[Zusammenfassung]: Zur Stabilisierung der Zementproduktionsqualität und Verbesserung der Produktionseffizienz wurde für ein neues Trockenverfahren-Zementwerk mit einer Kapazität von 2500 t/d ein automatisches Steuerungssystem auf Basis der Siemens CEMAT-Software entwickelt. Die Betriebsergebnisse zeigen, dass die CEMAT-Software stabil und störungsresistent ist und sich einfach bedienen und warten lässt. Dadurch wird der Arbeitsaufwand für die Bediener deutlich reduziert und ein zuverlässiger Produktionsablauf im Zementwerk gewährleistet. Das System ist daher für eine breite Anwendung geeignet. Das Zementwerk Liwanbusen in Guang'an, Provinz Sichuan, ist ein modernes Trockenverfahren-Zementwerk mit einer Kapazität von 2500 t/d. Sein grundlegendes automatisiertes Steuerungssystem deckt die gesamte Produktionslinie ab – von der Rohmaterialzerkleinerung über die Rohmehlvermahlung, das Ofenkopf- und Ofenausgangssystem, die Zementmühle bis hin zur Verpackung. Das Steuerungssystem basiert auf dem Siemens PCS7-System und verwendet die branchenspezifische Siemens-Software CEMAT. 1 Systemstruktur: Das Siemens PCS7-Prozessleitsystem ist ein neues, vollintegriertes Steuerungssystem mit DCS, Bus-I/O und SPS. Es zeichnet sich durch verteilte Steuerung, zentrales Management, einfache Installation, niedrige Kosten und intelligentes Wartungsmanagement aus. Das CEMAT-Softwarepaket ist ein von Siemens speziell für die Zementindustrie entwickeltes Zementsteuerungssystem. Es handelt sich um eine integrierte Standardsoftware mit mehreren Funktionsbausteinen, die speziell für die Prozessoptimierung in Zementwerken konzipiert wurden. Es verfügt über eine einfache Benutzeroberfläche und kann ohne zusätzliche Expertensysteme konfiguriert und parametriert werden. Dieses Softwarepaket ist in das PCS7-System integriert und erweitert es um Funktionsbausteine ​​für Engineering-Operationen, Fehlerdiagnose und Verriegelung, die spezifisch für Zementprojekte sind. Es bietet eine einzigartige, offene Schnittstelle und eine wirtschaftliche Lösung. Seit 1971 wird das CEMAT-Softwarepaket weltweit erfolgreich in 438 Systemen eingesetzt. Es zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: komfortable Fehlerdiagnose in Zementwerken; komfortable Softwareverriegelung; flexible und komfortable Bedienung; reduzierte Ausfallzeiten; und spezielle Anweisungen für die Zementindustrie. 2. Zusammensetzung des Steuerungssystems Dieses automatische Steuerungssystem verwendet ein dreistufiges Steuerungsnetzwerk, bestehend aus einem Steuernetzwerk, einem Überwachungsnetzwerk und einem Feldbus. Die Hardwarekonfiguration und Netzwerkstruktur des Systems sind in der folgenden Abbildung dargestellt: 2.1 Steuerungsnetzwerk. Das Steuerungsnetzwerk verwendet industrietaugliche Switches und ein redundantes Ringnetzwerk aus Glasfasern mit einer Kommunikationsrate von 100 Mbit/s. Fünf Switches sind entsprechend der Verteilung der Steuerstationen konfiguriert. Die Ausstattung umfasst: eine Engineering-Station (ausgestattet mit einem A3-Tintenstrahldrucker), zwei redundante Datenbankserver, zwei A3-Lasernetzwerkdrucker und fünf Steuerstationen. Die redundanten Server dienen der Aufzeichnung historischer Daten, der Leistungsberechnung, der Berichterstellung, der Serviceobjektmodellierung (SOE) und der Störungsverfolgung und stellen Datenbankdienste für die Bedienerstationen und Host-Rechner bereit. Die beiden redundanten Server sind mit zwei Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) ausgestattet: einer dedizierten Siemens-Kommunikations-NIC 1613 und einer universellen NIC, die für die Kommunikation mit den Steuerstationen bzw. den Bedienerstationen verwendet werden. Die fünf Steuerstationen verwenden AS416-2-SPSen als Hauptsteuerstationen, nämlich die SPS für die Rohmaterialmühle, die SPS für den Ofenkopf, die SPS für das Ofenende, die SPS für die Zementmühle und die SPS für die Verpackung. Die Steuerstation AS416-2 integriert ein CPU416-2-Modul, ein CP443-1-Ethernet-Kommunikationsmodul, ein PS407-Netzteilmodul und ein 9-Steckplatz-Rack. Sie ermöglicht Systemsteuerungsfunktionen wie die Überwachung des Betriebszustands von Feldgeräten, Datenerfassung und -verarbeitung, automatische Regelung und die Schaltsteuerung elektrischer Geräte. Abbildung 1: Konfigurationsdiagramm des DCS-Steuerungssystems. 