INFI-90控制系統(tǒng)在牡丹江水泥廠#2窯的應(yīng)用
王宏 吉斌 徐上健
1 概述
    黑龍江省牡丹江水泥廠1978年自行設(shè)計(jì)的#2窯生產(chǎn)線配置了四級(jí)懸浮預(yù)熱器、RSP窯外分解爐和規(guī)格為φ4×60m的水泥回轉(zhuǎn)窯，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1680t/d熟料。但自1984年試生產(chǎn)以來，一直未能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。自動(dòng)控制系統(tǒng)也完全滿足不了生產(chǎn)管理的要求。1995年底實(shí)施技改，更換了熟料冷卻機(jī)及輸送設(shè)備；對(duì)增濕塔、預(yù)熱器等老設(shè)備做了相應(yīng)改造；同時(shí)，還從國外有關(guān)公司引進(jìn)了三通道噴煤管和熟料斗式提升機(jī)等設(shè)備。因此，#2窯電氣自動(dòng)化系統(tǒng)改造，涉及到新老設(shè)備，國內(nèi)和國外設(shè)備，錯(cuò)綜復(fù)雜，難以協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)工作有相當(dāng)難度。
目前大型水泥生產(chǎn)控制普啟遍采用分布式控制系統(tǒng)。為了提高#2窯的生產(chǎn)控制及管理水平，結(jié)合該線生產(chǎn)控制的具體情況和要求，在#2窯的技改中選用了北京貝利公司提供的INFI-90分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并由我院負(fù)責(zé)完成了系統(tǒng)硬件配置、應(yīng)用軟件組態(tài)、安裝及現(xiàn)場調(diào)試工作。
    INFI-90系統(tǒng)是一個(gè)典型的分布式控制系統(tǒng)，它具有分布式控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。就#2窯技改前后對(duì)比，技改后該控制系統(tǒng)具有操作方便、控制水平高等優(yōu)越性，從而保證了生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。
(1) #2窯技改前為常規(guī)儀表分車間控制，雖然設(shè)有窯頭和煤磨控制室，但還有許多設(shè)備不能在控制室直接啟動(dòng)和調(diào)節(jié)，必須派人到機(jī)旁操作，開/停設(shè)備和調(diào)節(jié)風(fēng)門都十分麻煩?，F(xiàn)在采用操作員接口站集中管理的方法，屏幕顯示代替了儀表顯示，在工藝流程圖上實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)的信息量比以前多，并能逼真地反映出生產(chǎn)關(guān)系，而且能彈出控制站面板，供操作員很直觀地用鍵盤開/停電器設(shè)備、調(diào)節(jié)風(fēng)門、設(shè)置自動(dòng)控制回路的參數(shù)等。
(2) 由于INFI-90系統(tǒng)提供200多種功能碼，功能齊全，組態(tài)靈活?？刂品桨冈O(shè)計(jì)綜合了水泥廠操作經(jīng)驗(yàn)和控制回路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)門調(diào)節(jié)無振蕩現(xiàn)象，顯示精度可達(dá)1%；風(fēng)門調(diào)節(jié)精度高，冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量自動(dòng)控制的精度相應(yīng)提高；篦冷機(jī)出口溫度控制、篦冷機(jī)篦速等自動(dòng)控制回路的運(yùn)行也十分滿意，加計(jì)算機(jī)的顯示功能和管理功能，使系統(tǒng)整體控制水平得到了提高。
(3) 時(shí)間短，見效快，效益好。該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、訂貨、編程、安裝、調(diào)試到投運(yùn)總共耗時(shí)8個(gè)月，為燒成系統(tǒng)迅速達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
