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1. 系统概述及项目背景
ABB IndustrialIT系统是在ABB原有控制系统基础上发展起来的最新的企业自动化解决方案。该系统融传统的DCS和PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准，尤其适合于水泥行业的应用，目前在水泥行业应用非常广泛
2001年安徽海螺集团上了2500 t/d 生产线两条，5000 t/d 生产线四条，全部采用ABB AC800F控制系统，3年来运行良好，在此良好合作的基础上2004年又大规模地上了11条5000 t/d和10000 t/d生产线，全部采用了ABB的控制系统，在2005年还将有6条5000 t/d和10000 t/d生产线采用ABB的控制系统。本文以池州2×5000 t/d 生产线项目为重点，从技术角度介绍AC800F系统在海螺的成功应用。
2. DCS系统控制网络
系统网络分为现场控制层和中央监控层两层网络。
第一层为现场控制层，ABB S800 远程I/O采用Profibus DP通信标准与AC800F控制器进行通信，通讯速率高达12MB/s，距离远达1200米，根据项目要求，有些站距离比较远，采用光纤作为传输介质；在现场采用了部分现场总线仪表，采用ProfiBus PA通信标准与AC800F控制器进行通信。
第二层为中央监控层，实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通信，采用基于TCP/IP协议的工业以太网。由于水泥行业的特点，控制器及操作员站位置分散，且距离较远，现场干扰较大，所以通信网络采用了冗余光纤环网结构。采用赫斯曼导轨安装型光纤集线器通信模件，该集线器提供双冗余供电，双路光纤接口，可以将光缆接成环形，通信模件内置冗余管理功能，当环路任何一处出现故障可以在30ms内自动切换到另外一条备用线路上，同时可以诊测到故障发生位置。
3. DCS过程控制站
3.1 DCS控制站特点描述
过程控制级包括多个ControlIT控制站，完成各种控制功能，ControlIT控制站由AC800F现场总线型控制器和下挂的S800分布式智能I/O站组成。AC800F型 控制器功能十分强大，配有运算速度高达150MIPS的32位超标量 RISC型处理器(精简指令系统CPU)Intel80960HT25/75，并配大容量内存(4M的 FlashEPROM和4～16M的RAM)及实时多任务嵌入式操作系统pSOS+，充分满足工业过程控制对实时性和可靠性的严格要求。控制器的控制周期可根据控制需要设置，最快可设为5ms。I/O模件扫描速度很高，对模拟量T<20ms,对开关量T<5ms。控制器具有基于Web技术的自诊断功能，并可通过Internet进行远方诊断。
ControlIT控制站所配置的每个 S800 I/O站可支持12个I/O卡件，I/O卡件采用光电隔离技术，模拟量I/O卡件的精度不小于0.1%(热电阻为0.05%)。AI卡件能驱动600m范围以内的二线制24VDC变送器，能直接给现场变送器供电。DO输出经继电器隔离，继电器输出接点容量为DC24V/5A。S800 I/O 采用模块化设计, DIN导轨式安装, 由于对空间及环境要求不苛刻, S800 I/O 尤其适用于安装在分散的场合, 并且对处理信号几乎没有要求, 从而现场仪表和设备信号可以直接接线到S800 I/O 站。总所周知，在水泥厂的环境非常恶劣，但这几条生产线自开车运行3年来，基本没有卡件损坏现象。
3.2 DCS控制站配置
池州项目共采用5套AC800F控制器，置于4个控制室中，原料磨控制室配1套AC800F控制站，窑头控制室有两套AC800F控制站，窑尾控制室配1套AC800F控制站，水泥磨站控制室配1套AC800F控制站。四个控制室通过冗余光纤环网连在一个网络上。
· 生料磨控制站置于生料磨控制室，采用1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
