ABB Industrial IT系统通讯在水泥厂的应用Word下载.docx
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4.ABBIndustrialit控制系统…………………………………………10
4.1DCS控制系统的简介…………………………………………………10
4.2.Industrialit系统通讯的应用………………………………………12
4.2.1DCS系统网络概述…………………………………………………12
4.2.2现场仪表与网络通讯的连接…………………………………13
4.2.3电动机控制单元M102-P与网络的通讯…………………15
4.3Industrialit工业过程控制级…………………………………………19
4.4系统供电及配电单元……………………………………………………20
5.附录……………………………………………………………………………………20
1绪论
1.1前言
水泥作为发展国民经济的主要的原材料，我国在近2O年的改革开放的形势下，水泥工业不论从技术、产品总量、装备方面都得到巨大发展但是我国水泥工业在工业结构、产品品种、技术装备水平方面与世界先进水平尚有较大差距。
由于近年来计算机控制技术、通信技术和图形显示技术的飞速发展，DCS这种分散控制，集中管理的集散型控制系统已经在世界水泥工业中得到广泛的应用。
采用这种系统可以实现电动机成组程序控制，过程量的采集、处理、显示和调节。
大大提高了劳动生产率，提高了工厂的管理和经营水平。
水泥工艺过程是处理固体和粉状物料的生产过程，风、煤、料产生的热工过程变化复杂，不可控因素较多。
从过程控制的角度来看，是一个滞留时间长、时间常数大、外来干扰多、相互干扰关系复杂的过程。
在水泥制造过程的三大部分（原料制备、熟料烧成和水泥制成）中，熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。
我厂是国内最早采用新型干法回转窑技术的企业之一，日产2500吨水泥熟料生产线采用的是ABBIndustrialIT控制系统，该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统，全面支持现场总线技术，系统采用全局的数据库技术，实现全局一体化编程。
系统通讯为标准的以太网，系统结构具有较强的扩展能力，系统编程采用国际化的标准。
现场控制站采用符合技术要求的远程I/OABBS800并通过profibus总线与控制站进行数据通信。
全厂共设有石灰石破碎（现场控制）﹑生料磨控制站（中控控制）﹑烧成窑尾控制站（中控控制）﹑烧成窑头控制站（中控控制）﹑水泥磨控制站（中控控制）及水泥包装（现场控制）。
为了推进节能减排，提高环保科技水平，创造良好的经济效益与社会效益。
一条4.5MW余热项目已投产运行中。
1.2实习感想
生产实习是教学与生产实际相结合的重要实践性教学环节。
在生产实习过程中，学校也以培养学生观察问题、解决问题和向生产实际学习的能力和方法为目标。
培养我们的团结合作精神，牢固树立我们的群体意识，即个人智慧只有在融入集体之中才能最大限度地发挥作用。
这次实习，厂里安排我做ABBIndustrialIT控制系统的维护工作。
主要负责DCS系统要进行清灰和紧固端子接线排，发现有接触不好的中间继电器或者已损坏的其它电气元件要立即更换，主要设备和连锁跳停设备的数字量和模拟量中的元器件，如中间继电器﹑隔离器等，要经常检查并及时更换，防止不必要的设备跳停等事故的发生。
粉尘聚集到电路板和机架槽的表面，形成了覆盖层，会对DCS模件产生不利影响。
一是积尘受潮后，形成局部短路，烧坏模件。
二是在模件更换或新增模件时，尘埃附着在模件与机架槽的金属接触面之间，形成局部接触不良。
这种情况在尘埃较多且插模件方法不当是往往会发生，而且这种接触不良的故障不易被发现。
三是在较高电压（如电容）下尘埃产生电离，形成带电尘埃，容易引起局部的烧坏。
通过这次生产实习，使我在生产实际中学习到了电气设备运行的技术管理知识，对ABBIndustrialIT控制系统有了一定的了解，明白了系统维护的重要意义。
在向工人学习时，培养了我们艰苦朴素的优良作风。
在生产实践中体会到了严格地遵守纪律、统一组织及协调一致是现代化大生产的需要，也是我们当代大学生所必须的，从而近一步的提高了我们的组织观念。
通过生产实习，对我们巩固和加深所学理论知识，培养我们的独立工作能力和加强劳动观点起了重要作用。
在此，要特别的感谢陶老师、张工及师傅们的悉心指导，还有实习单位的领导对我们的支持与关爱。
2.
