一、前言

ABB AC900F DCS自動控制系統具有運行穩定、可靠、故障率低等優點，主要應用于骨料生產線過程控制，可提高骨料生產線控制系統的自動化水平。目前，骨料生產過程控制趨于大型化、集成化、連續化、復雜化方向發展，在對過程控制品質提出更高要求的同時，對經濟效益等也有一定要求，而以單一變量技術為基礎的傳統過程控制技術已無法滿足上述要求。ABBAC900FDCS自動控制系統配套先進及優化控制軟件包，可有效解決傳統過程控制中無法解決的問題，為企業帶來顯著的經濟效益。

二、系統介紹及搭建流程

骨料生產線ABBAC900FDCS自動控制系統（以下簡稱DCS系統）是ABB公司最新推出的全能綜合型開放系統。AC900F控制器版本為Freelance2019，新版本向下兼容了AC800F系列控制器。該系統集傳統DCS和PLC優點于一體，支持多種國際現場總線標準。

搭建骨料生產線DCS系統，需要提前準備機柜圖、網絡拓撲圖、Freelance2016軟件、Freelance 2019軟件、網絡通訊地址表等。

2.1 設置CPU地址

先給CPU供電，再將CPU和工程師站設置在同一網段內。設置CPU地址的方法如下：

CPU斷電→重啟CPU→長按ESC→IPAddress →通過左右上下鍵設置CPU的IP地址和子網掩碼→按兩次Save鍵進行保存（屏幕上出現“Save”說明保存完成）。

2.2 升級CPU（主站單元為PM902F）

（1）第一次升級。安裝Freelance2016版本軟件，在相應位置輸入CPU地址，加載地址。FreelanceSettings操作界面見圖1，控制器硬件更新見圖2，Profibus模塊硬件更新見圖3。

（2）第二次升級。用Freelance2019軟件進行升級，操作方法與第一次升級相同。

（3）主站單元PM904的操作。將已升級的PM902拆下，安裝到原配PM904的CPU進行操作。

2.3 DP通訊接頭安裝注意事項

（1）第一個和最后一個DP通訊接頭的撥動開關均需撥至”ON”，且DP線均為“進”。

（2）若DP通訊接頭的撥動開關不順滑，說明拆裝有問題，需重新安裝。

三、骨料生產線DCS系統軟硬件設置

3.1 DCS系統操作員站及工程師站配置

骨料生產線DCS系統操作員站由1臺配置較高的計算機、1臺大屏幕的CRT、操作員鍵盤、打印機、拷貝機等設備組成。CRT顯示器可顯示大量的常規儀表數據、工藝流程總貌、過程狀態、計算結果和歷史數據等。打印機可完成生產過程記錄報表、系統運行狀態信息、生產統計報表和報警信息等的打印。操作員站是人機交互的窗口，操作員通過操作員站可實現對現場設備的監控和實時調節，在生產控制中占據重要的地位。

骨料生產線DCS工程師站可進行數據庫的生成、生產流程畫面的產生，連續控制回路的組態和順序控制的組態等。系統組態設計的主要任務是利用DCS提供的所有控制、監視功能來設計實際的過程控制系統。

3.2 DCS系統網絡配置

骨料生產線DCS系統網絡分為現場層和控制管理層。網絡無節點限制，可以根據設計要求添加多個現場控制站和操作員站，系統運行穩定、安全、可靠、開放。

現場層是以DP通訊協議為主體，控制管理層采用標準的TCP/IP協議，實現控制器之間與操作員站及工程師站之間的通信，傳輸介質為光纖，通信速率為10/100MB。骨料生產線控制站模件總體配置見表1，骨料生產線DCS系統設備匯總見表2。骨料生產線DCS計算機柜模塊化排列見表3。

3.3 DCS系統趨勢查看功能的實現

以下重點介紹骨料生產線DCS系統趨勢查看功能實現過程中遇到的問題和解決方法，以及ModbusTCP通訊協議、ProfibusDP通訊協議、Modbus通訊協議轉ProfibusDP通訊協議。

3.3.1DCS系統趨勢查看功能的實現方式

骨料生產線DCS系統趨勢查看功能的實現有兩種方式：一是用趨勢功能塊，通過OS顯示趨勢畫面，OS數量應與TREND組態的數量相同；二是用趨勢服務器，指定工程師站或操作員站為趨勢服務器，安裝Trendserver客戶端，從趨勢服務器讀取趨勢曲線，此種方式的優點是節省系統資源。骨料生產線DCS網絡配置ID設置見圖4，骨料生產線DCS服務器組態設置見圖5，Freelance趨勢服務器選項見圖6。第二種趨勢服務器搭建方式需注意趨勢畫面中有數字但沒有曲線的問題，解決方案如下：

（1）設定系統時間（見圖7）。在線狀態→選項

→設定系統時間（保證實際時間與本地時間一致）。

（2）設置時區（見圖8）。需注意夏令時。

3.3.2ModbusTCP通訊協議

ModbusTCP通訊協議由Modicon公司推出，其基本思想是將Modbus幀嵌入TCP幀中進行傳輸，Modbus基于主站-從站/客戶機-服務器方式連接，實現設備之間的數據交換。