- 1个用于生料磨及废气处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，3个用于1＃线，3个用于2＃线。
- 1个用于原料调配S800远程I/O 控制，连接2个远程IO站，1个用于1＃线，1个用于2＃线，另外还做 Siemens S7300 的接口；
· 窑头控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
- 1个用于窑头/熟料入库处理S800 本地I/O控制，共计6个S800IO站，1＃与2＃线各3各IO站；
- 1个用于煤粉制备远程 S800 I/O 控制，连接5个远程IO站，3个用于1＃线，2个用于2＃线，另外连接Siemens S7300 PLC；
- 窑尾控制站置于窑尾控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了1块Profibus模件，用于窑中/窑尾/均化库底处理S800 本地I/O控制，1＃与2＃线各3各IO站。
· 水泥磨控制站置于窑头控制室中，配置了1套AC800F 控制器，该控制器上配了2块Profibus模件:
- 1个用于与Siemens S7300 接口。
- 1个用于水泥磨本地I/O，并配置了2个S800IO站。
3.3 矿山及码头部分控制系统配置
· 矿山既码头部分采用西门子S7-300 PLC，共分四个站，即石灰石破碎控制站，原料输送控制站，码头控制站和熟料输送控制站，并与DCS进行通讯。
- 石灰石破碎控制站和码头控制站的控制器选用CPU314，原料输送控制站和熟料输送控制站的控制器则选用CPU315-2DP，可以采用Profibus DP 协议与AC800F DCS系统通信；
- CP 343-5通信处理器使用Profibus FMS协议与相应的控制站CPU进行通信；
- 控制站之间通信介质选用光纤，使用一对光纤耦合器连接；
- 石灰石破碎控制站和熟料输送控制站配置触屏装置，而原料输送和码头控制站各配置1台OS站，安装WinCC监控软件；
· 另外如铜陵项目采用的PLC是AB的PLC5，PLC与DCS之间采用Modbus 标准进行通信。通讯也很方便。
4. 操作管理级
操作管理级主要包括OperateIT操作站、EngineerIT工程师站、数据网关、管理计算机及相应软件，另外还包括打印机、各种操作台等辅助设备。
工程师站EngineerIT用于系统软件组态(支持在线组态)和调试投运，它无需永久性接入系统，操作站也可兼作工程师站(需按工程师权限登录)。EngineerIT工程师站上的软件ControlBuilderF完成过程级、操作级乃至现场总线仪表的组态以及调试。
系统采用全局数据库，系统内的变量实现共享，该全局数据库完全下装到过程级，不采用服务器/客户方案，避免服务器故障造成数据交换任务瘫痪。全局数据库中任何变量更新仅输入一次即可，变量的检查也是全系统范围内进行。编程语言与图形化编程语言标准 IEC 1131-3完全兼容,根据实际控制要求可任意选用 FBD、LD、IL、SFC、ST等方式。系统具备大量标准功能块及功能子程序，如调节块具备标准、比率、步进、2位、3位等功能块供用户根据实际情况选用，功能块编程采用参数表形式，语言面向仪表工程师语言。同时系统也提供用户自定义接口根据用户要求开发专用功能块。系统具备选择部分、修改部分、全部下装功能。该软件可以离线编程，在线修改参数，被修改的参数具备自动备份功能可以恢复。该软件可以在线调试，可以单步运行、跟踪、仿真调试。
操作站的任务是生产监控，即综合监视来自过程控制级的所有信息，进行监示、报警、趋势生成、记录、打印输出及人工干预操作(发送命令、修改参数等)。操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享,互为冗余备份。