新型干法水泥生产工艺流程简述
（1）破碎及预均化
a破碎水泥生产过程中,大部分原料要进行破碎,如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。
石灰石是生产水泥用量最大的原料,开采后的粒度较大,硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。
b原料预均化
预均化技术就是在原料的存、取过程中,运用科学的堆取料技术,实现原料的初步均化,使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
（2）生料制备
水泥生产过程中,每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏）,据统计,干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上,煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。
因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。
（3）生料均化
新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。
（4）预热分解
把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行,使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快,热交换效率高,达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。
a物料分散换热80%在入口管道内进行的。
喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下,物料折转向上随气流运动,同时被分散。
b气固分离当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动,并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体,一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。
c预分解
预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。
它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。
将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；
燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；
由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。
因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
（5）水泥熟料的烧成
生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。
在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的矿物。
随着物料温度升高近时，矿物会变成液相，溶解于液相中的和进行反应生成大量（熟料）。
熟料烧成后，温度开始降低。
最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。
（6）水泥粉磨
水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。
其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。
（7）水泥包装
水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。
3.通信设备的选型及作用
3.1网络拓扑的选择
网络的拓扑结构很大程度上决定了网络的性能。
常见的网络拓扑结构主要有星型结构、网状结构、环形结构、双平面等几种，可以适用于的绝大多数广域网的构建，同时，也适用于绝大多数局域网的构建。
不同的拓扑结构具有不同的特性，网络建设中拓扑的选择要根据实际情况而定。
星形网络
网状网络
环形网络
双平面网络
对设备的要求
