[00111522]Profibus总线型EA及仪表在新型水泥生产控制中的应用研究

一、任务来源：　　Profibus总线型EA及仪表在新型水泥生产控制中的应用研究是中材建设有限公司自选课题。　　二、技术原理及应用领域：　　一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构。基于现代计算机网络的INTENNET，TCP/IP Bckbone管理系统位于工厂自动化系统中的最上层，即工厂级。基于总线Profibus-FMS控制系统位于工厂自动化系统中的中层，即车间级。基于现场总线Profibus-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级。现场总线Profibus是面向现场级与车间级的数字化通信网，在Profibus过程现场总线中Profibus-FMS是总线报文规范，Profibus-DP为现场设备总线协议，Profibus-PA是Profibus-DP向现场的延伸，所不同的是它在物理层采用了IEC1158-2传输技术，使测量变送器和执行机构也能够在易爆危险区域远距离地同中央自控仪表/系统通信，且可通过现场总线馈电。故Profibus-PA就是用于工程自动化的Profibus。Profibus-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有本质安全规范。目前在世界上及的我国新型干法水泥生产线中广泛使用。　　在水泥行业生产过程中，原来的电动执行机构和现场的仪表使用的通常是4～20mA的信号及现场控制箱控制电动执行机构的起停，主要存在以下问题：　　1、传统的电机执行机构现场要加本地控制按钮箱，增加制造成本；　　2、初期设计的时候要整理不同控制类型的电动执行图纸，整加设计的成本；　　3、将来现场调试人员的需求多。增加调试成本；　　4、现在使用的总线技术的电机执行机构现场不需要加控制箱，降低了建设成本，也减小了设备的占地面积，其维护成本也有大幅度的降低。　　目前，现场设备使用Profibus-DP总线技术及现场使用Profibus-PA总线技术智能仪表已经在其它行业有了应用，但水泥行业应用的还少中，现场设备使用Profibus-DP总线技术及现场使用Profibus-PA总线技术智能仪表，提高了设备的运行的稳定性，可靠性。　　我们根据多年水泥行业经验，并经过与多家电气供货厂家磋商，选择了天津仪表七厂的使用Profibus-DP电动执行机构及SIEMENS的PA型的智能仪表在窑头、窑尾、原料磨大量的使用作为行业创新的亮点。　　三、技术方案：　　电动执行机构使用Profibus-DP总线技术在厄瓜多尔水泥厂的自动控制系统PCS中的应用。　　电动执行器使用现场总线Profibus-DP技术与普通电动执行器相比，具有较大的优势。带通信协议的总线电动执行器需要使用的辅助设备少，无需任何隔离、转换和输入输出模块，同时减少大量信号电缆、电缆配件及相应的安装和检修工作。现场总线电动执行器具有双向通讯功能，操作人员可只在控制室中对现场进行标定、参数设置、功能组态及在线监测、故障分析、操作维护。由于现场总线电动执行器带有微处理器，可实现远程编程、操作及设备的在线检测和诊断，同时对于运行人员无法判断的故障，设备厂家还可通过通讯接口进行远程诊断。　　1)在电动执行器应用原料磨的工艺阀门、窑尾及窑尾喂料、窑头的篦冷机系统、水泥磨的工艺阀门较多的且多为顺序控制、联锁或单参数调节，可考虑采用现场总线Profibus-DP技术实现现场和PCS自动化控制系统之间的通信。　　2)电动执行器使用的现场总线的通信协议必须与控制系统的通信协议相匹配，这是实现局部现场总线控制系统的基本条件。可根据主控制系统的类型来确定电动执行器的通信类型，如果控制器完成较为简单的控制功能，则可根据性价比同时选择控制器和电动执行器的通信类型。　　3)电动执行器现场总线物理地址的设定必须与控制器中的地址相对应，以防止产生作为被控对象的不同电动执行器的误动和拒动，造成安全生产的严重事故。　　四、与国内外同类技术的比较：　　目前国际上现代化程度高的水泥厂在水泥生产线控制系统中上大多采用总线型的电动执行器和现场仪表。技术先进，已经实现了工厂自动化。国内山济南大学自动化研究所介绍了PA总线仪表在水泥生产中的应用。成都建筑材料工业设计研究院有限公司利用PCS7在UCC日产万吨熟料水泥生产线自动化控制系统中进行了应用，通讯协议均为Profibus。河南科技大学电子信息与工程学院和浙江常山水泥有限公司针对水泥生产中微机自动配料控制的信号传输问题，提出一种基于无线数字传输网络的水泥配料控制系统。河南农业职业学院电子信息工程系设计了水泥生产线中央监控系统，通过运行该软件，可以对生产状态进行实时的监控，实现在线故障诊断。中国联合水泥有限责任公司南阳分公司在水泥厂应用的施耐德DCS控制系统。天津水泥股份有限公司水泥分公司介绍了执行器应用中模拟量信号和数字量信号之间的转化。东北大学信息科学与工程学院充分发挥了现场总线技术及DCS技术两者优势，以系统集成为手段，给出一套基于Profibus现场总线协议的旋窑水泥生产线的集散控制系统(DCS)，实现了对水泥生产的集中管理和分散控制。天津大学研究的水泥回转窑生产过程控制系统可实现水泥回转窑生产过程的监控、进行PID参数的调整，并可对各工艺、电气参数的实时趋势及历史趋势进行观察、打印，自动生成生产报表等并打印，还具有对工艺及电气故障进行实时报警的功能。　　五、关键技术及创新点：　　1、将水泥窑窑头、窑尾、原料磨的40余台EA及60余台温度、压力仪表经Profibus与控制系统网络通信，可实现网上标定，参数设定，功能组态及在线监测、故障分析、操作维护；　　2、减少了信号变送环节及信号电缆，同时由于是变模拟信号传送为数字信号通信，提高了精度；　　3、提高了控制的实时性。　　六、存在的问题与不足：　　1、电动执行机构proibus-DP在信号传输距离上使得应用中受到一定的限制。　　2、PA仪表在应用的过程中距离受到一定的限制。这样就不能使全厂的设备都完全使用上这种技术。但是随着科技技术的发展，这种技术一定会在整个自动化领域得到广泛的应用。