2.2 Überwachungsnetzwerk: Redundante Server und fünf Bedienerstationen (HMIs) bilden ein Überwachungsnetzwerk mit zwei Switches. Vier Bedienerstationen befinden sich im zentralen Kontrollraum, eine im Kontrollraum der Verpackungswerkstatt. Alle Bedienerstationen sind identisch konfiguriert und arbeiten nach dem Client/Server-Modell (C/S). Die HMIs ermöglichen die Bedienung von Gruppen und einzelnen Geräten, die Anzeige dynamischer Messdaten, Alarme, Ereignisprotokollierung und die Beobachtung historischer Trends. Für alle gesteuerten Objekte stehen Bedienfelder zur Verfügung, über die Benutzer Regelkreise bedienen und diagnostizieren können. Alle Informationen zum jeweiligen Messort werden angezeigt, wodurch Fehlbedienungen verhindert werden. 2.3 Feldbus-Steuerstation: Das Feldsteuerungsnetzwerk besteht aus AS416-2-Steuerstationen und ET200M-Fern-E/A-Systemen. Die Kommunikation erfolgt über das Profibus-DP-Protokoll mit einer Datenrate von 1,5 Mbit/s. Da die Kabellänge zwischen der Rohmaterialbrechstation und dem Elektroraum der Rohmaterialmühle ca. 500 Meter beträgt, werden zur Gewährleistung der Kommunikationsgeschwindigkeit zwei OLMs (Optical Fiber Link Modules) zwischen Brechstation und Hauptstation der Rohmaterialmühle eingesetzt. Die Verbindung erfolgt über Glasfaser für die Profibus-DP-Kommunikation. 3. Einführung in die Funktionen des Steuerungssystems: Die PCS7-Systemsoftware verwendet den SIMATIC Program Manager, mit dem Projekte verwaltet, verarbeitet, archiviert und Dateien erstellt werden können. Für die Projektverwaltung stehen drei verschiedene Ansichten zur Verfügung: Anlagenansicht, Komponentenansicht und Prozessobjektansicht. Diese können gleichzeitig verwaltet werden. Die Komponentenansicht verwaltet hauptsächlich die Systemhardware, wie z. B. Steuerungen, Systembusse und E/A-Systeme. Die Anlagenansicht verwaltet hauptsächlich den technologischen Prozess, indem sie die gesamte Anlage gemäß den Prozessanforderungen in Teilsysteme unterteilt und jedes Teilsystem einer Steuerung zuordnet. Die Prozessobjektansicht dient der Verwaltung der Parameter aller gesteuerten Objekte. Im SIMATIC Program Manager stehen verschiedene Konfigurationswerkzeuge zur Verfügung. Unabhängig vom verwendeten Werkzeug werden die generierten Konfigurationsdaten automatisch in einer zentralen Datenbank gespeichert. Zu den Konfigurationswerkzeugen gehören: CFC (Continuous Function Chart), SFC (Sequential Function Chart), STEP7, SCL (Structured Control Language) und WinCC (SIMATIC Windows Control Center). CFC ist ein einfaches grafisches Konfigurationswerkzeug, das hauptsächlich zur Konfiguration automatisierter Steuerungsaufgaben kontinuierlicher Prozesse dient und das zentrale Programmierwerkzeug des Systems darstellt. Die CFC-Konfiguration basiert auf Funktionsbausteinen, und das System ist mit zahlreichen vorprogrammierten Funktionsbausteinen ausgestattet. Diese Funktionsbausteine ​​sind in Form von Bibliotheken dargestellt. Jeder Funktionsbaustein verfügt über eine Parametertabelle, und je nach Prozessanforderungen können unterschiedliche Parameter ausgewählt werden. Jedes CFC besteht aus mehreren Partitionen (die beliebig eingefügt und mit den Buchstaben A, Z und F angeordnet werden können), wobei jede Partition aus sechs Seiten besteht. Verbindungen zwischen Funktionsblöcken können