对核心设备的接口带宽，接口密度，要求很高
需要所有的核心设备，都具有高密度的接口
RPR技术端口成本高。
对于以太环网，我公司提出的RRPP技术，兼容普通的以太网口，无需增加任何硬件成本。
对设备要求低
冗余、可靠性
标准的冗余性，可靠性都比较低，容易单点失败，造成业务中断；
双星冗余性，可靠性比较高
多种路由可选，冗余性，可靠性高
冗余性、可靠性特别高
如RPR逆向双环保护，故障自动保护倒换（50ms）
冗余性安全性非常高
负载均衡
双星可以实现比较好的负载均衡
多条链路可供选择，具有很好的负载均衡能力
负载均衡非常好，如RPR双环结构，带宽动态分配、公平共享
多条链路可以选择，并有高带宽的支持，负载均衡能力好
适用范围
标准的适合中小型网络；
双星可以使用在大型网络，流量集中的行业骨干
适用节点不多的骨干网络；
大区网络；
光纤丰富的骨干网核心；
城域网骨干核心；
对可靠性要求高的全国大型行业骨干
城域网，大型企业网，NGN网，3G网络
综合对设备的要求﹑冗余性﹑可靠性﹑负载的均衡能力及其适用范围，我厂采用的是环形网络拓扑结构。
如图1。
图1
3.2工厂电缆线的敷设要求
（1）仪表线路的敷设,应符合现行国家标准《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92的有关规定。
（2）电缆电线敷设前，应进行外观检查和导通检查，并用直流500V兆欧表测量绝缘电阻，100V以下的线路采用直流250V兆欧表测量绝缘电阻，其电阻值不应小于5MΩ；
当设计文件有特殊规定时，应符合其规定。
（3）光缆敷设应符合下列要求:
a.光缆敷设前应进行外观检查和光纤导通检查。
b.光缆的弯曲半径不应小于光缆外径的15倍。
（4）线路应按最短路径集中敷设，横平竖直、整齐美观，不宜交叉。
敷设线路时,应使线路不受损伤。
（5）线路不应敷设在易受机械损伤、有腐蚀性物质排放、潮湿以及有强磁场和强静电场干扰的位置，当无法避免时，应采取防护或屏蔽措施。
（6）线路不应敷设在影响操作和防碍设备、管道检修的位置,应避开运输、人行通道和吊装孔。
（7）当线路周围环境温度超过65度时，应采取隔热措施。
当线路附近有火源时，应采取防火措施。
（8）线路不宜敷设在高温设备和管道的上方,也不宜敷设在具有腐蚀性液体的设备和管道的下方。
（9）线路与绝热的设备和管道绝热层之间的距离应大于200mm，与其他设备和管道表面之间的距离应大于150mm。
（10）线路从室外引入室内时，应有防水和封堵措施。
（11）线路进入室外的盘、柜、箱时,宜从底部进入,并应有防水密封措施。
（12）线路的终端接线处以及经过建筑物的伸缩缝和沉降缝处，应留有余度。
（13）电缆不应有中间接头，当无法避免时，应在接线箱或拉线合内接线，接头宜采用压接；
当采用焊接时应用无腐蚀性的焊药，补偿导线应采用压接。
同轴电缆和高频电缆应采用专用接头。
（14）线路敷设完毕,应进行校线和标号,并应按《自动化仪表工程施工及验收规范》第6.1.2条的规定测量电缆电线的绝缘阻值。
（15）测量电缆电线的绝缘电阻时,必须将已连接上的仪表设备及部件断开。
（16）光缆光纤的连接方法和测试要求应符合产品说明书的规定。
（17）在线路的终端处,应加标志牌。
地下埋设的线路,应有明显标识。
（18）敷设线路时,不宜在混凝土梁、柱上凿安装孔。
在有防腐蚀层的建筑物和构筑物上不应损坏防腐蚀层。
3.3水泥生产中的温度变送器
MCT80AC高精度温度变送器模块（热电偶）是一种低成本两线温度变送器，它可以接收各类热电偶输入，可直接安装在传感器的接线盒内，将温度传感器的毫伏信号转换成标准4-20mA，或0-10mA等信号，再远传给其它二次表配套使用。
它具有信号准确，可远传（最大500米），精度好，抗干扰，稳定性好，免维护等特点。
（1）测温原理
热电偶是通过吧两根不同的导体或半导体线状材料A和B的一端焊接起来而形成的。
A、B就称为热电极（或热电偶丝）。
焊接起来的一端至于被测温度处，称之为热电偶的热端；
非焊接端称为冷端，冷端置于被测对象之外的环境中。
把热电偶的两个冷端连接起来形成一个闭合回路，当热端和冷端温度不相等时，回路中就就有电流流过，说明在回路中产生了电动势。
由于热电偶两个接点处的温度不同而产生的电动势称为热电势，称为热电效应，热电偶就是利用热电效应来测量温度的。
（2）技术指标：
项
目
技
术指标
精
度
0.5%
供电电源
24VC±
10%
输
出
4-20mA、0-10mA、0-5V等
工作湿度
≤95%RH
工作温度
-20℃-70℃
温
漂
±
0.05%/℃、±
0.025%/℃、±
0.01%/℃
热电偶冷补范围
0-60℃
负载电阻
