一、項目簡介

鈦白粉已成為世界無機化工產(chǎn)品中銷售量最大的3種商品之一，僅次于合成氨和磷酸，列第三位。我國的鈦白粉總產(chǎn)量徘徊于世界第三名到第二名之間。中核華原鈦白股份有限公司是中國首家引進國外先進技術和關鍵設備建設的國內(nèi)第一座萬噸級鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)。由于一期生產(chǎn)線已應用十幾年，為增強企業(yè)后勁，開創(chuàng)新的經(jīng)濟增長點，鈦白二期生產(chǎn)線建設也就應運而生，此時，年生產(chǎn)能力將達到3萬噸。

二、系統(tǒng)介紹

目前，世界上生產(chǎn)鈦白粉的方法有兩種：硫酸法和氯化法。此次二期工程采用工藝比較成熟的硫酸法，共分31個工段，工藝流程見下圖：

三、控制系統(tǒng)構成

本工程控制系統(tǒng)采用西門子的PCS7控制系統(tǒng)，SIMATICPCS7系統(tǒng)是面向工業(yè)過程的分布式的全集成控制系統(tǒng)，擁有良好的用戶界面及強大的系統(tǒng)功能塊庫，能大大節(jié)省系統(tǒng)編程組態(tài)的時間和費用。它綜合了DCS，PLC及現(xiàn)場總線的技術。開放式系統(tǒng)網(wǎng)絡、開放式操作系統(tǒng)、以及開放式接口使公司范圍也即從生產(chǎn)級到管理級的整個信息系統(tǒng)集成最優(yōu)化。它采用模塊化結(jié)構，可按系統(tǒng)進行配置，具有高電磁兼容性和強的抗震性、沖擊性，具有很高的工業(yè)環(huán)境的適應性。無排風扇結(jié)構，易于實現(xiàn)維護，易于掌握等特點。當控制任務增加時可自由擴展。由于簡單適用的分散式結(jié)構和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活。

具體配置見下圖：

從上圖可以看到：該工藝控制系統(tǒng)將鈦白二期的6臺AS、2臺冗余的服務器、7 臺操作監(jiān)控站OS和鈦白一期的TELEPERMM控制系統(tǒng)、辦公樓的管理網(wǎng)絡用光纖連接起來。組成兩級環(huán)行光纖冗余以太網(wǎng)。6個AS（CPU416-3）的ProfibusDP總線上共連接40個ET200M站、72個其它廠家的DP站和42個3UF50。采用SIEMENS高速以太網(wǎng)光纖通信模塊 OSM，大大加強了網(wǎng)絡抗電磁干擾的能力，省去了采用普通雙絞線連網(wǎng)所必須考慮的防雷擊及過電壓保護的措施，使得控制系統(tǒng)安全可靠，風險系數(shù)大大降低。由于網(wǎng)絡廣泛地采取了冗余技術，使系統(tǒng)的可靠性得到了充分保證。 ［page］

該控制系統(tǒng)的特點如下：

過程控制級：

我們采用-ProfibusDP，它是在歐洲乃至全球應用最為廣泛的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。ProfibusDP是一個主站/從站（Master/Slave）總線系統(tǒng)，主站功能由控制系統(tǒng)中的主控制器來完成。

主站在完成自動化功能（調(diào)節(jié)、控制）的同時，通過循環(huán)的和非循環(huán)的報文對現(xiàn)場儀表及智能電氣設備進行全面的訪問。 PROFIBUS-DP總線的構成介質(zhì)，可以是雙絞線電纜，也可以是光纜。其最大長度可達23.6KM（公里）。而其通訊速度可達12MbpS。亦即 ET-200M站可以放在信號比較的集中現(xiàn)場，用一根雙絞線電纜，把現(xiàn)場的測量量，用數(shù)字通訊的方式送到控制器中。這樣可以省掉大量的電纜和橋架與安裝、調(diào)試工時，僅硬件線纜及接線就比傳統(tǒng)的集中控制就節(jié)省40%的費用。每條PROFIBUS-DP總線最多可接96個ET-200M站。各ET-200M站是經(jīng)PROFIBUS-DP總線串聯(lián)起來的。在每一個AS的掃描周期的開始，AS的CPU將所有的輸入信號，只用幾十個微妙的時間內(nèi)送進控制器中，并存在 RAM的PII區(qū)中。在掃描周期的末尾，又把所有的輸出信號，送到輸出模件中去。

