Geinus I／O总线技术及其在水泥厂的应用

3．3 Genius I／0总线技术指标
通信速率：153．6Kbit；Genius总线最长通信距离可达2．3公里；一条总线上最多可连接32台设备，包括计算机、PLC和其它设备；支持的物理介质包括双绞线和光纤；总线扫描时间独立于PLC扫描时间；对每个网站的数据吞吐量为：发送128 bytes，接收128 bytes。
4DCS系统的结构设计
4．1系统结构
根据厂规模、各工艺流程的设备、生产工艺要求及各流程总图布局和生产管理的合理性要求等多种因素，系统的结构设计成一分散控制集中管理的集散控制系统，如图3。系统分设三级，即：现场设备信号级、控制站级、中央操作站级。通过Genius网络完成系统的通信，同时整个系统可通过以太网与厂上层管理网之间通信，实现资源共享。


1#6#中央操作站分别监控石灰石破碎／原料输送与储存流程、生料制备与储存流程、窑尾流程、窑头流程、煤粉制备流程、熟料输送和储备／zK泥制备与储存饱装流程六大块工艺流程段的生产。操作站互为冗余，且其中一台兼有工程师站的功能，另配置一台报警打印机和一台生产报表打印机。设置在中央控制室内，完成系统所有的操作、监视、报警、记录、存储和报表生成等功能。
1#7#控制站分别为石灰石破碎、原料输送与储存站、生料制备与储存站、窑尾站、窑头站煤粉制备站、熟料输送和储备站、水泥制备与储存／包装站。设置在现场控制室，选用GE Fanue的90 - 30系列PLC，完成系统的数据和信息的采集、处理和控制的功能。
4．2 系统配置
Genius I／O总线需要与运行在PLC或主计算机上的控制程序交换信息，通过总线控制器(GBC)、通信模块(GCM)或总线接口单元(GBI)，实现Genius网络。
以一个控制站为例，基本配置如下：CPU模块：IC693CPU352 PLC站控制器；I／O模块： IC693MDL645、IC693MDL940，数字量输入、输出模块；IC693ALG223、IC693ALG392，模拟量输入、输出模块；总线接口模块(GBC)：IC693BEM331； Genius网络电缆：屏蔽双绞线；Genius I／O总线终端插头：IC693ACC307；
操作站的基本配置：选用高可靠性的工业控制计算机，PⅢ或PⅣ机，大于20G硬盘，大于128M内存；Genius I／O IBM PC接口卡：IC660ELB921(单通道)，PCIM卡。
4．3 软件配置
包括总线接口模块的编程、PCIM卡的编程和 Genius网络监控的编程，前者使用GE提供的Logicmaster 90软件，软件具有提供系统的通信、诊断特性，通用的用户界面和特性设置、通用的梯形图指令集、I／O组态功能和可靠的通信功能。PCIM卡含串行接口软件和PCIM管理软件，串行接口软件和PCIM管理软件之间有一个公共存储区，即共享RAM区域。Genius网络的监控由上位机人机交换界面实现，选用Wonderware公司的Intouch软件实现；支持Windwods2000或WindwosNT4．1操作系统软件运行。
5 系统功能
系统通过Genius I／O总线实现对数据的采集／处理功能、控制功能和管理功能，通过软件体系实现。
系统采集的数字量信号有电气设备的手／自动信号、运行信号、各种故障信号、电源信号和设备启／停控制信号等；模拟量信号有温度、压力、物料流量、设备的电流等。
系统设现场手动控制、中央控制室遥控和自动控制三种控制方式。现场手动控制用于在自动控制系统停机、或PLC停机、或电气设备现场维护、或现场处理紧急事故时，最具优先权。遥控控制为满足安全生产要求，单台设备的启／停，不影响其它任何设备的状态，用于单台设备运行、试车、维修等工况。系统对任何一个工艺段、任何一台设备设计了故障联锁控制，并实现流程中电气设备及控制参数之间的全自动联锁控制。如：生料均化联锁控制、原料输送联锁控制、各原料仓料位联锁控制、生料磨机系统联锁控制、生料输送联锁控制、各生料仓料位联锁控制、窑尾喂料联锁控制、烧成窑尾联锁控制、烧成窑头联锁控制、窑主电机联锁控制、冷却机联锁控制、熟料输送联锁控制、各熟料仓料位联锁控制、原煤破碎联锁控制、煤磨联锁控制、煤粉输送联锁控制、各收尘系统联锁控制等。
对生产过程设置如下主要自动控制回路，实现手段采用专家控制策略、复杂调节回路和简单调节回路等。自动控制回路有：石灰石破碎系统负荷自动控制回路、生料(熟料)配料自动控制回路、生料磨磨机负荷自动控制回路、生料均化库自动控制回路、入窑喂料量自动控制回路、五级旋风筒出口温度自动调节回路、增湿塔出口温度自动调节回路、煤磨出口温度自动调节回路、窑头罩负压自动调节回路、冷却风机风量自动调节回路等。
系统具有各种管理功能，如自动／遥控／手动切换操作、操作员登录、“权限”操作等，并有误操作保护功能；按工艺流程分画面、分系统实时显示和监视各流程的运行工况，通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工艺参数的工况等；界面友好、全中文信息，便于操作和使用；对被测参数有实时／历史趋势功能，对重要电气设备的启／停、重要操作有记录功能，报警功能、打印生产报表和历史储存等功能。
6 系统抗干扰措施
(1)系统结构设计：系统拓扑结构采用树型的总线结构，一个分支上的干扰不会影响到其它分支上。操作站和控制站的各类设备和功能板卡选用具有高抗干扰特性的工业级产品。
(2)供电电源：由于水泥厂大负荷、高压等设备较多，这类设备的启／停往往引起供电网络线路负载突变，引起的电压波动对自控系统的设备威胁很大。采用由变压器副边一个供电支路对自控系统进行单独供电，并同时在供电支路上配置在线式 UPS电源，是很有效的措施。
(3)信号线路：采用信号线不与动力线平行敷设，使信号线免于强磁场的干扰；采用屏蔽电线(缆)、结合绞合敷设的方式；对桥架式敷设的现场，应使用双绞线或几何中心重合的四芯线(缆)；对采用穿管敷设的方式，尽量避开上下水、通风及工艺金属管道。
(4)过压保护：雷电、浪涌冲击、短路等现象的干扰常常对设备造成致命的威胁，隔离措施是过压保护功能实现的有效途径，可通过安装于设备的电源、信号等线路上的各种保护器实现。如德国 OBO、英国FURSE等公司的电源防雷器、通信信号防雷器、网络保护器、数据接口保护器等。
(5)系统接地：水泥厂常采用三相四线制的配电网络，其中最常用的又是中性点直接接地，按规程同时还要进行重复接地，设专用接地极，并在电源的馈线上增加一条中性线，只要保证专用接地极电阻值不大于4Ω，就可达到一定的效果。
7 结束语
根据水泥厂具体的生产工艺要求和生产规模，选择合适的系统结构及配置，实现相应的系统功能，是一个水泥厂自动控制系统成功的关键。Geinus I／O总线技术在DCS系统中的应用，优化了自动控制系统的结构，提高了可靠性，降低了成本。根据本文提出的设计内容和思路，已成功实现多个不同生产规模的水泥厂DCS系统，证明了Genius网络具有可靠性高、操作简单、维护方便等特点。
参考文献
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