現(xiàn)代水泥生產工藝設備的單機容量大，生產連續(xù)性強，而且生產過程要求較高的快速性和協(xié)調性，為了提高企業(yè)競爭力，自動控制的實施至關重要。自動控制能保證生產穩(wěn)定、提高質量、降低能耗、降低勞動強度以及減少環(huán)境污染，同時，先進的生產控制管理，也要求有可靠的自動控制系統(tǒng)和完善的控制技術水平。 　　 2005年10月至2006年4月，由南京凱盛水泥設計研究院設計的湖北老河口吉港寶石水泥有限公司1700t/d技改工程（濕改干）和重慶金江水泥有限公司2500t/d水泥熟料新型干法生產線先后用中控的WebField ECS-100控制系統(tǒng)進行組態(tài)調試。本文主要以重慶金江2500t/d水泥熟料新型干法生產線為例介紹ECS-100系統(tǒng)在水泥工程項目中的應用。 　　 系統(tǒng)概述 　　 重慶金江水泥有限公司2500t/d水泥熟料新型干法生產線計算機控制系統(tǒng)的控制范圍是從原料預均化及輸送至水泥包裝的工藝生產過程。控制系統(tǒng)能夠對原料預均化及輸送、生料配料、原料粉磨、廢氣處理、均化庫、生料入窯、預熱器、回轉窯、冷卻機、熟料儲存、煤粉制備、水泥粉磨及儲存、水泥包裝等主要生產工藝過程進行監(jiān)視、操作和管理，從而達到生產正常運行，工藝設備穩(wěn)定可靠的目的。 　　 WebField ECS-100是中控WebField家族的主流產品，是一套面向大中型過程控制的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)對主控卡、數據轉發(fā)卡、控制網絡采用冗余設計，在技術上保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有效保障了水泥正常生產的連續(xù)運行。系統(tǒng)I/O通道采用了點點隔離設計，使得故障面縮小，可以克服因串擾產生的大面積故障，從而減小損失，ECS-100還提供了Profibus-DP、Profibus-PA、MODBUS、OPC、DDE等通訊方案，系統(tǒng)的開放性好。 　　 硬件構成 　　 ECS-100系統(tǒng)硬件主要由4個部分組成：工程師站、操作站、控制站和通訊網絡。 　　 本工程系統(tǒng)構成（如圖1）。 [align=center] 圖1：系統(tǒng)構成圖[/align] 本控制系統(tǒng)一共分為五個現(xiàn)場站及一個遠程站，各現(xiàn)場站的控制范圍分別為： 　　 LCS01原料站的控制范圍主要包括生料配料、原料粉磨、廢氣處理至均化庫頂； 　　 RCS01原料遠程站控制范圍主要包括原料破碎、原料預均化及輸送； 　　 LCS02窯尾站的控制范圍主要包括均化庫庫底、生料入窯、預熱器以及回轉窯； 　　 LCS03窯頭站的控制范圍主要包括冷卻機、熟料儲存、煤粉制備及輸送； 　　 LCS41 1#水泥磨站和LCS42 2#水泥磨站的控制范圍主要為水泥配料，1#和2#水泥粉磨及儲存、水泥包裝； 　　 工程師站和操作站 　　 全廠設一個中央控制室，中央控制室配置一臺工程師站（ES）和五臺操作員站（OS），工程師站能夠對系統(tǒng)軟件組態(tài)調試，應用軟件的維護和管理，同時具備操作站的功能。操作員站按照操作區(qū)域分別為原料操作員站、窯操作員站、煤磨操作員站、水泥操作員站一和水泥操作員站二，其中任何一臺操作員站都可以對生料配料至水泥包裝的整個過程進行操作控制。操作員可以在監(jiān)視器上觀察生產過程中各個部分的流程圖、各測點的動態(tài)參數、設備的運行狀態(tài)、重要參數趨勢圖、棒狀圖和報警等畫面，監(jiān)視和控制生產過程，從而實現(xiàn)對工藝過程的管理、監(jiān)視和控制。 　　 控制站主要由機柜，機籠，供電單元，端子板和各類卡件組成。控制站是系統(tǒng)直接對現(xiàn)場進行I/O數據采集、控制運算、邏輯控制的核心單元，完成整個工業(yè)的實時控制過程。 　　 通訊網絡 　　 水泥生產的控制系統(tǒng)因各個控制站比較分散，所以過程控制網絡的穩(wěn)定性對系統(tǒng)的安全起到了重要的作用，同時也對過程控制網提出了較高的要求。