（1）軟件模擬：通過軟件模擬現場的從站設備（在PLC沒有通電的情況下進行），見圖9、圖10。

（2）ETH1為CPU、工程師站、操作員站端口，在與TCP端口通訊時，應特別注意，不能共用ETH1端口，應使用ETH3、ETH4端口。

3.3.3Profibus-DP通訊協議

Profibus-DP通訊協議是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，它是SIMATIC-S7/M7/C7站和現場設備（DP從站）之間進行過程數據輸入和過程數據輸出傳輸的標準化接口。它使用了物理層和數據鏈路層，這種精簡的結構保證了數據的高速傳送，特別適合現場級的自動化控制系統（可編程控制器）與現場分散的I/O設備之間的通訊。Profibus-DP與ABB交互時的注意事項見圖11~圖13。

圖11 DP通道配置

圖12 廠家通訊協議文件

3.4 骨料生產線DCS系統編程

編程主要是指應用編程語言（FBD、LD、IL、SFC、ST等）對集成化控制系統進行數字量的邏輯運算，設備啟停順序控制，以及模擬量數據采集，連續運行控制。編程作為軟件設計中最重要、最基礎的構架，關系到整個系統中的設備能否安全運行，能否按照設計要求運行，能否在無人監控的情況下穩定運行。

骨料生產線DCS系統中應用的是FBD編程語言，在設計軟件中提供大量集成的功能塊、數字量控制塊、模擬量控制塊，而且包含上位顯示的操作面板，為DCS系統操作提供便捷的同時，也使系統更加規模化、成熟化，穩定性、安全性大幅提升。在進行編程時，可以采取復制粘貼的方式，縮減軟件開發時間和編程時間，使程序更易理解。針對本DCS系統中涉及的大量不同設備，我們定義了相應的功能塊。同時，對大量的模擬量設備定義了模擬量采集功能塊和設定塊，以提高編程效率。

以普通電機塊為例，編寫骨料生產線DCS系統程序。首先，根據設計要求，編寫程序段，普通電機功能塊內部結構如圖14所示。其次，編好程序段后，為此功能塊定制操作面板，并在操作員站顯示。操作員通過點擊操作面板畫面的設備按鈕、彈窗，對設備進行啟停等操作，同時可以讀取設備的運行信息、故障信息、運行時間、速度信號、跑偏信號、連鎖關系等信息。不同的操作面板可設置不同編號，不同類型的設備可運用不同的操作面板，可避免操作員誤操作，功能塊操作面板如圖15所示。

圖14 普通電機功能塊內部程序

圖15 功能塊操作面板

04DCS系統在骨料生產線中的應用特點

4.1 利于控制管理

骨料生產線的設備安裝有傳感裝置，DCS系統能夠直接讀取現場設備的運行時間、開關機時間，從而在操作員站畫面上直觀展示設備在線作業時間，監控現場設備的運行情況，有利于通過分散控制、集中管理的方式，實現設備的快捷管理。DCS控制系統可直接將項目信息呈現在管理者的手機上，方便管理者傳達指令，提高了管理效率。

4.2 利于數據分析

在骨料生產線DCS系統中，可以觀測不同時間段的生產效能并進行產能對比，進而采取提高生產效率的措施；同時，通過DCS系統能夠檢測電機電流，形成趨勢曲線，通過觀察電流、溫度、速度曲線，優化電機運行狀態，避免電機空轉，降低生產成本。

4.3 監控更有效

通過視頻監控模塊，可以對骨料生產線廠區進行360°全方位監控，避免出現人工監管不到位的情況，有助于生產線的穩定運行和安全管理。

4.4 可實現設備故障自動報警及跳停

在骨料生產線中，幾乎對每臺設備的控制都添加了自動報警模塊。設備一旦出現異常，則會立即發出警報，并在DCS畫面上直觀顯示故障點，生成報警信息。針對報警信息，DCS系統可根據自身程序連鎖選擇執行方式。對于非緊急問題，系統僅進行報警；對于大型機械設備的電機軸承溫度、定子溫度、電機電流、運行轉速、流量、料位等信號，系統會將監測點引入中控并加入到連鎖跳停的程序邏輯中；當溫度或振動值等模擬量信號超過報警值時，DCS系統則會自動跳停主電機及相關聯的設備，避免造成設備損壞及人身安全事故。

五、結語

ABB AC900F DCS自動控制系統運行穩定、可靠、精準、高效，操作界面十分友好，程序連鎖可最大化保護設備安全和現場人員的人身安全，且具有故障診斷功能，便于系統維護。ABBAC900FDCS系統不僅提高了骨料生產線生產效率，同時也為企業帶來了可觀的經濟效益。

作者：向崢，荊語飛，張園園，魏文通

來源：《天津水泥工業設計研究院有限公司》

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