ECS-100控制系統(tǒng)在水泥行業(yè)的成功應(yīng)用

一、前言
　　水泥企業(yè)作為大規(guī)模生產(chǎn)的制造企業(yè)，是建材行業(yè)的三大支柱之一。我國是水泥生產(chǎn)大國，最近幾年連續(xù)呈現(xiàn)出供需兩旺的高速增長勢頭，為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
　　水泥生產(chǎn)工藝的主要過程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細(xì)制成水泥，需要經(jīng)過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序。
二、ECS－100系統(tǒng)在水泥中的應(yīng)用
　　浙大中控應(yīng)用于水泥行業(yè)的控制系統(tǒng)是基于Web 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)－ECS－100。它的主要特點(diǎn)是突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成，適合自控設(shè)備多、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)場合—水泥廠控制。
1、 系統(tǒng)的配置及主要功能
　　根據(jù)水泥生產(chǎn)控制要求，DCS系統(tǒng)主要由以下四個部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
      
　　　　　　　　　　圖 1水泥生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
①工程師站
　　它是為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護(hù)工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護(hù)工具軟件可實(shí)現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、故障診斷、信號調(diào)校等。
②操作站
　　它是由工業(yè)PC機(jī)、CRT、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的人機(jī)界面，可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集中顯示、集中操作和集中管理，同時可以采用OPC方式實(shí)現(xiàn)與異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)。
③控制站
　　是系統(tǒng)中直接與工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行信息交互的I/O處理單元，完成整個工業(yè)過程的實(shí)時監(jiān)控功能。本地控制站由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、電源箱和I/O卡件組成，遠(yuǎn)程控制站則由通信模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、電源箱和I/O卡件組成。
④過程控制網(wǎng)絡(luò)
　　它實(shí)現(xiàn)工程師站、操作站、控制站的連接，完成信息、控制命令的傳輸與發(fā)送，雙重化的冗余設(shè)計，使得信息傳輸安全、高速。
　　 分為三層，最上層為信息管理網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計算機(jī)，用于工廠級的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。
　　中間層為過程控制網(wǎng)（名稱為SCnet Ⅱ），采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnet Ⅱ作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實(shí)時信息。
底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（名稱為SBUS），采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道。
2、 水泥生產(chǎn)的控制策略
　　一條完整的水泥生產(chǎn)線通常包括：原料預(yù)處理，生料制備，煤粉制備，燒成窯尾，燒成窯頭，水泥粉磨及水泥包裝等工段。在系統(tǒng)配置時，按工段及生產(chǎn)車間不同通常劃分為原料預(yù)處理控制站，生料制備控制站，煤粉制備控制站，燒成窯尾控制站，燒成窯頭控制站，水泥粉磨控制站及水泥包裝控制站。
　　根據(jù)水泥生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的種類和控制方式不同，將整個水泥生產(chǎn)線自控系統(tǒng)的控制分為三種類型：單機(jī)控制、組控制、回路控制。
1) 單機(jī)控制
　　根據(jù)水泥生產(chǎn)的實(shí)際情況，現(xiàn)場設(shè)備種類很多，有普通電機(jī)、變頻電機(jī)、高壓電機(jī)、風(fēng)機(jī)、皮帶秤、定量給料機(jī)、稀油站、電動執(zhí)行器、電動閥門等，但從控制的實(shí)質(zhì)看，其控制方式可以分為普通電機(jī)、高壓電機(jī)、正反轉(zhuǎn)電機(jī)、直流控制電機(jī)五種類型。
2) 組控制
　　在正常的生產(chǎn)條件下，為了操作更加簡單方便、減少誤操作，根據(jù)各種連鎖和保護(hù)條件，將生產(chǎn)設(shè)備分成若干組，例如喂料組、配料組、收塵組、稀油站組、生料磨組、窯燃燒組、窯傳動組等等，這些組進(jìn)行成組控制，成組啟動，成組停止。
　　結(jié)合工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)并利用浙大中控DCS系統(tǒng)提供的圖形化編程軟件（包括FBD、LD、SFC、ST），可以方便的實(shí)現(xiàn)以上單機(jī)控制、組控制等功能模塊的編程。不管是單機(jī)控制還是組控制，這種通過軟件實(shí)現(xiàn)的控制與原來的電氣控制相比，顯得更加簡單、穩(wěn)定、可靠。
3) 回路控制
　　在整個水泥生產(chǎn)工藝過程中，保持系統(tǒng)的熱工制度穩(wěn)定是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提和關(guān)鍵。PID回路控制能平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地自動調(diào)節(jié)現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備，使溫度、壓力等參數(shù)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，即提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了響應(yīng)速度．滿足了工藝需要。在水泥生產(chǎn)線中自動調(diào)節(jié)的反饋型PID控制回路約為30個，而國內(nèi)現(xiàn)設(shè)計和投入的有10個左右。由于水泥的工藝工況相對復(fù)雜，PID回路投入的數(shù)量取決于生產(chǎn)線的自動化水平和工藝的穩(wěn)定性。組態(tài)過程中，由于浙大中控的組態(tài)軟件已經(jīng)將常規(guī)控制回路（包括手操器、單回路、串級、單回路前饋、串級前饋、單回路比值、串級變比值乘法器、采樣控制）嵌入軟件中，只需要將控制回路位號填入即可，簡單方便，對于有特殊需要的控制回路則亦可以使用類C語言通過編程方便實(shí)現(xiàn)。
3、ECS-100在水泥行業(yè)的成功應(yīng)用
　　湖南印山臺水泥廠2500 t/d水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目中，浙大中控的ECS－100系統(tǒng)再次承擔(dān)了從生料制備、熟料煅燒、熟料入庫到成品粉磨、包裝的整條生產(chǎn)線的過程控制任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)置4個控制站、1個遠(yuǎn)程I/O站，分別為生料站、窯頭站、煤磨站、水泥粉磨站、窯尾遠(yuǎn)程I/O站。系統(tǒng)性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、自控投運(yùn)率高,生產(chǎn)線一次點(diǎn)火成功，并在較短時間內(nèi)即達(dá)標(biāo)超產(chǎn)（點(diǎn)火二十天后生產(chǎn)能力即達(dá)到2800t/d），圖2為該廠部分實(shí)際控制流程圖。
      