本工程的過程控制網絡采用了冗余光纖環(huán)網，實現(xiàn)了雙冗余，大大提高了過程控制網絡安全系數。 　　 ECS-100系統(tǒng)通信網絡共分為三層： 　　 上層為信息管理網，采用標準的工業(yè)以太網，連接了各個控制裝置的網橋以及企業(yè)內各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，資源信息的共享，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。支持采用大型數據庫功能，并可將本地控制系統(tǒng)連入企業(yè)信息管理網； 　　 中間層為過程控制網（SCnetⅡ），采用TCP/IP和IEEE802.3標準協(xié)議，高速冗余光纖環(huán)網，直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道，具有很高的實時性和可靠性，通過掛接網橋，SCnetⅡ可以與上層的信息管理網或其它廠家設備連接； 　　 底層為控制站內部I/O控制總線（SBUS），總線分為兩層，連接主控卡和數據轉發(fā)卡的是SBUS-S2總線，連接數據轉發(fā)卡和I/O卡件的是SBUS-S1總線，控制總線采用主控制卡指揮式令牌網，存儲轉發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。 　　 系統(tǒng)軟件及工藝流程控制的實現(xiàn) 　　 系統(tǒng)軟件介紹 　　 WebField ECS-100控制系統(tǒng)軟件功能強大，其中主要包括硬件組態(tài)軟件SConfig，圖形化組態(tài)軟件SControl，語言編程軟件SProgram，報表制作軟件SForm，I/O驅動Slink，實時監(jiān)控軟件SView，回路調整軟件Sloop，故障診斷軟件SDiagnose等調試組態(tài)監(jiān)控軟件。 通過軟件編程組態(tài)實現(xiàn)工藝控制 　　 硬件組態(tài)軟件SConfig 　　 硬件組態(tài)軟件SConfig大量采用Windows的標準控件，使操作保持了一致性。另外，SConfig還提供了強大的在線幫助功能，當用戶在組態(tài)過程中遇到問題時，只須按F1鍵或選擇菜單中的幫助項，就可以隨時得到幫助、提示。 　　 語言編程軟件SProgram 　　 SProgram編程語言，是ECS-100系統(tǒng)控制站專用的高級語言，工程師站用來開發(fā)復雜控制算法的平臺，有流行的編程環(huán)境，功能強，容量大，實時性強，可靠性高，面向控制工程，簡單易學，提供了安全檢查和控制功能擴充。 　　 圖形化組態(tài)軟件SControl 　　 圖形化組態(tài)軟件SControl集成了功能塊圖（FBD）編輯器，梯形圖（LD）編輯器，順控圖（SFC）編輯器，ST語言編輯器，數據類型編輯器，變量編輯器，自定義模塊（DFB）編輯器等功能。如何通過SControl軟件實現(xiàn)設備控制，滿足工藝操作要求呢？ 把整個工藝系統(tǒng)按照生產流程分為5個功能區(qū)，即原料粉磨區(qū)，生料均化及燒成區(qū)，燒成窯頭區(qū)，煤粉制備區(qū)，水泥粉磨及存儲包裝區(qū)，然后把各個功能區(qū)按照工藝要求分成若干個操作組，設備之間設有工藝聯(lián)鎖關系，并按一定的時序和邏輯起停，從設備保護角度出發(fā)，設備起動和運行時分別有起動允許條件和運行保護條件。每一臺設備既可以參與組起動，也可以單機起動，這樣使生產調試和工藝操作更加簡單方便。 　　 水泥工程現(xiàn)場設備種類比較多，如普通電機，變頻器，高壓電機，配料定量給料秤等，這對組態(tài)編程和調試的工作量是一個比較大的挑戰(zhàn)。而通過在自定義模塊（DFB）編輯器，用梯形圖（LD）語言定義不同電機的功能塊，使程序模塊化。功能塊編輯完成后，用功能塊（FBD）語言，調用不同的功能塊，按照工藝聯(lián)鎖關系和設備保護分別對每一組每一臺設備進行編程組態(tài)，最后現(xiàn)場調試，這樣既可以加快編程組態(tài)速度，也降低了現(xiàn)場調試的工作量，提高了編程調試的工作效率。 　　 