòng)態(tài)畫面制作。
 服務(wù)器客戶機(jī)結(jié)構(gòu)。
 支持服務(wù)器的冗余配置。
另外,系統(tǒng)采用了施耐德電氣公司開發(fā)的Unity Pro 的插件軟件UAG。UAG (Unity Application Generator)是一個(gè)專家軟件,遵循ISA S88標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于過程類型的應(yīng)用UAG提供單一的數(shù)據(jù)庫,同時(shí)可以生成PLC代碼(Unity Pro或Concept),以及HMI 監(jiān)控系統(tǒng)(Monitor Pro V7.2或者第三方監(jiān)控系統(tǒng))所需要的所有元素。
在這個(gè)項(xiàng)目中,還采用了施耐德電氣公司根據(jù)拉法基U21的技術(shù)要求而開發(fā)的專用功能快庫。
 SSB//SSDB 順序起動(dòng)功能塊
 M1B//M2B//MAB//DAB//AAB//BPB 各種馬達(dá)控制功能塊
 AIB//AOB//DIB 輸入輸出專用控制功能塊
 PIDB PID調(diào)節(jié)專用功能塊
編程前,必須將制定如上圖所示的分組表,其內(nèi)容為:組號(hào)﹑組名﹑車間號(hào)﹑數(shù)據(jù)庫名以及設(shè)備代號(hào)﹑功能塊號(hào)以及設(shè)備名稱等,運(yùn)行UAG軟件,先按組生成下位軟件,每組自動(dòng)形成一個(gè)樹支,樹支內(nèi)每個(gè)設(shè)備功能塊和管腳標(biāo)簽自動(dòng)生成,所有的標(biāo)簽在數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)排列并自動(dòng)分配地址,標(biāo)簽庫上下位共用,編程人員只要做好設(shè)備之間的聯(lián)鎖及保護(hù)工作就完成了下位軟件的編程工作。
下位軟件生成之后,打開IFIX軟件,再運(yùn)行UAG就可生成HMI即上位監(jiān)控軟件。UAG調(diào)用如上圖的分組表,每組自動(dòng)形成一個(gè)樹支,樹支內(nèi)每個(gè)設(shè)備狀態(tài)圖素,如電機(jī)狀態(tài)﹑閥門狀態(tài)﹑組開組停按鈕以及模擬量的輸入顯示及模擬量的輸出給定以及PID調(diào)節(jié)按鈕等均自動(dòng)生成。編程人員只要按工藝流程圖完成靜態(tài)流程圖的制作后,將每個(gè)樹支內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)圖素移至靜態(tài)流程圖中相應(yīng)的位置即就完成了整個(gè)上位軟件的編制工作。
施耐德電氣公司的UAG專家軟件能自動(dòng)生成上下位軟件,并生成了上下位能共享的一個(gè)數(shù)據(jù)庫,這大大減輕了以前由于使用第三方軟件而帶來的巨大的標(biāo)簽庫的手動(dòng)輸入工作量。另外,數(shù)據(jù)庫內(nèi)標(biāo)簽地址分配不會(huì)出現(xiàn)重復(fù),大大減少了以前程序調(diào)試時(shí)因標(biāo)簽或地址重復(fù)而帶來的種種問題。UAG專家軟件是一個(gè)理想的編程工具。
結(jié)束語:
為滿足用戶的要求,自動(dòng)化系統(tǒng)的體系架構(gòu)越來越多地側(cè)重于分布式的結(jié)構(gòu),并且其功能也可以和集中式系統(tǒng)相媲美。重慶拉法基工廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)開創(chuàng)性地使用了Advantys STB分布式I/O系統(tǒng)采用開放式的模塊化輸入/輸出系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)通過總線或者通訊網(wǎng)絡(luò)使用主控制器管理自動(dòng)化島的設(shè)計(jì)方案,并取得了成功。拉法基重慶水泥有限公司2#水泥生產(chǎn)線在天津院和施耐德電氣公司的共同努力下,于2005年7月份順利點(diǎn)火并按合同要求通過了各項(xiàng)指標(biāo)的考核。
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