ECS-100控制系统在水泥行业的成功应用

一、前言
　　水泥企业作为大规模生产的制造企业，是建材行业的三大支柱之一。我国是水泥生产大国，最近几年连续呈现出供需两旺的高速增长势头，为国民经济持续、快速发展做出了重要贡献。
　　水泥生产工艺的主要过程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高温窑炉中用燃料将其煅烧成熟料，最后将熟料与适量石膏混合磨细制成水泥，需要经过矿山开采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨及成品包装等多道工序。
二、ECS－100系统在水泥中的应用
　　浙大中控应用于水泥行业的控制系统是基于Web 技术的网络化控制系统－ECS－100。它的主要特点是突破了传统控制系统的层次模型，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成，适合自控设备多、大规模连续生产场合—水泥厂控制。
1、 系统的配置及主要功能
　　根据水泥生产控制要求，DCS系统主要由以下四个部分组成，基本结构如下图所示：
      
　　　　　　　　　　图 1水泥生产线DCS系统结构示意图
①工程师站
　　它是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等。而使用系统的维护工具软件可实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校等。
②操作站
　　它是由工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的人机界面，可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理，同时可以采用OPC方式实现与异构系统的互联。
③控制站
　　是系统中直接与工业现场进行信息交互的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。本地控制站由主控制卡、数据转发卡、电源箱和I/O卡件组成，远程控制站则由通信模块、数据转发卡、电源箱和I/O卡件组成。
④过程控制网络
　　它实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令的传输与发送，双重化的冗余设计，使得信息传输安全、高速。
　　 分为三层，最上层为信息管理网，采用标准的工业以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。
　　中间层为过程控制网（名称为SCnet Ⅱ），采用了双高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。
底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。
2、 水泥生产的控制策略
　　一条完整的水泥生产线通常包括：原料预处理，生料制备，煤粉制备，烧成窑尾，烧成窑头，水泥粉磨及水泥包装等工段。在系统配置时，按工段及生产车间不同通常划分为原料预处理控制站，生料制备控制站，煤粉制备控制站，烧成窑尾控制站，烧成窑头控制站，水泥粉磨控制站及水泥包装控制站。
　　根据水泥生产现场设备的种类和控制方式不同，将整个水泥生产线自控系统的控制分为三种类型：单机控制、组控制、回路控制。
1) 单机控制
　　根据水泥生产的实际情况，现场设备种类很多，有普通电机、变频电机、高压电机、风机、皮带秤、定量给料机、稀油站、电动执行器、电动阀门等，但从控制的实质看，其控制方式可以分为普通电机、高压电机、正反转电机、直流控制电机五种类型。
2) 组控制
　　在正常的生产条件下，为了操作更加简单方便、减少误操作，根据各种连锁和保护条件，将生产设备分成若干组，例如喂料组、配料组、收尘组、稀油站组、生料磨组、窑燃烧组、窑传动组等等，这些组进行成组控制，成组启动，成组停止。
　　结合工程实施经验并利用浙大中控DCS系统提供的图形化编程软件（包括FBD、LD、SFC、ST），可以方便的实现以上单机控制、组控制等功能模块的编程。不管是单机控制还是组控制，这种通过软件实现的控制与原来的电气控制相比，显得更加简单、稳定、可靠。
3) 回路控制
　　在整个水泥生产工艺过程中，保持系统的热工制度稳定是优质高产的前提和关键。PID回路控制能平稳、迅速、准确地自动调节现场的相关设备，使温度、压力等参数稳定在一定范围内，即提高了系统的稳定性，又提高了响应速度．满足了工艺需要。在水泥生产线中自动调节的反馈型PID控制回路约为30个，而国内现设计和投入的有10个左右。由于水泥的工艺工况相对复杂，PID回路投入的数量取决于生产线的自动化水平和工艺的稳定性。组态过程中，由于浙大中控的组态软件已经将常规控制回路（包括手操器、单回路、串级、单回路前馈、串级前馈、单回路比值、串级变比值乘法器、采样控制）嵌入软件中，只需要将控制回路位号填入即可，简单方便，对于有特殊需要的控制回路则亦可以使用类C语言通过编程方便实现。
3、ECS-100在水泥行业的成功应用
　　湖南印山台水泥厂2500 t/d水泥生产线项目中，浙大中控的ECS－100系统再次承担了从生料制备、熟料煅烧、熟料入库到成品粉磨、包装的整条生产线的过程控制任务。系统设置4个控制站、1个远程I/O站，分别为生料站、窑头站、煤磨站、水泥粉磨站、窑尾远程I/O站。系统性能可靠、运行稳定、自控投运率高,生产线一次点火成功，并在较短时间内即达标超产（点火二十天后生产能力即达到2800t/d），图2为该厂部分实际控制流程图。
      
      
　　　　　　　　　　　　　　　图2 典型控制流程图
三、浙大中控DCS系统在水泥行业的技术优势
　　浙大中控的ECS－100系统能够得到包括国内大型水泥企业在内的众多用户的青睐，是由以下技术优势所决定的：
1、系统的稳定性
　　1）浙大中控的DCS系统已经广泛应用于核电站、热电厂、石油化工、高分子和精细化工、水泥和建材、造纸等几乎所有流程工业，系统高度的稳定性已在这些行业项目极高甚至苛刻的控制环境中得到验证。
　　2）浙大中控的ECS－100系统实现了对主控卡、数据转发卡、控制网络的冗余设计，为系统的稳定性提供了技术上的有力保证，有效地保障了水泥生产的连续进行。
2、系统的安全性
　　1) 浙大中控的ECS－100系统实现了I/O通道级别的冗余，并能根据设备重要程度灵活选择冗余与否，使得系统获得了节省用户投资与保障生产安全的和谐统一。
　　2) ECS－100系统安全的在线下载功能，既有效降低了水泥生产线投运期间的工作量，又保障了水泥生产线投运的安全。
　　3) ECS－100系统的端子板和卡件分离技术，使系统与现场实现了真正意义上的隔离；同时系统I/O通道采用点点隔离设计，使得故障面不易扩大，可以克服因串扰产生的大面积故障，避免造成水泥生产设备停机乃至停产。
　　4)水泥生产的各个控制站极为分散，此时生产控制系统的安全很大程度上取决于控制网络的稳定性。冗余光纤环网技术的设计与采用使得浙大中控的过程控制网络极为可靠，大大提高了整个系统的安全系数，保证了水泥生产的稳定进行。
3、系统的开放性
　　水泥生产现场设备种类繁多，各设备供应商所提供的通信协议也千差万别，这对控制系统的开放性提出了很高的要求。浙大中控能提供诸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、MODBUS、HOSTLINK、DDE、CDT、自定义协议等多种通讯解决方案，能够很好的满足水泥行业项目工程应用的需要。
4、具有强抗干扰性的DI输入卡件的开发设计
　　水泥厂的220VAC DI信号在长线输送时，线路的感应干扰极大，并且水泥厂大量应用变频器、高压设备等强干扰源。浙大中控ECS－100系统针对水泥行业以上特色对DI卡件进行了特殊加工与设计，可万无一失的克服现场的强烈干扰。
          

　　　　　　　　　　　　　　图3 冗余光纤环网网络结构示意图