      
　　　　　　　　　　　　　　　圖2 典型控制流程圖
三、浙大中控DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢
　　浙大中控的ECS－100系統(tǒng)能夠得到包括國內(nèi)大型水泥企業(yè)在內(nèi)的眾多用戶的青睞，是由以下技術(shù)優(yōu)勢所決定的：
1、系統(tǒng)的穩(wěn)定性
　　1）浙大中控的DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核電站、熱電廠、石油化工、高分子和精細(xì)化工、水泥和建材、造紙等幾乎所有流程工業(yè)，系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性已在這些行業(yè)項(xiàng)目極高甚至苛刻的控制環(huán)境中得到驗(yàn)證。
　　2）浙大中控的ECS－100系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了技術(shù)上的有力保證，有效地保障了水泥生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。
2、系統(tǒng)的安全性
　　1) 浙大中控的ECS－100系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了I/O通道級別的冗余，并能根據(jù)設(shè)備重要程度靈活選擇冗余與否，使得系統(tǒng)獲得了節(jié)省用戶投資與保障生產(chǎn)安全的和諧統(tǒng)一。
　　2) ECS－100系統(tǒng)安全的在線下載功能，既有效降低了水泥生產(chǎn)線投運(yùn)期間的工作量，又保障了水泥生產(chǎn)線投運(yùn)的安全。
　　3) ECS－100系統(tǒng)的端子板和卡件分離技術(shù)，使系統(tǒng)與現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了真正意義上的隔離；同時系統(tǒng)I/O通道采用點(diǎn)點(diǎn)隔離設(shè)計，使得故障面不易擴(kuò)大，可以克服因串?dāng)_產(chǎn)生的大面積故障，避免造成水泥生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)乃至停產(chǎn)。
　　4)水泥生產(chǎn)的各個控制站極為分散，此時生產(chǎn)控制系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計與采用使得浙大中控的過程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個系統(tǒng)的安全系數(shù)，保證了水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。
3、系統(tǒng)的開放性
　　水泥生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，各設(shè)備供應(yīng)商所提供的通信協(xié)議也千差萬別，這對控制系統(tǒng)的開放性提出了很高的要求。浙大中控能提供諸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、MODBUS、HOSTLINK、DDE、CDT、自定義協(xié)議等多種通訊解決方案，能夠很好的滿足水泥行業(yè)項(xiàng)目工程應(yīng)用的需要。
4、具有強(qiáng)抗干擾性的DI輸入卡件的開發(fā)設(shè)計
　　水泥廠的220VAC DI信號在長線輸送時，線路的感應(yīng)干擾極大，并且水泥廠大量應(yīng)用變頻器、高壓設(shè)備等強(qiáng)干擾源。浙大中控ECS－100系統(tǒng)針對水泥行業(yè)以上特色對DI卡件進(jìn)行了特殊加工與設(shè)計，可萬無一失的克服現(xiàn)場的強(qiáng)烈干擾。
          

　　　　　　　　　　　　　　圖3 冗余光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