SIMATIC PCS7在贵冶卡尔多炉中的应用

张火香

摘 要：SIMATIC PCS7是西门子的新一代控制系统，是以逻辑方式将以TELEPERM系列集散系统和S5、S7系列PLC为基础的系统所获得的经验集中起来并进一步发展而成的。文章概要地介绍了SIMATIC PCS7在卡尔多炉的应用。

关键词：DCS；SIMATIC PCS7；卡尔多炉

1 工艺介绍

贵溪冶炼厂卡尔多炉项目是江铜30万吨铜冶炼工程配套子项目。其主体设备及工艺技术从瑞典奥图泰公司引进，其喷雾冷却、空气冷却、布袋收尘及烘炉系统等辅助设备均实现国产化设备替代运用，并由工廠自行完成仪表自动化控制设计及对接。炉体容积13立方米，为目前世界上最大的卡尔多炉，也是我国第二台卡尔多炉，每年可为工厂增加阳极铜产量5万吨，于2009年5月11日上午投料试生产。

卡尔多炉工艺分为炉子倾转、油枪系统、氧枪系统、加料小车、收尘系统等，而控制系统主要分由本体主控系统和辅助控制系统两大部分组成。其中本体主控制系统随卡尔多炉设备由瑞典OUTOTEC公司提供并现场调试，辅控系统由江西托利科技有限公司提供。本体主控系统采用PCS7 V7.0 SP1 Bondle（英文版）+PCS7 SC Block V7_01，辅控系统采用PCS7 V7.0 SP1（中文版）。

2 系统概述

SIMATIC PCS7过程控制系统是西门子公司推出的创新性系统，该系统融合传统的DCS和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、方便的工程软件，又同时具有与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Profibus、FF、Modbus等多种现场总线设备。系统人机界面组态采用基于windows平台的wincc组态软件。

PCS7控制系统由两级网络组成，通过工业以太网与上层网络通讯，实现在线监控，以及工厂级的资产管理。通过Profibus DP总线与下层控制节点通讯，与现场仪表设备进行数据交换，实现逻辑控制。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还是大规模的系统控制都适用。

3 卡尔多炉PCS7系统构架

贵冶新30万吨卡尔多炉主工艺由国外成套引进，因此，系统也是全英文PCS7控制系统。烟气处理部分由国内自行设计，为中文PCS7控制系统。目前，卡尔多炉由两套不同版本的PCS7系统同时运行，主工艺的操作控制在英文PCS7控制系统，烟气处理部分由中文PCS7控制系统进行监视。

系统硬件配置如下：

英文PCS7系统：一个独立S7-400控制器（集成网络通讯端口、Profibus DP接口），8个ET200I/O站，2台操作站（其中一台兼做工程师站）。

中文PCS7系统：一个独立S7-400控制器（Profibus DP接口），一块CP443-1网络通讯卡，7个ET200I/O站，2台操作站，一台工程师站。

其中，工艺现场的2套布袋收尘西门子S7-300 PLC通过光纤通讯进入中文PCS7系统。工程师站还通过OPC接口与工厂数采服务器连接，将实时生产数据上传至工厂管理网。

系统结构网络图如图1。

4 软件组态

组态/编程软件采用西门子公司新推出的过程控制系统SIMATIC PCS7。SIMATIC PCS7为仪表和控制（I&C）装置提供全集成的工程系统，并支持系统范围和工厂范围的项目处理。而卡尔多炉的控制逻辑主要有油枪、氧枪连锁，加料小车连锁、炉子倾转等连锁。

4.1 顺控（SFC）应用于卡尔多炉加料系统

SFC是用于顺序控制的生产过程包括生产顺序控制的简单图形。即我们根据工艺控制要求，在SFC块中只需要输入相应的逻辑条件，就可以完成其顺序控制过程，而不需要我们编写复杂的控制程序。卡尔多炉加料系统采用了SFC功能，我们直接调用PCS7中的SFC（顺序功能图）块来完成。加料小车速度曲线的控制要求特别严格，加料小车在装料位置（loading position）、等待位置（rest position）、卸料位置（charging position）三个位置按顺序满足一定的条件才能依次执行下一个动作。如果将SFC、CFC（连续功能图）和Wincc结合起来用，为顺序控制的操作员控制和可视化提供了集成的解决方案。

4.2 组织块及PID控制

PID控制在卡尔多炉油枪、氧枪系统是个重要的控制。而PID程序的编制及上位系统设计都是很麻烦的过程。对此，我们直接调用PCS7 Library中的标准块来完成，经过编译后可直接在上位系统中生成PID标准控制界面。

如，在油枪系统中油枪氧气调节阀2031-FC1的外部设定值是根据重油流量来调节；在氧枪系统中压缩风调节阀2032-FC2开度根据压缩风流量FT2032进行调节，氧枪氧气调节阀的外部设定值是根据压缩风流量FT2032经过比例运算来调节，所以标准的PID界面给现场操作人员提供了方便。

4.3 标准的设备操作界面

SIMATIC PCS7不仅提供了方便快捷的组态软件，操作站人机界面组态采用基于windows平台的wincc组态软件。标准界面有设备运行的状态指示、运行时间、运行反馈信号、手/自动选择及状态指示、就地/远方状态选择及状态指示，在Interlock里面看到设备的连锁条件，也可在此条件下选择条件是否参与连锁，方便了工程技术人员调试设备。

5 PCS7通讯

卡尔多炉网络通讯分为下层控制网、上层管理网。下层控制网采用同轴屏敝电缆，适合欧洲Profibus标准，通过每个ET200M上的IM153-1通讯卡与AS4142DP控制器互相连接，满足现场信号的采集、处理和控制器的通讯，为Profibus-DP现场通讯网。上层管理网分为二类。一类通过OS站、ES站和控制器上的CP443-1通讯卡相连接。另一类通过OS站、ES站上的D-LINK网卡连接。

6 结束语

西门子PCS7系统，可以大大简化系统的结构，减少大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中控制与分散控制之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，这主要包括：（1）统一的数据治理；（2）统一的通；（3）统一的组态和编程软件。该系统已在生产线上得到实际使用，在该系统中PCS7控制系统充分发挥了其配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的长处，给整个系统的稳定性带来较大的益处。这种方法对其它生产线或设备的控制有一定的参考作用。