三线制0-10mA：
0-1500Ω；
二线制4-20mA：
0-600Ω
外形尺寸
Φ44×
18mm
安装孔间距36mm
重量
50g
防护等级
IP65
（3）接线与调校:
24VDC电源通过屏蔽电缆给变送器供电，“V+”接24VDC的正极，“V-”接负极。
将变送器接到标准信号源上（电阻箱或毫伏计），在信号源给出零点和满度信号时反复调整零点及满度电位器，即可精确调整量程。
“Z”为零点调整电位器，“S”为满度调整电位器。
4.ABBIndustrialit控制系统
4.1DCS控制系统的简介
Industrialit是ABB集团自动化总部推出的一种具世界领先水平的全能综合型开放控制系统，该系统融传统的DCS合PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准。
它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面（HMI）及方便的工程软件，又同时具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。
系统既可连接常规I/O，又可连接Profibus、FF、CAN、Modbus、等各种现场总线设备。
系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，无论是小型生产装置的控制，还是超大规模的全厂一体化控制，甚至对于现场设备维护管理和跨厂的生产管理控制应用，Industrialit都能应付自如。
作为Industrialit家族的重要成员，Industrialit系统在技术上充分体现了ABB首创并领导的Industrialit（工业信息技术）崭新潮流，并正过度为Industrialit控制系统。
系统分为两级：
操作管理级和过程控制级。
在操作管理级上不仅实现传统的控制系统监控操作功能（操作和显示，打印，趋势显示和报警），而且完成系统硬件诊测及不同系统见数据交换等功能。
过程控制级实现包括复杂控制在内的各种回路调节（各种PID、比值、自整定、Simith。
。
）和高速逻辑控制、顺序控制以及批量间歇控制功能。
过程控制站内部通讯（控制器与I/O等各种智能设备或现场仪表间）采用的是国际标准现场总线。
现场总线控制器支持Profibus等各种现场总线，Profibus是目前世界上应用最广泛的开放型现场总线国际标准，分为FMS、DP及PA三级，DP通讯速率可高达12Mb。
而CAN（DIN、ISO11898标准）总线最大特点是它的超级坚固性合数据安全性。
系统当然也支持Modbus。
与智能现场仪表间的通讯则通过HART协议或现场总线（31.25Kb的ProfibusPA和FF总线）。
操作管理级和过程控制级之间的系统通讯由Diginets网络（以太网/IEEE802.3标准）实现，用户可选择通讯传输介质（普通电缆或光纤）和网络拓扑结构。
大众化的PC机和MS-WindowsNT在全世界已被广泛使用于各个领域，成为事实上的标准计算机平台，Industrialit系统的操作站OS、工程师站ES及数据网关GS即采用了这一平台，从而确保了系统的通用性、开放性和易用性，并对将来的技术升级和维护带来很大方便。
系统工程组态非常方便。
组态语言基于IEC1131-3工业标准，提供了功能块图（FBD）、梯形图（LAD）、指令表（IL）和顺序功能图（SFC）、ST（结构化文本）等图形化组态手段。
系统还带有包含近220多个功能块的算法库和具有200多个图形符号的基本图库和内含大量3D图符的扩充图库。
系统使用同一套组态工具软件完成过程及、操作级乃至现场总线仪表的组态以及调试，并使用同一个全局数据库。
系统规模具备很强的伸缩性，单一系统支持1个到最多1001对控制站及100个操作站。
每整个系统规模可扩张。
系统控制站硬件均为全金属外壳封装，能承受最严酷的工业环境。
设备即可安装于机柜中，也可装于墙上。
系统负荷所有当前EMC标准并具CE标志。
Industialit系统的五大特点：
1、全能综合型系统，集DCS&
PLC&
Fieldbus之大成
2、高速度，超级性能1400+loop/s
3、高可靠性，严格工业实践
4、通用性，标准化，灵活性，开放性
5、工程容易，界面友好，维护简单
4.2.Industrialit系统通讯
4.2.1DCS系统网络概述
DCS系统网络概述
系统网络分为现场层和控制管理层
现场层：
ABBS800I/O采用profibusDP通信标准与AC800F控制器进行通信，传输介质采用DP电缆。
控制管理层：
采用标准TCP/IP协议以太网实现系统控制器及操作员站之间的通信，传输介质为光缆，通信速率为100mb/s。
