0 前言
　　東華水泥有限公司是山東淄博礦業(yè)集團(tuán)的下屬企業(yè)，經(jīng)過一、二兩期工程建設(shè)，現(xiàn)擁有兩條5000t／d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，其中二期工程于2008年4月投產(chǎn)。在充分調(diào)研了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)、信號處理技術(shù)等目前在水泥行業(yè)運(yùn)用情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)我公司人員技術(shù)水平、本廠的實(shí)際情況，二期工程我們采用了性價比較高的Web—FiledECS100的國產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)。針對我廠的實(shí)際要求，系統(tǒng)研發(fā)人員研發(fā)了一套專門應(yīng)用于水泥行業(yè)的軟件功能塊。本文就該系統(tǒng)在我廠的實(shí)際應(yīng)用情況作一介紹，并對如何提高系統(tǒng)的性能提出了一些見解和看法。
1 ECS100系統(tǒng)
1．1 ECSIO0系統(tǒng)簡介
　　ECS一100控制系統(tǒng)是浙大中控為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是Internet、Web技術(shù)的發(fā)展而推出的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)覆蓋了大型集散系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能、集成的用戶界面及信息存取功能，具有模擬量信號輸入輸出、數(shù)字量信號輸人輸出、回路控制等常規(guī)DCS的功能，還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄（SOE）、可編程邏輯控制等特殊功能；它不僅提供了功能塊圖（SCFBD）、梯形圖（SCLD）等直觀的圖形組態(tài)工具，又為用戶提供開發(fā)復(fù)雜高級控制算法（如模糊控制）的類c語言編程環(huán)境SCX。系統(tǒng)規(guī)模變換靈活。可以實(shí)現(xiàn)從一個單元的過程控制，到全廠范圍的自動化集成。
　　該系統(tǒng)集編程，組態(tài)．監(jiān)控，操作、記錄、打印、事故報警等多項(xiàng)功能一體的編程系統(tǒng)，配置了Ad—vanTrol—Pro2．6編程組態(tài)軟件，可以對現(xiàn)場每個控制站進(jìn)行軟件編程、硬件組態(tài)、實(shí)時監(jiān)控等，也可以在線、離線調(diào)試修改程序而不影響整個系統(tǒng)運(yùn)行。中控室操作站顯示工藝流程、動態(tài)參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。并對超限情況發(fā)出報警?？砂磿r間自動循環(huán)顯示。設(shè)備參數(shù)實(shí)時趨勢畫面顯示當(dāng)前一段時間內(nèi)的動態(tài)參數(shù)趨勢，且可按時間將所有變化曲線自動保存，并可隨時查看或打印一個月之內(nèi)某段時間的設(shè)備參數(shù)實(shí)時趨勢曲線供分析研究。模擬儀表顯示將主要參數(shù)以模擬常規(guī)儀表的形式集成在一幅畫面上，便于觀察和操作：報警總畫面將所有實(shí)時報警點(diǎn)都集中到一屏進(jìn)行顯示，這樣便于分析問題所在，以便排除故障所在。報警歷史記錄自動記錄各參數(shù)的報警時間及當(dāng)時的設(shè)備工作狀態(tài)，該記錄只有專職管理人員才能刪除，這樣便于管理及對操作人員的考核。自動記錄設(shè)備起停及計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)率，可考核某一段時間或全年設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況；可根據(jù)用戶要求自動形成各種類型的生產(chǎn)報表。操作人員可以在屏幕上通過鼠標(biāo)或鍵盤對設(shè)備的啟、停進(jìn)行操作及對有關(guān)過程參數(shù)進(jìn)行修改：中央控制室工程師站主要用于對控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、編程、調(diào)試和維護(hù)，可在線修改程序而不影響整個系統(tǒng)運(yùn)行；該系統(tǒng)基本采用功能塊編程，高效便捷。
1．2 ECS100系統(tǒng)的配置及主要功能
　?。?）現(xiàn)場控制站。根據(jù)我公司工藝生產(chǎn)線布置的特點(diǎn)，二期工程分別設(shè)置了原料處理、原料粉磨、燒成窯尾、燒成窯頭、煤粉制備等五個現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站是系統(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。現(xiàn)場控制站由主控制卡、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。我廠采用的是FW243X主控卡和FW233數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，每個站都有兩塊主控卡和兩塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，且都互為冗余，數(shù)據(jù)實(shí)時更新，一旦一卡出現(xiàn)了故障，備用卡將自動進(jìn)行無擾切換，不會影響到設(shè)備的操作，確保生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
　?。?）工程師站。工程師站是對整個系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)編程，程序修改、維護(hù)，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護(hù)工具，并配有專門的軟件加密狗。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。
　?。?）操作員站。我公司二期工程配有五臺操作員站，均裝有正版WIN2000 Professional操作系統(tǒng)，各操作員站互為備用，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)（如自動配料系統(tǒng)）的互聯(lián)。