此次AS站采用CPU416-3，它可以拓展成3條PROFIBUS-DP總線，此次我們采用2條DP總線，一條用于連接 ET200M站，采集儀控信號，此ET200M帶有帶電熱插拔特性，允許控制站中的信號模塊在系統(tǒng)運行的情況下插拔，而無需停止系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。另一條DP總線用于采集電氣信號，用于連接SIMOCODE-3UF50以及其它廠家的DP站。此次75KW以上的電機保護選用SIMOCODE- 3UF50，實現(xiàn)了電機的開關柜、繼電器柜、現(xiàn)場操作箱一體化，從而大大減少了它們互相之間的連線，帶來的好處是不言而喻的。從而實現(xiàn)電機超溫、相不平衡、超電流、卡機、斷相、停機時間的自動保護；可得到：三相電流數(shù)值、電機的實際溫度、相間的不平衡情況、斷相記錄、電機的開關狀態(tài)、電機的開停次數(shù)的統(tǒng)計、脫扣次數(shù)統(tǒng)計等參數(shù)，并且傳到上位機OS，使得電機的運行狀態(tài)變得清晰起來；

車間管理級：

采用環(huán)行光纖以太網(wǎng)，將6個AS和兩臺冗余的服務器連接到一起。整個控制系統(tǒng)的控制中心，即兩臺互為備用的服務器設置在集控室內(nèi)。集控室還設置一臺工程師站，用于系統(tǒng)控制程序的編制、調(diào)試、在線修改。服務器運行的一套軟件將完成中央管理、現(xiàn)場分散控制和通訊等所有的控制功能，所有現(xiàn)場控制軟件都在控制中心進行開發(fā)、修改、調(diào)試和下裝。冗余中心服務器與操作員站和工程師站通過冗余的以太網(wǎng)相連。PCS7系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構以模塊化計算機網(wǎng)絡為基礎，使用工業(yè)級標準的操作系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡和協(xié)議。該系統(tǒng)采用主從客戶機服務器方式。一臺專用的服務器用來為諸如操作員界面單元的多用戶服務。系統(tǒng)不采用分散式的數(shù)據(jù)庫或者將數(shù)據(jù)庫復制后存儲于操作員站的方式。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡全面支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制及圖形用戶界面等系統(tǒng)功能。應用標準的軟件和硬件，該網(wǎng)絡支持多種廣域網(wǎng)，已將可能的接點連接成為一個整體的系統(tǒng)。網(wǎng)絡協(xié)議為TCP/IP，通過系統(tǒng)應用程序

直接生成界面。該系統(tǒng)支持用全功能的圖形操作界面通過標準的撥號方式進行遠程組態(tài)和操作。該系統(tǒng)為可擴展的結(jié)構以便于將來系統(tǒng)的擴展。一方面，新增加的操作員站不需要添加另外的數(shù)據(jù)庫服務器和I/O服務器就能連入系統(tǒng)，另一方面，數(shù)據(jù)庫容量的增加也是簡便易行的，例如只需要輸入一個新的授權使用號，而不是增加另外的數(shù)據(jù)庫服務或I/O服務器。

現(xiàn)場的雷蒙磨、球磨機、閃蒸設備都是廠家供的成套設備，控制系統(tǒng)是獨立的，我們需要與之通訊，因為SIEMENS的PCS7控制系統(tǒng)具有很強的軟連接技術，使我們的工作變得簡單容易。

工廠管理級

在兩個以太網(wǎng)之間接有兩臺服務器，作為整個網(wǎng)絡的服務器，同時也是冗余的。在以太網(wǎng)2上接有七臺操作監(jiān)控站（OS），它們作為工藝控制站使用的。在以太網(wǎng)2上有一個通訊網(wǎng)關—OSM安裝在鈦白一期的控制室內(nèi)的，可通過ITP電纜與安裝在WINOS的接口卡—CP1613連接，以實現(xiàn)和鈦白一期的控制系統(tǒng)TELEPERMM通訊。在以太網(wǎng)2上還有1個網(wǎng)關–OSM安裝在辦公樓內(nèi)，提供有4臺終端組成管理網(wǎng)。其中的一臺安裝有與OSM 通訊的CP1613網(wǎng)卡。就在該計算機內(nèi)還安裝了普通的商用網(wǎng)卡。通過這個網(wǎng)卡和商用以太網(wǎng)進行通訊。這個網(wǎng)絡可擴很多監(jiān)視終端。在這個網(wǎng)絡上可建立調(diào)度網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡，可連接

INTERNET網(wǎng)，通過IE瀏覽器實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的監(jiān)視。

該控制系統(tǒng)具有很強的數(shù)據(jù)交換能力，具有與在TCP／IP網(wǎng)絡上其它相似的PLC或SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相連的接口。即該系統(tǒng)能從所在網(wǎng)絡上的其它系統(tǒng)，尤其指外網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)和向其發(fā)送控制指令。該系統(tǒng)還支持用標準的SQL查詢向下列數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)讀取和寫入數(shù)據(jù)：ACCESS、ORACLE、MICROSOFTSQL，該讀寫過程是根據(jù)事件表進行的，或者由事件或操作員請求激活。該系統(tǒng)能向微軟Excel傳遞批量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能夠向支持DDE的第三方應用程序傳遞數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)也能夠獲取。系統(tǒng)開放性強，使用OPC或ODBC技術使系統(tǒng)很容易連接到企業(yè)管理網(wǎng)，可與常見的辦公軟件進行數(shù)據(jù)交換，可大幅度地降低工程設計，維護費用。這使得與鈦白廠一期的控制系統(tǒng)和工廠管理網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換變得更加容易。［page］

