重慶拉法基水泥有限公司成立于2003年6月5日，是由拉法基中國海外控股有限公司與重慶水泥廠共同出資創(chuàng)辦的中法合資企業(yè)。為滿足重慶市場對高品質(zhì)水泥需求的快速增長， 法國拉法基集團于2004年1月8日投入巨資建設(shè)重慶拉法基水泥有限公司2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線。
該工程由天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院對實施總包。生產(chǎn)線采用了施耐德電氣公司的最新高端Unity Quantum 過程控制平臺。
系統(tǒng)背景：
原有重慶水泥廠擁有一條2000t/d的水泥生產(chǎn)線，控制系統(tǒng)采用的是貝利公司的INFI 90 系統(tǒng)。通訊協(xié)議采用封閉的INFI NET 協(xié)議，整個系統(tǒng)由4套OIS 11操作站，5套PCU現(xiàn)場站組成。
新建的水泥生產(chǎn)線在控制上要求能夠和一線進行通訊，實現(xiàn)公用設(shè)備的聯(lián)鎖及控制。
控制范圍：
原料粉磨系統(tǒng)
燒成系統(tǒng)
煤粉制備系統(tǒng)
熟料和水泥粉磨系統(tǒng)
水泥儲存及汽車散裝系統(tǒng)
整個系統(tǒng)I/O點數(shù)多達5350點，和上位機通訊的標(biāo)簽多達55692點。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
LEVEL3
LEVEL2
LEVEL1
系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)。
LEVEL1為現(xiàn)場I/O層，I/O模塊采用施耐德電氣公司的Advantys產(chǎn)品，其開關(guān)量I/O模塊為6通道，模擬量I/O模塊為2通道，島鏈結(jié)構(gòu)分布在各個電力室，每個島現(xiàn)場組態(tài)。該產(chǎn)品經(jīng)濟實用，體積很小，整個調(diào)試及生產(chǎn)過程未出現(xiàn)I/O通道損壞的模塊。
LEVEL2為控制層，各個控制器采用帶以太網(wǎng)通訊口的Unity Quantum處理器，集中布置在中央控制室內(nèi)，處理器型號分為140CPU65150和140CPU65160兩種。Unity Quantum CPU是施耐德公司新推出的處理器，其處理能力和速度以及集成功能在原來的Quantum處理器的基礎(chǔ)上有了很大的提高。Advantys島鏈以MB+通訊協(xié)議， 采用光纖為媒介和Unity Quantum處理器進行通訊。 編程時所有I/O輸出信號采用PEER COOP的方式進行通訊，輸入信號采用編程指令的方式進行通訊，兩種不同的通訊方式的混合使用提高了通訊效率。 由于系統(tǒng)和上位機通訊點數(shù)多達55692點，為了提高通訊效率，系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)模塊的方式和上位機通訊，雙140NOE77101以太網(wǎng)同時工作，共同分擔(dān)大量的數(shù)據(jù)通訊。
LEVEL3為管理監(jiān)控層，包括一個工程師站，兩臺服務(wù)器和五個操作站。工程師站進行上下位軟件編程及調(diào)試，兩臺服務(wù)器互為熱備用，原料磨操作站、窯系統(tǒng)操作站、煤磨操作站、水泥粉磨操作站其中安放在中控室，散裝操作站安放在散裝車間控制室內(nèi)，其通訊介質(zhì)為光纖。另外工廠的質(zhì)量分析及自動配料系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入到整個自動化系統(tǒng)中來，構(gòu)成一個大的過程控制系統(tǒng)。
LEVEL2和LEVEL3之間采用Modbus TCP/IP Ethernet 通訊協(xié)議，用1000M的交換機構(gòu)成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在LEVEL2和LEVEL3層之間打造數(shù)據(jù)高速公路，實現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)通訊。
為了實現(xiàn)1#生產(chǎn)線設(shè)備和2#生產(chǎn)線設(shè)備的連鎖和2#線對1#線設(shè)備的控制，系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的交換。拓撲結(jié)構(gòu)如下：