4.2.2现场仪表与网络通讯的连接
水泥中的应用：
在DCS的应用中，必然涉及到I/O单元与现场某种仪表相连及联合应用问题。
工业自动化控制仪表主要包括变送器﹑调节器﹑调节阀等设备。
通常一次检测元件随被测工艺的某项参数（如温度，压力等）的变化而产生相应的物理参数（如电阻，电容，电压等）的变化，该物理量引入变送器，由变送器变换成三种标准信号：
①气动信号0.02-0.10mpa②4~20mADC、0~20mADC的电流信号③1~5VDC,0~10vDC的电压信号。
通常采用二线制（电源线与输出电流信号相同的两根线）与过程控制站对应的端子排连接。
电流信号到达模块后经DP总线进入CPU处理模块，在通过光纤传输至交换机，最后在上位机显示其温度。
仪表在现场的应用
（1）窑尾气体温度
合适的窑尾温度对于物料均匀预热，防止窑尾烟室、上升烟道以及旋风筒因温度过高而发生的物料粘结和堵塞非常重要，一般控制在900～1100℃之间。
（2）分解炉出口或最下一级旋风预热器出口温度
这两个位置的温度，均能反映物料在分解炉内的分解情况，一般控制在850～900℃之间。
但是在无分解炉的状态下，出最下一级旋风预热器的气体温度通常控制在800～850C范围，因为在这个温度范围内，可保证物料在分解炉内的分解状况稳定，从而使窑系统的整个热工制度稳定。
否则不但会影响窑系统的热工平衡，还会造成分解炉及预热器系统物料结皮和堵料。
（3）窑尾排风机出口压力
在窑系统与生料磨系统联合操作运行时，窑尾排出的废气用于生料磨系统烘干等，该点的测量是非常必要的。
因为该点的负压值直接影响以上两个系统的操作平衡。
当该点的负压值大于设定值或正压值较设定值小时，应将电收尘后的排风机阀门关小；
反之，则开大阀门，以保证风量平衡。
（4）窑头负压
一般要求保证窑头微负压，防止窑头喷火。
另一方面，窑头负压稳定，也表征窑内通风及冷却机人窑二次风之间的平衡。
通常增加篦冷机余风排风机风量，窑头负压增大；
反之减小。
但是，在正常生产情况下，窑尾风机风量尽量保持不变，否则将影响整个窑系统的热工平衡。
因此，均采用调节窑头电收尘出口阀门的开度来保持窑头罩为微负压。
正常生产时，窑头负压一般保持在一0．1～一0．05kPa。
如产生正压，导致喷火，将危及窑头比色高温计及看火电视等仪器。
4.2.3电动机控制单元M102-P与网络的通讯
（1）电动机控制单元M102-P的功能
a控制功能
M102-P通过对输出继电器的控制，可实现多种启动控制方式，并通过接触器的辅助触点的状态反馈，对电动机运行状态实时监测。
b保护功能
M102-P通过对电动机的三相电流﹑三相电压﹑漏电电流﹑热敏电阻PTC阻值﹑接触器的状态和主开关状态的实时监测，实现对电动机的完善保护。
各种保护功能相互独立，均可通过参数设置软件根据实际情况进行设置﹑启动或关闭，调整保护值。
其中，当堵转保护功能开启后，堵转保护将在每次电动机启动完成后自动启动。
M102-P的接地故障保护是通过外接的零序互感器测量，以零序电流大小来判断。
c测量功能
M102-P通过电流测量单元连续测量电动机的三相电流，实现对电动机保护并通过总线上送给上位机；
同时连续测量三相电压，实现与电压的相关保护和与电压相关的计算，如功率﹑功率因数等；
还通过漏电电流互感器对接地故障电流进行监测。
（2）电机控制单元输入输出信号
单元第一类输入信号有五个，分别是手/自动，组起，组停，单起，单停。
其中手/自动输入信号，当其值是“0”时，表示自动状态；
“1”表示手动状态。
当设备处于手动状态时，单起、单停输入信号有效，组起、组停输入信号无效。
当设备处于自动状态是，单起、单停输入信号无效，组起、组停输入信号有效。
单元第二类输入信号有两个，分别是备妥，运行，表示设备的两种状态。
设备运行时，如果没有操作指令时，而备妥，运行信号却发生了变化，单元就会发出设备停机的指令，并告诉操作员设备处于故障状态。
单元第三类输入信号有三个，分别是起动许可，运行许可，工艺联锁。
起动许可是指设备开机前必须满足的条件；
设备转入运行状态后，起动许可的条件可以不满足。
运行许可是指设备运行时必需满足的条件；
如果不满足，单元就会发出停机指令，并告诉操作员设备处于故障状态。
工艺联锁是指设备处于自动状态时，设备运行必需满足的条件。
如果不满足，单元就会发出停机指令。
当设备处于手动状态时，工艺联锁的输入信号不影响设备的运行。
单元第四类输入信号有一个，就是复位信号输入。
当设备处于故障状态后，无论设备是在自动状态还是
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