(4) 系統(tǒng)投運(yùn)一年來的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)控制功能齊全，軟件運(yùn)行可靠，能滿足生產(chǎn)控制要求，該系統(tǒng)的投運(yùn)使牡丹江水泥廠自動(dòng)化達(dá)到了一個(gè)新水平，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)控制、降低能耗、提高運(yùn)轉(zhuǎn)率起著積極的作用。并為該廠#2窯達(dá)產(chǎn)、達(dá)標(biāo)奠定了良好的基礎(chǔ)。
下面就該系統(tǒng)的硬件配置及軟件組態(tài)作簡要介紹。

2 系統(tǒng)的硬件配置和功能
    根據(jù)#2窯的技改范圍和控制要求，INFI-90系數(shù)設(shè)置窯尾和窯頭兩個(gè)現(xiàn)場控制站，一個(gè)中央管理站，見圖1，現(xiàn)分別介紹各部分的硬件及功能。

2.1 現(xiàn)場控制站
    現(xiàn)場控制站主要配置有INFI-90系統(tǒng)的過程控制單元PCU及其它電器柜、控制裝置、繼電器柜等。PCU是執(zhí)行過程控制和數(shù)據(jù)采集功能的獨(dú)立整體，它由一個(gè)模件端子混合柜和兩個(gè)端子柜組成。在PCU中，主要配置有多功能處理器MFP02、模擬主模件AMM03、輸入輸出I/O子模件、系統(tǒng)電源模件PAS02、通訊接口模件及其它支持設(shè)備。
2.1.1 過程控制單元PCU的主要配置及功能
(1) 多功能處理器MFP02是INFI-90系統(tǒng)適應(yīng)過程控制的核心部分，它是處理過程控制、順序控制及批處理控制的高性能控制器。為了提高可靠性，MFP02設(shè)一對(duì)一冗余配置，當(dāng)PCU上電后，其中一個(gè)MFP02為主模件，另一個(gè)為副模件。主模件一方面技持系統(tǒng)的工作，另一方面不斷把數(shù)據(jù)庫的信息傳遞給副模件，副模件處于熱備狀態(tài)。在主模件發(fā)生故障時(shí)，主模件將自動(dòng)無擾動(dòng)切換到副模件上，副模件支持系統(tǒng)正常工作。在多功能處理器的ROM中固化了200多種功能碼，可供選擇組態(tài)各種控制策略。MFP02按照設(shè)計(jì)組態(tài)通過子總線對(duì)I/O子模件進(jìn)行掃描，從子模件獲得信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，或MFP02按照設(shè)計(jì)組態(tài)向子模件輸出控制信號(hào)去完成順序及過程控制。
(2) 模擬主模件AMM03本身不具有控制功能，它是熱電阻、熱電偶、毫伏信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模件。模似主模件與相應(yīng)的子模件可構(gòu)成各種通道，完成A/D轉(zhuǎn)換，其分辨率16位、線性化15位及熱電偶遠(yuǎn)距離冷端溫度補(bǔ)償。AMM03將采集到的信息傳送給MFP02，由其完成控制。AMM03也是一對(duì)一冗余配置。
(3) 多功能處理器MFP02支持的輸入輸出子模件是對(duì)過程控制單元通過端子單元與現(xiàn)場設(shè)備直接相連的唯一通道。該系統(tǒng)配置了控制I/O子模件CIS02，模以輸入子模FBS01，數(shù)據(jù)輸出子模件DSO04，熱電阻輸入子模件SAM03，數(shù)字輸入子模件DSI01，熱電偶輸入子模件ASM03，數(shù)字輸入子模件DSI01，熱電偶輸入子模件ASM02。模擬輸入子模件FBS01自具有微處理器，是智能化通道。控制I/O子模件輸出可設(shè)置隱含值，確保在MFP02都發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備仍在安全狀態(tài)下正常運(yùn)行。
(4) 系統(tǒng)電源模件PAS02支持PCU模件的運(yùn)行。它分散插入模件混合柜安裝單元上，輸入交流電源，輸出為平均承擔(dān)機(jī)內(nèi)各種電壓等的電源，并配置N+1冗余，提高電源可靠性并能在線更換電源模件。