工業(yè)過程監(jiān)視：

利用WINCC及監(jiān)控中心計算機組成的生產(chǎn)流程監(jiān)視，可以對生產(chǎn)過程中的壓力、溫度、流量、液位、電機的運行狀態(tài)進行顯示、報警，WINCC畫面是根據(jù)生產(chǎn)流程而畫出來的，可以使操作人員一目了然，給維護人員也帶來了方便。

1）每臺CRT的畫面可分三個區(qū)：

總貌區(qū)：在每幅畫面的上部，不管CRT處于那種畫面，它總是存在。負責顯示整個工藝的工段的劃分，報警匯總，時間，日期，畫面種類的切換等。因此無論何時，你中可看到整個工廠的報警總態(tài)；

工作區(qū)：工作區(qū)站了CRT面積的大部分。工作區(qū)用于工藝生產(chǎn)的顯示、操作、控制、分析工藝參數(shù)之用；

操作鍵區(qū)：位于CRT的底部，一般為一行。用于選擇操作種類。

2）CRT的工作區(qū)的顯示分如下種類：

工藝流程圖：流程圖的分辨率一般設為1024＊768。彩色、立體。為了高屋建瓴地通觀全局、又能細觀每個局部，每臺設備，一般將工藝流程畫面分三級或四級。第一級一般比較抽象，二、三級則比較具體。這些畫面的切換簡單、快捷，一般是只須一個動作，在一秒鐘之內(nèi)完成。

報警畫面：在工藝生產(chǎn)中發(fā)生的設備故障、儀表測量量的超限、工藝操作的錯誤、順控中的卡殼以及控制系統(tǒng)本身的自診斷故障等，這些報警一方面可在打印機中打印出來，（這樣優(yōu)點浪費紙張–—因此在一般情況下不打印）另一方面，將這些報警信息在CRT上，以畫面的形式顯示出來。每一條報警信息包括：報警內(nèi)容、發(fā)生時間、現(xiàn)在的實時狀態(tài)、報警類別等，中文顯示。

標準控制畫面：包括閉環(huán)控制、開環(huán)控制、順控、組控、棒條顯示、數(shù)碼顯示、組顯示等畫面。

歷史趨勢曲線畫面：單條、組條，單組、雙組、四組顯示等。

報表畫面：一些工藝分析畫面、報表等也可在CRT上顯示。

混合畫面：在工藝流程畫面中，隱含標準顯示畫面、標準控制畫面、歷史趨勢曲線組顯示、報警畫面等，一旦將隱含鍵打開，相應的隱含畫面—它們常被稱為窗口。這些窗口的大小在組態(tài)時就確定好了的。一方面要看得清，同時要盡量小，使得畫面清新。一般情況下，工藝人員只需在工藝流程畫面上操作。在確定的虛擬鍵點擊一下，即可打開相應的操作窗口。

如閉環(huán)控制、開環(huán)控制、順控、邏輯控制等控制畫面，也可打開顯示窗口，顯示模擬量的數(shù)字（以棒條、棒條組、餅圖、數(shù)字），開關量的狀態(tài)，各種量的歷史趨勢曲線，順控執(zhí)行中具體步驟和狀態(tài)，各種批處理過程的分析表報等進行工藝過程的操作、監(jiān)視、分析、程序修改、控制、統(tǒng)計、參數(shù)的改正等，當這些操作完成后。可以把這些窗口關掉。在這些畫面上可同時打開5個窗口。當繼續(xù)打開第6個窗口時，會自動把第一個窗口關掉。每一幅畫面可

3）命令鍵區(qū)

在CRT的工作區(qū)的底部是命令鍵區(qū)。這里可根據(jù)工作區(qū)的畫面，設計在操作時可能用到的虛擬鍵，它包括數(shù)字鍵、命令鍵、確認鍵等。

四、 結(jié)束語

新一代過程控制系統(tǒng)PCS7既繼承傳統(tǒng)的DCS功能又融入了開放的現(xiàn)場總線技術，鈦白二期現(xiàn)場系統(tǒng)各層次應用的站點之多，總線之長，實現(xiàn)實時監(jiān)控在國內(nèi)并不多見，而且與鈦白一期網(wǎng)絡TELEPERMM系統(tǒng)和工廠的管理網(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享，無縫連接。

責任編輯：gt