INFI-90控制系統在牡丹江水泥廠#2窯的應用
王宏 吉斌 徐上健
1 概述
    黑龍江省牡丹江水泥廠1978年自行設計的#2窯生產線配置了四級懸浮預熱器、RSP窯外分解爐和規格為φ4×60m的水泥回轉窯，原設計生產能力1680t/d熟料。但自1984年試生產以來，一直未能達產達標。自動控制系統也完全滿足不了生產管理的要求。1995年底實施技改，更換了熟料冷卻機及輸送設備；對增濕塔、預熱器等老設備做了相應改造；同時，還從國外有關公司引進了三通道噴煤管和熟料斗式提升機等設備。因此，#2窯電氣自動化系統改造，涉及到新老設備，國內和國外設備，錯綜復雜，難以協調，設計工作有相當難度。
目前大型水泥生產控制普啟遍采用分布式控制系統。為了提高#2窯的生產控制及管理水平，結合該線生產控制的具體情況和要求，在#2窯的技改中選用了北京貝利公司提供的INFI-90分布式計算機控制系統，并由我院負責完成了系統硬件配置、應用軟件組態、安裝及現場調試工作。
    INFI-90系統是一個典型的分布式控制系統，它具有分布式控制系統的基本特點，能極大地提高控制系統的可靠性。就#2窯技改前后對比，技改后該控制系統具有操作方便、控制水平高等優越性，從而保證了生產的質量和產量。
(1) #2窯技改前為常規儀表分車間控制，雖然設有窯頭和煤磨控制室，但還有許多設備不能在控制室直接啟動和調節，必須派人到機旁操作，開/停設備和調節風門都十分麻煩。現在采用操作員接口站集中管理的方法，屏幕顯示代替了儀表顯示，在工藝流程圖上實時顯示設備的狀態和參數的信息量比以前多，并能逼真地反映出生產關系，而且能彈出控制站面板，供操作員很直觀地用鍵盤開/停電器設備、調節風門、設置自動控制回路的參數等。
(2) 由于INFI-90系統提供200多種功能碼，功能齊全，組態靈活。控制方案設計綜合了水泥廠操作經驗和控制回路設計經驗，風門調節無振蕩現象，顯示精度可達1%；風門調節精度高，冷卻風機風量自動控制的精度相應提高；篦冷機出口溫度控制、篦冷機篦速等自動控制回路的運行也十分滿意，加計算機的顯示功能和管理功能，使系統整體控制水平得到了提高。
(3) 時間短，見效快，效益好。該系統從設計、訂貨、編程、安裝、調試到投運總共耗時8個月，為燒成系統迅速達標達產創造了有利條件。
(4) 系統投運一年來的生產實踐證明，該系統控制功能齊全，軟件運行可靠，能滿足生產控制要求，該系統的投運使牡丹江水泥廠自動化達到了一個新水平，對穩定生產控制、降低能耗、提高運轉率起著積極的作用。并為該廠#2窯達產、達標奠定了良好的基礎。
下面就該系統的硬件配置及軟件組態作簡要介紹。

2 系統的硬件配置和功能
    根據#2窯的技改范圍和控制要求，INFI-90系數設置窯尾和窯頭兩個現場控制站，一個中央管理站，見圖1，現分別介紹各部分的硬件及功能。