(5) 通信接口模件。INFI-90系統(tǒng)通訊分成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和總線網(wǎng)絡(luò)兩種結(jié)構(gòu)，這里所述的通信接口模件是指過程控制單元上環(huán)的通信模件。通訊接口模件由存儲(chǔ)總線信息的網(wǎng)絡(luò)處理模件NPM01及網(wǎng)絡(luò)接口模件NIS01所組成，形構(gòu)INFI一環(huán)，應(yīng)用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式通訊協(xié)議，通訊速率為10M。此外，模件總線應(yīng)用自由競爭通訊協(xié)議，通訊速率為0.83K；子總線應(yīng)用并行通訊協(xié)議，通訊速率為0.5K。
(6) 端子柜CAB02主要安裝端子單元，包括主模件、子模件、通訊模件所對(duì)應(yīng)的端子單元。端子單元通過電纜與對(duì)應(yīng)的子模件連接，構(gòu)成完整的過程控制單元，并提供與現(xiàn)場設(shè)備或電器柜的接口端子。
2.1.2 其他配置及功能
    電器MCC柜是GCK型，它是模數(shù)化的抽屜式開關(guān)柜，其配電回路配置了完善的短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)裝置。當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)短路或過負(fù)荷時(shí)，能夠得到有效地保護(hù)。應(yīng)用柜內(nèi)一些輔助接點(diǎn)，將控制設(shè)備MCC的準(zhǔn)備好信號(hào)（NCR）、設(shè)備運(yùn)行信號(hào)（MR）及現(xiàn)場準(zhǔn)備好信號(hào)（LR）輸入計(jì)算機(jī)，這些信號(hào)作為生產(chǎn)設(shè)備順序控制組態(tài)的基本信息，并在屏幕上顯示。它與系統(tǒng)的接口見圖3。電器柜面板上一般設(shè)置有電壓和電流顯示及中央/現(xiàn)場操作轉(zhuǎn)換開關(guān)。

    繼電器柜內(nèi)安裝有直流電源裝置和直流繼電器。電源裝置為數(shù)字輸入（DI）和繼電器提供24VDC工作電源，繼電器作為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出（DO）的隔離裝置并直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閥門、風(fēng)門等現(xiàn)場設(shè)備。
    生料計(jì)量沖擊板流量計(jì)系統(tǒng)及分解爐和窯頭的煤粉喂料失重秤系統(tǒng)分別通過RS-422，RS-485通訊接口與窯尾PCU和窯頭PCU連接，組態(tài)到操作畫面上，在操作員接口站控制和管理。
2.2 中央管理站
    中央管理站主要配置有2臺(tái)OIS11和1臺(tái)OIC11操作員接口站；1臺(tái)EWS01工程師工作站。
(1) 操作員接口站包括CRT顯示器、報(bào)警板、操作鍵盤、2臺(tái)報(bào)表打印機(jī)PRT02，并配置了SLDG記錄數(shù)據(jù)軟件包，可進(jìn)行組態(tài)，編輯有關(guān)圖形顯示、標(biāo)簽、趨勢、記錄以及輔助組態(tài)。操作員接口站為操作員提供了一個(gè)有效的窗口來觀察、操作、管理過程和系統(tǒng)，它從過程控制單元獲得生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，進(jìn)行操作，完成生產(chǎn)控制任務(wù)。
(2) EWS01 工程師工作站硬件配置了主機(jī)、監(jiān)視器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)器和打印機(jī)HPCJ；軟件配置了SCAD和SLDG專用軟件，可在在線或離線狀態(tài)下組態(tài)控制策略，是工程師繪制工藝流程圖、組態(tài)控制策略的工具。通過工程師工作站把組態(tài)軟件下裝到多功能處理器（MFP）中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)試。
    此外，原系統(tǒng)中，配置有NOVELL INTERFACE接口，采用TCP/IP協(xié)議，連接上位計(jì)算機(jī)，以便于廠長進(jìn)行生產(chǎn)管理，目前，上位計(jì)算機(jī)尚未配置。