auf derselben oder verschiedenen Seiten derselben oder verschiedener Partitionen innerhalb desselben oder verschiedener CFCs hergestellt werden, wobei die Verbindungsmarkierungen automatisch vom System gesetzt werden. Daher eignen sich CFCs zur Durchführung sehr komplexer, umfangreicher Steuerungsaufgaben. Darüber hinaus verfügen CFCs über eine Diagramm-zu-Diagramm-Funktion, die die Konfiguration ähnlicher Steuerungsfunktionen (oder -schemata) in Vorlagen-CFC-Diagrammen ermöglicht. Bei nachfolgenden Konfigurationen können Vorlagen-CFC-Diagramme mehrfach in andere CFC-Diagramme eingefügt und Verbindungen direkt zu den Vorlagendiagrammen hergestellt werden, wodurch erheblich Konfigurationszeit gespart wird. Neben der herkömmlichen Motorsteuerung und der Überwachung von Instrumentensignalen stellt die grundlegende Automatisierungssteuerung in der Zementindustrie auch spezielle Anforderungen, wie z. B. die Gruppensteuerung von Anlagen (einschließlich Gruppenstart, Gruppenpause und Gruppenstopp) und die Steuerung von Zweiwegeventilen. Unterschiedliche Methoden erfordern unterschiedliche Start- und Stoppanforderungen für dieselbe Anlage. Die CEMAT-Software bietet mehrere speziell für die Zementtechnik entwickelte Funktionsblöcke, mit denen sich verschiedene Funktionen einfach implementieren lassen. Benutzer können die entsprechenden Pins entsprechend den Steuerungsanforderungen verbinden, um die gewünschte Steuerung zu realisieren. Für jeden Funktionsbaustein steht eine Online-Hilfe zur Verfügung. Im Folgenden werden die Funktionen und Anwendungsbereiche häufig verwendeter Funktionsbausteine ​​beschrieben: 1) Gruppenfunktionsbaustein: Als Alleinstellungsmerkmal von CEMAT ermöglicht der Gruppenfunktionsbaustein den sequenziellen Anlauf von Förderanlagen in Gruppen. Er ermöglicht den einfachen Gruppenanlauf, den Einzelschritt-Gruppenanlauf (Anlauf einer einzelnen Maschine innerhalb der Gruppe), die Gruppenpause, den Gruppenstopp sowie die gruppenübergreifende Start-/Stopp-Verriegelung. Die Programmierung ist unkompliziert und der Betrieb zuverlässig bei der sequenziellen Steuerung von Förderanlagen oder Walzwerken. 2) Dämpferfunktionsbaustein: Dieser kann zur Steuerung von Absperrventilen, Regelventilen und bidirektionalen Motoren mit analogen und digitalen Steuerausgängen verwendet werden. Häufig verwendet zur Steuerung von Lüftereinlassventilen, Zweiwegeventilen usw. 3) Anwendung des Funktionsbausteins ROUTE: Hauptsächlich zur Auswahl sequenzieller Steuerungspfade, z. B. Rohmaterialzufuhr zum Ofen/Umlenkung, Klinkerzufuhr zum Silo usw. 4) Anwendung des Funktionsbausteins Unidirektionaler Antrieb: Wird zur manuellen/automatischen Steuerung von Unidirektionalmotoren mit externer Drehzahl- und Stromüberwachung verwendet. Anwendbar zur Steuerung verschiedener Motorgeräte, z. B. Bandmotoren (mit Drehzahlüberwachung und Verriegelung) und Brechermotoren (mit konfigurierbarer Motorstromüberwachung und Verriegelung). 5) Anwendung des Funktionsbausteins Messwert: Analogsignalüberwachung. Dieser Funktionsbaustein wird häufig in Verbindung mit dem CH_AI-Baustein verwendet und ermöglicht die Online-Änderung des Bereichs des analogen Eingangssignals. 6) Beispiel für die Anwendung von Funktionsbausteinen: Im folgenden Programm für eine Rohmaterialzufuhrgruppe werden die Funktionsbausteine ​​Gruppe, Route, Dreiwegeventil und Einphasenmotor (Entstaubungslüfter, Förderband) verwendet. Die gesamte Programmstruktur ist übersichtlich und die Fehlersuche einfach. 3. Fazit: Durch den Einsatz der Siemens CEMAT-Software sparte dieses System den Entwicklern erheblich Programmierzeit und sicherte so den Fortschritt der Gesamtentwicklung. Die Betriebsergebnisse zeigen, dass die Siemens CEMAT-Software stabil arbeitet, eine zuverlässige Steuerung ermöglicht und sich für eine breite Anwendung eignet.