2.1 現場控制站
    現場控制站主要配置有INFI-90系統的過程控制單元PCU及其它電器柜、控制裝置、繼電器柜等。PCU是執行過程控制和數據采集功能的獨立整體，它由一個模件端子混合柜和兩個端子柜組成。在PCU中，主要配置有多功能處理器MFP02、模擬主模件AMM03、輸入輸出I/O子模件、系統電源模件PAS02、通訊接口模件及其它支持設備。
2.1.1 過程控制單元PCU的主要配置及功能
(1) 多功能處理器MFP02是INFI-90系統適應過程控制的核心部分，它是處理過程控制、順序控制及批處理控制的高性能控制器。為了提高可靠性，MFP02設一對一冗余配置，當PCU上電后，其中一個MFP02為主模件，另一個為副模件。主模件一方面技持系統的工作，另一方面不斷把數據庫的信息傳遞給副模件，副模件處于熱備狀態。在主模件發生故障時，主模件將自動無擾動切換到副模件上，副模件支持系統正常工作。在多功能處理器的ROM中固化了200多種功能碼，可供選擇組態各種控制策略。MFP02按照設計組態通過子總線對I/O子模件進行掃描，從子模件獲得信息并進行數據處理，或MFP02按照設計組態向子模件輸出控制信號去完成順序及過程控制。
(2) 模擬主模件AMM03本身不具有控制功能，它是熱電阻、熱電偶、毫伏信號的數據采集模件。模似主模件與相應的子模件可構成各種通道，完成A/D轉換，其分辨率16位、線性化15位及熱電偶遠距離冷端溫度補償。AMM03將采集到的信息傳送給MFP02，由其完成控制。AMM03也是一對一冗余配置。
(3) 多功能處理器MFP02支持的輸入輸出子模件是對過程控制單元通過端子單元與現場設備直接相連的唯一通道。該系統配置了控制I/O子模件CIS02，模以輸入子模FBS01，數據輸出子模件DSO04，熱電阻輸入子模件SAM03，數字輸入子模件DSI01，熱電偶輸入子模件ASM03，數字輸入子模件DSI01，熱電偶輸入子模件ASM02。模擬輸入子模件FBS01自具有微處理器，是智能化通道。控制I/O子模件輸出可設置隱含值，確保在MFP02都發生故障時，現場設備仍在安全狀態下正常運行。
(4) 系統電源模件PAS02支持PCU模件的運行。它分散插入模件混合柜安裝單元上，輸入交流電源，輸出為平均承擔機內各種電壓等的電源，并配置N+1冗余，提高電源可靠性并能在線更換電源模件。
(5) 通信接口模件。INFI-90系統通訊分成環形網絡和總線網絡兩種結構，這里所述的通信接口模件是指過程控制單元上環的通信模件。通訊接口模件由存儲總線信息的網絡處理模件NPM01及網絡接口模件NIS01所組成，形構INFI一環，應用存儲轉發式通訊協議，通訊速率為10M。此外，模件總線應用自由競爭通訊協議，通訊速率為0.83K；子總線應用并行通訊協議，通訊速率為0.5K。
(6) 端子柜CAB02主要安裝端子單元，包括主模件、子模件、通訊模件所對應的端子單元。端子單元通過電纜與對應的子模件連接，構成完整的過程控制單元，并提供與現場設備或電器柜的接口端子。
2.1.2 其他配置及功能
    電器MCC柜是GCK型，它是模數化的抽屜式開關柜，其配電回路配置了完善的短路保護和過負荷保護裝置。當電氣設備出現短路或過負荷時，能夠得到有效地保護。應用柜內一些輔助接點，將控制設備MCC的準備好信號（NCR）、設備運行信號（MR）及現場準備好信號（LR）輸入計算機，這些信號作為生產設備順序控制組態的基本信息，并在屏幕上顯示。它與系統的接口見圖3。電器柜面板上一般設置有電壓和電流顯示及中央/現場操作轉換開關。

    繼電器柜內安裝有直流電源裝置和直流繼電器。電源裝置為數字輸入（DI）和繼電器提供24VDC工作電源，繼電器作為計算機數據輸出（DO）的隔離裝置并直接驅動電動閥門、風門等現場設備。
    生料計量沖擊板流量計系統及分解爐和窯頭的煤粉喂料失重秤系統分別通過RS-422，RS-485通訊接口與窯尾PCU和窯頭PCU連接，組態到操作畫面上，在操作員接口站控制和管理。
2.2 中央管理站
    中央管理站主要配置有2臺OIS11和1臺OIC11操作員接口站；1臺EWS01工程師工作站。
(1) 操作員接口站包括CRT顯示器、報警板、操作鍵盤、2臺報表打印機PRT02，并配置了SLDG記錄數據軟件包，可進行組態，編輯有關圖形顯示、標簽、趨勢、記錄以及輔助組態。操作員接口站為操作員提供了一個有效的窗口來觀察、操作、管理過程和系統，它從過程控制單元獲得生產過程的各種參數，進行操作，完成生產控制任務。
(2) EWS01 工程師工作站硬件配置了主機、監視器、標準鍵盤、鼠標器和打印機HPCJ；軟件配置了SCAD和SLDG專用軟件，可在在線或離線狀態下組態控制策略，是工程師繪制工藝流程圖、組態控制策略的工具。通過工程師工作站把組態軟件下裝到多功能處理器（MFP）中，對系統進行監視和調試。
    此外，原系統中，配置有NOVELL INTERFACE接口，采用TCP/IP協議，連接上位計算機，以便于廠長進行生產管理，目前，上位計算機尚未配置。