　　（4）過程控制網(wǎng)絡(luò)。過程控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了工程師站、操作員站、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(jì)，使得信息傳輸安全、高速。過程控制網(wǎng)絡(luò)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(jì)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)，采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnetⅡ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。我公司DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

2 生產(chǎn)控制實(shí)施
　　簡單地說，水泥熟料的生產(chǎn)過程就是將各種原料進(jìn)行配比混合，研磨，預(yù)熱分解并燒成熟料。整個生產(chǎn)過程中有以連續(xù)量為主的反饋控制．還有以開關(guān)量為主的順序控制、按時序控制及邏輯連鎖控制。我廠的燒成系統(tǒng)采用了中材國際南京水泥設(shè)計(jì)院的低阻高效新型干法窯外分解技術(shù)：原料磨主機(jī)設(shè)備選用了FL·SMIDTH的ATOX50立磨；冷卻機(jī)選用了FL·SMIDTH的SF篦冷機(jī)：窯系統(tǒng)的溫度及壓力儀表采用PROFIBUSS—PA儀表。FL·SMIDTH的控制柜都配有自己的PLC控制系統(tǒng)，采用的是西門子S7—300，具有開放的DP總線接口，我們通過DP總線通訊技術(shù)，將PLC柜上需要在中控集中監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集到DCS系統(tǒng)上，大大節(jié)約了投資成本和日后的維修工作。
2．1 PID調(diào)節(jié)
　　PID（比例+積分+微分）控制算法或其他簡單的控制算法，使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，如溫度、壓力、喂料量等，在遭受外來擾動情況下．穩(wěn)定維持在預(yù)先的給定值上。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3O個，而國內(nèi)現(xiàn)設(shè)計(jì)和投入的有10個左右。由于水泥生產(chǎn)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。根據(jù)生產(chǎn)需要，我們在許多工藝關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)用了PID調(diào)節(jié)，現(xiàn)在就我公司的兩個典型的例子介紹一下PID的調(diào)節(jié)功能：
　?。?）生料人窯計(jì)量控制回路：一期工程我們使用的是自帶的PID控制器的喂料秤，價格昂貴，控制卻不穩(wěn)定。二期工程我們采用的是從軟件上進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制，這樣不但減少了設(shè)備成本，而且大大提高了控制質(zhì)量。該控制回路的被控變量是計(jì)量秤的喂料量，調(diào)節(jié)參數(shù)是流量閥開度。根據(jù)計(jì)量秤的喂料量設(shè)定自動控制下料閥門的開度大小。從而確保了窯喂料的穩(wěn)定，保證了熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。
　　（2）篦冷機(jī)篦速控制：自動控制篦板速度對穩(wěn)定篦板上料層厚度、生產(chǎn)工況及設(shè)備安全運(yùn)行都是必要的。根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的壓力、速度、料層厚度之間的關(guān)系，設(shè)置篦冷機(jī)一室篦下壓力最佳控制點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動控制調(diào)速柜，調(diào)節(jié)第一段篦板速度，第二段篦板速度將按一定比率自動跟蹤第一段篦板速度。采用這樣的控制方案，盡管進(jìn)人冷卻機(jī)的熟料量和顆粒組成發(fā)生變化，但二段篦速仍然協(xié)調(diào)一致，篦床上的料層厚度逐漸遞減并保持一定的關(guān)系，有利于篦床上熟料的輸送和冷卻。
2．2 PROFIBUSS總線通訊的實(shí)際應(yīng)用
　　ATOX50原料磨共有167個通訊點(diǎn)，其中液壓站有55個，減速機(jī)有50個，磨輥潤滑62個：篦冷機(jī)則有85個通訊點(diǎn)。一期工程采用常規(guī)的點(diǎn)對點(diǎn)通訊，DCS系統(tǒng)增加了大量的I／O模塊，增加了大量的電纜安裝，增加了軟件編程工作量，但也只能將部分信息傳送至DCS系統(tǒng)。二期工程我們改用總線通訊的方式，上述所有參與通訊的點(diǎn)都通過FW239一DP總線卡進(jìn)入了ECS100控制系統(tǒng)，再采集到中控，并作出相應(yīng)的流程圖畫面，將現(xiàn)場設(shè)備的各種信息狀況及報警信號直觀的顯示給操作員，有不正常狀況時可以及時提醒操作員去處理，有效地防止了由小問題沒注意導(dǎo)致產(chǎn)生大的故障停機(jī)，影響生產(chǎn)；并且能在出故障時將故障的信息準(zhǔn)確顯示出來，極大地減少了對故障的分析判斷時間，也大大減少了現(xiàn)場I／0卡件的通道和維護(hù)成本。
　　我廠預(yù)熱器塔架上安裝了48臺PROFIBUS—PA溫度及壓力儀表，其中溫度儀表2l臺，采用的是西門子TH400；壓力儀表27臺，采用的是ABB2600T：PA儀表通過耦合器及鏈接器與DCS系統(tǒng)FW239一DP模塊進(jìn)行通訊，因配套的西門子耦合器一臺最多可帶25臺總線儀表．一臺西門子鏈接器最多可通訊244個輸入字節(jié)和244個輸出字節(jié)，我們現(xiàn)在只用西門子鏈接器的244個輸人字節(jié)：通過以上參數(shù)可以看到一臺鏈接器可以帶48臺PA儀表的通訊量并且SyCon軟件也可以在一塊西門子鏈接器中組態(tài)48塊儀表．但是西門子鏈接器作為FW239一DP模塊下帶的一個DP從站，在組態(tài)軟件內(nèi)一個DP從站只能帶6O個SLOT．總共30塊儀表使用．因此一臺連接器最大只可以帶30臺PA儀表，所以使用兩條PA總線。我廠采用了PA儀表總線后，既節(jié)約了安裝成本。也大大減少了儀表維護(hù)人員的工作量。
3 結(jié)語
　　東華水泥二期工程采用的ECS一100DCS系統(tǒng)功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好．實(shí)現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程中優(yōu)化控制和安全操作。該系統(tǒng)有良好的人機(jī)界面，開放的接口，維護(hù)方便，水泥生產(chǎn)過程專用控制模塊可以很好滿足水泥生產(chǎn)過程中的各種特殊要求。但與國外的先進(jìn)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不夠緊湊?，F(xiàn)場站控制柜數(shù)量太多，要求控制室面積較大．編程組態(tài)軟件也有一些待改進(jìn)的地方，相信在今后的應(yīng)用中該系統(tǒng)會更加完善。