操作员站支持一系列标准预定义显示:如总貌显示、回路及各过程位号面板显示(面板也可以根据用户特殊要求实现自定义)、控制组显示、趋势显示、报警显示、过程信号记录与操作记录列表(实现各种操作的实时记录和实时打印)显示等，图形数量无软件限制，画面数据更新时间为小于1秒，可以由编程软件定义。
操作站及工程师站硬件均选用DELL的PC机，操作系统Windows2000。操作台用于放置操作管理级设备。
5. 总结
实践证明，ABB AC800F系统在海螺的十多条生产线上的运用都是很成功的。在2004年海螺的几条5000和10000t/d线也顺利地投运，并被中国仪器仪表学会评为2004年度优秀控制项目。
总部位于安徽省芜湖市的海螺集团是中国最大的水泥生产商, 也是全球第6大厂商, 2004年总产量将达到8000万吨。今年6月5日，其首条万吨线在铜陵市顺利投产，这是中国第一条，也是全球第4条万吨线。万吨线的控制系统采用了ABB公司新一代的 800 XA系统，并且是目前国内已投产的规模最大的现场总线项目，总线I/O点超过6000点。为了解项目实施细节，笔者于7月12日赴铜陵海螺生产现场采访，适逢ABB中国公司副总裁张岳鹏先生一行4人走访客户, 笔者就地采访了海螺集团自动化所所长李鑫先生与张岳鹏先生。
海螺集团2条万吨级生产线，其中右边一条已投产。
CE China：能简单介绍第一条万吨线项目控制系统的实施吗？通过项目实施，您的主要体会有哪些？
李（李鑫先生，下同）：该项目是目前世界上技术最先进、规模最大的水泥生产线，控制系统覆盖水泥生产全部工序，总I/O点有9600多点，其中模拟量1000多点。系统控制层采用Profibus DP/PA协议，现场总线I/O有6000多点，应该是目前国内已投运的最大现场总线应用项目，同时也是全球水泥行业最大的控制系统项目。除现场执行机构外，其他如MCC（马达控制中心、中压系统、现场仪表、变频器(双传动的变频器)）等采用Profibus DP/PA总线设备。
系统配置10台AC 800 M现场控制器，控制器彼此之间采用基于TCP/IP协议的以太网通讯。现场控制层与管理层（中控室）同样采用基于TCP/IP协议的以太网通讯，介质是光纤。上位机采用客户机/服务器方式。系统配置工程师站一台，操作员站3台，所有的站点通过赫斯曼以太网交换机连接到系统中。
我们后继的3条万吨线的控制系统结构都与这一条基本相同，这样加起来的I/O点将接近40000点，总线节点超过24000点，不但在水泥行业，在全球工业领域也算得上是屈指可数的项目。
项目实施后的体会非常多，首先是800XA系统的现场总线架构, 它保证了我们“中控室指导下的巡检制”思想的实现。系统优点有两点很重要，一是强大的自诊断能力，二是现场传送回来的信息量大、清晰。我们现在一个班只有10多人，而传统方式下需要100多人。至于一次性设备投资，我粗粗估算了一下，应该比传统控制系统要少，单单是大量盘柜与电缆的节省就是不小的数目。
再就是控制层上层的管理层选用产品可尽可能通用并基于标准技术, 这也是控制系统开放性给用户带来的好处，想想当年一台操作员站的更换还要去美国定货的时代，真的今非昔比了。像我们在中控室内就选用了赫斯曼的以太网交换机、MS SQL数据库、DELL工作站等，这些产品可以在市场上自由选择采购，对用户是非常方便的，价格也不高。
CE China：海螺集团在去年与ABB签订了一笔很大的采购合同，你们新建的11条生产线全部采用了ABB的 800XA控制系统，是如何考虑的？
李： 我们在这方面“走过弯路”。以前我们采购过不同公司不同类型的控制系统，有ABB的AC 450，AB的PLC，Schneider的Quantum系列，Honeywell的TDC-3000与TPS，Foxboro的IA/S，Yokogawa的Centum CS 3000, Siemens的PLC，也有浙大中控与和利时的系统，可谓是“万国博览会”。我们的工程师最多的熟悉4家公司的系统。但事实上，作为一家大型企业而言，采用单一控制系统有利于提高效率，降低培训等费用，所以，在规划11条新建生产线（4条万吨、7条5000吨）时，我们决定寻找一家可靠、实力雄厚的系统供应商。