軟件工具：
LEVEL2層的編程工具：Unity Pro。Unity Pro是施耐德電氣巨資開發(fā)的針對Atrium、Premium、Quantum自動化平臺的通用的編程工具，支持5種標(biāo)準(zhǔn)的 IEC 61131-3 編程語言以及面向 C++ 的開放，Unity Pro輕松跨越工廠控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、生產(chǎn)、維護。
可以直接通過工藝視圖訪問應(yīng)用模塊，然后用戶可以直接訪問過程子集的控制管理。
附加的用戶目錄和指向應(yīng)用瀏覽器的超文本鏈接便于用戶訪問在線文檔，獲得有關(guān)PLC應(yīng)用的更多信息。
集成應(yīng)用診斷：顯示記錄在PLC診斷存儲器中的報警信息，幫助用戶在程序邏輯中找到產(chǎn)生錯誤的原因。
LEVEL3層的編程工具采用IFIX。IFIX 作為整個工廠控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，通過OPC和Unity Quantum處理器和質(zhì)量控制系統(tǒng)通訊。
動態(tài)畫面制作。
服務(wù)器客戶機結(jié)構(gòu)。
支持服務(wù)器的冗余配置。
另外，系統(tǒng)采用了施耐德電氣公司開發(fā)的Unity Pro 的插件軟件UAG。UAG （Unity Application Generator）是一個專家軟件，遵循ISA S88標(biāo)準(zhǔn)，對于過程類型的應(yīng)用UAG提供單一的數(shù)據(jù)庫，同時可以生成PLC代碼（Unity Pro或Concept），以及HMI 監(jiān)控系統(tǒng)（Monitor Pro V7.2或者第三方監(jiān)控系統(tǒng)）所需要的所有元素。
在這個項目中，還采用了施耐德電氣公司根據(jù)拉法基U21的技術(shù)要求而開發(fā)的專用功能快庫。
SSB//SSDB 順序起動功能塊
M1B//M2B//MAB//DAB//AAB//BPB 各種馬達控制功能塊
AIB//AOB//DIB 輸入輸出專用控制功能塊
PIDB PID調(diào)節(jié)專用功能塊
編程前，必須將制定如上圖所示的分組表，其內(nèi)容為：組號﹑組名﹑車間號﹑數(shù)據(jù)庫名以及設(shè)備代號﹑功能塊號以及設(shè)備名稱等，運行UAG軟件，先按組生成下位軟件，每組自動形成一個樹支，樹支內(nèi)每個設(shè)備功能塊和管腳標(biāo)簽自動生成，所有的標(biāo)簽在數(shù)據(jù)庫中自動排列并自動分配地址，標(biāo)簽庫上下位共用，編程人員只要做好設(shè)備之間的聯(lián)鎖及保護工作就完成了下位軟件的編程工作。
下位軟件生成之后，打開IFIX軟件，再運行UAG就可生成HMI即上位監(jiān)控軟件。UAG調(diào)用如上圖的分組表，每組自動形成一個樹支，樹支內(nèi)每個設(shè)備狀態(tài)圖素，如電機狀態(tài)﹑閥門狀態(tài)﹑組開組停按鈕以及模擬量的輸入顯示及模擬量的輸出給定以及PID調(diào)節(jié)按鈕等均自動生成。編程人員只要按工藝流程圖完成靜態(tài)流程圖的制作后，將每個樹支內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)圖素移至靜態(tài)流程圖中相應(yīng)的位置即就完成了整個上位軟件的編制工作。
施耐德電氣公司的UAG專家軟件能自動生成上下位軟件，并生成了上下位能共享的一個數(shù)據(jù)庫，這大大減輕了以前由于使用第三方軟件而帶來的巨大的標(biāo)簽庫的手動輸入工作量。另外，數(shù)據(jù)庫內(nèi)標(biāo)簽地址分配不會出現(xiàn)重復(fù)，大大減少了以前程序調(diào)試時因標(biāo)簽或地址重復(fù)而帶來的種種問題。UAG專家軟件是一個理想的編程工具。
結(jié)束語：
為滿足用戶的要求，自動化系統(tǒng)的體系架構(gòu)越來越多地側(cè)重于分布式的結(jié)構(gòu)，并且其功能也可以和集中式系統(tǒng)相媲美。重慶拉法基工廠的自動化控制系統(tǒng)開創(chuàng)性地使用了Advantys STB分布式I/O系統(tǒng)采用開放式的模塊化輸入/輸出系統(tǒng)，實現(xiàn)通過總線或者通訊網(wǎng)絡(luò)使用主控制器管理自動化島的設(shè)計方案，并取得了成功。拉法基重慶水泥有限公司2#水泥生產(chǎn)線在天津院和施耐德電氣公司的共同努力下，于2005年7月份順利點火并按合同要求通過了各項指標(biāo)的考核。