经过仔细的考察，我们最终选择了ABB，其Industrial IT的概念符合我们的理念，在系统的上层能摆脱传统工业的概念，走完全开放的道路；系统的先进性、可靠性、标准化也非常好；中国本土的技术支持、备件的供应都让我们满意。不瞒你讲，我们现在基本实现备品备件的“零库存”。前些天，我们池州的生产线遭雷击，毁坏了一只通讯模块，ABB 中国在12小时内就从上海紧急提供备件到我们手中。
张（张岳鹏先生，下同）：我们在国内有数百万美元的备件库存；有高素质、稳定的工程与技术支持队伍，我们还在考虑将瑞典的技术支持中心的部分功能转移到中国来。还有一点，海螺集团认可ABB，也是基于对我们在中国市场发展前景的肯定及对产品代表了技术发展方向的肯定。
为了保证实施“中控室指导下的巡检制”思想, 我们与客户通力合作。800XA系统有独特的属性目标技术，再加上现场总线支持，强大的自诊断能力，与丰富的信息量，能真正提高客户的ROA（固定资产回报率）。当然，如果客户考虑在将来实施MES/ERP系统的话，那么，我们还有更大的用武之地。
CE China：现在业内各家公司纷纷走开放的道路，竞争也非常激烈，控制产品的价格不断下降，在用户得到实惠的同时，像ABB这样的公司如何应对这种局面？
张：摆脱专有系统，走开放的道路，是技术的发展趋势，也是市场的需求，我们会坚定的走下去。
李：一点没错，举个例子，像系统中的DP/PA耦合器，我们就选择P+F的，MCC是Siemens的，不少现场仪表，我们也选择了第三方的产品。我们选择自己认为性价比最好的产品。
张：除开放外，产品适合用户需求并为他们真正增值是最重要的。万吨线项目中的HMI软件，其实海螺集团可以选择iFIX、组态王等，但最终还是用的ABB产品。
另外，像ABB这样的大型公司，产品必须向上层拓展，利用自己的经验积淀与行业知识，推出其他高附加值的产品（如各种信息管理软件）。我们近来向海螺集团提供了一套专家系统，用于烧成工段，将神经元网络与模糊逻辑控制相集合，神经元网络用于自学习，而执行则是模糊逻辑控制。这就是我们的优势，在高能耗的水泥行业，有很好的发展前景。
CE China：ABB的Industrial IT概念在这套万吨线的控制系统中如何得到体现？
李：在Industrial IT概念中，我印象最深刻的是“属性目标”技术。例如，我们通过点击一只马达的图标，就可以了解它的属性与所发生的所有事件，包括配置、维护情况、机械和电气图纸、价格、所在位置等，这样我们的操作员可以广泛了解生产装置的实时信息。
张：海螺集团目前仅应用了Industrial IT概念很小的一部分，因为其刚刚投产，目前的重点还是保证平稳生产。但其已经建立了一个很好的基础平台，在将来，可以引入Industrial IT的其他功能，如故障管理、预测维护等。
CE China：在项目实施过程中，您所遇到的印象最深刻的技术困扰是什么？
李：我们自动化所有30多人，技术力量很强，我们自己承担了自动化系统的组态、编程、调试等工作。纯硬件与软件的技术问题都还不难，最棘手的是硬、软件的结合<-- adcode -->。我记忆犹新的挑战是组态过程中，主站与从站的通讯接口配置，怎么都连接不通，产品说明书根本就不可能查到这样的信息，通过ABB国内的技术支持，一直联系到瑞典的技术专家，其实最后也就是修改某一参数，就可以了，但你没经历过，这层窗户纸是怎样也捅不破的。我清楚记得那天晚上我等待专家的答复一直到12点多。
其实任何系统都不是完美无缺的，关键要有解决问题的渠道，渠道畅通及供应商的服务意识。当你遇到这样的情况时，你才能体会到供应商技术支持的重要性。停留在口头或纸面上的承诺是没有意义的，需要有真实有效的客户服务体系。
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szzunzheng 发表于 2007/9/15 17:08:25
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