實時監(jiān)控軟件SVIEW 　　 SVIEW是基于WindowsNT/2000平臺上的功能強大的全中文界面組態(tài)軟件，提供開發(fā)和顯示畫面，調度（scheduler）和VBA語言程序，在運行和組態(tài)之間可以很方便地進行切換和修改，同時保持實時報警和數據采集。 　　 通過硬件組態(tài)軟件和圖形化組態(tài)軟件把下位機程序都做好之后，根據分組和SContorl軟件中組態(tài)的程序，可以把組的畫面對照完成，然后再根據工藝流程圖，完成工藝控制流程畫面的組態(tài)，其中包括電機顯示（用不同的顏色表示電機不同的狀態(tài)），工藝參數如溫度，壓力等顯示，最后在數據庫中根據工藝要求和設備保護要求設置報警，能夠實時顯示和歷史查詢，組態(tài)歷史趨勢和操作日志等在SVIEW軟件中也可很方便的設置組態(tài)（如圖2）。 [align=center] 圖２：SVIEW 組態(tài)畫面[/align] OPC通訊 　　 OPC技術是OLE技術在過程控制中的應用，它為開發(fā)應用程序的不同廠商提供了一項共同遵循的通信標準，從而大大減少了在系統(tǒng)集成過程中的重復開發(fā)，并提高了控制系統(tǒng)的性能。 　　 湖北老河口吉港寶石水泥有限公司1700t/d技改工程在化驗室里采用了武漢工業(yè)大學開發(fā)的水泥生料率值控制系統(tǒng)，要求在化驗室中通過率值控制系統(tǒng)分析出來的生料配比通過OPC軟件通訊上傳至DCS控制系統(tǒng)，即配比修改由化驗室操作控制，同時生料率值控制系統(tǒng)還需要對磨機的運行信號及現(xiàn)場配料秤的流量信號進行監(jiān)控，以便分析入磨各種生料實際的配比，從而在下一次的配比中對誤差較大的生料進行配比的調整。 　　 把通訊網絡搭建好后，在中控室工程師站安裝中控OPC Server，在化驗室水泥生料率值控制系統(tǒng)中安裝率值控制系統(tǒng)的OPC Client，成功鏈接后OPC Client就可以讀取DCS系統(tǒng)中所有的數據，把水泥生料率值控制系統(tǒng)需要的變量名及其含義告知，由水泥生料率值控制系統(tǒng)進行組態(tài)配置，同時在DCS系統(tǒng)中編程實現(xiàn)化驗室自動配比修改和中控手動配比修改兩套程序，從而實現(xiàn)了平常時由化驗室自動生成生料配比，特殊原因時改為中控手動配比。通過OPC通訊實現(xiàn)化驗室直接生料配比，不僅減輕了中控操作的負擔，同時也提高了生料的合格率，為熟料高合格率打下了堅實的基礎。 　　 報表編制 　　 報表編制軟件使用簡單，打開軟件，像使用Excel一樣的方便編輯報表格式，然后引用時間和位號，通過事件的定義報表輸出即可完成報表組態(tài)。SVIEW同時也提供VBA編程直接通過ADO對象直接輸入報表至Excel顯示和打印的功能。 　　 回路調整軟件 　　 PID回路控制能平穩(wěn)、迅速、準確地自動調節(jié)現(xiàn)場的相關設備，使溫度、壓力、倉重等參數穩(wěn)定在一定范圍內，即提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了響應速度．滿足了工藝需要。在此以均化庫底充氣循環(huán)及控制穩(wěn)流小倉倉重PID回路控制為例來說明。 　　 均化庫底的生料穩(wěn)流倉倉重對入窯生料量的穩(wěn)定性起到了重要的作用，如果能保證倉重穩(wěn)定在某一范圍內，入窯生料下料量就會穩(wěn)定，而穩(wěn)定穩(wěn)流倉重重要的是控制均化庫6大區(qū)的卸料閥開度，均化庫在下料的同時還要進行庫底均化循環(huán)，達到均化庫中生料的效果（如圖3）。 [align=center] 圖3：穩(wěn)定穩(wěn)流倉重重要的是控制均化庫6 大區(qū)的卸料閥開度[/align] 均化庫底一共有6個充氣均化區(qū)，每個充氣均化區(qū)有3個充氣閥分別為A、B和C和一個流量控制氣動閥，其中中間充氣閥B兼顧卸料。均化循環(huán)卸料時同時開啟相對的兩個區(qū)，每個區(qū)只開2個充氣閥，即每次共開4個充氣閥，并且卸料充氣B閥必須開啟，每個完整大循環(huán)要完成6次卸料區(qū)的切換。從一區(qū)至六區(qū)的按照設定循環(huán)時間的循環(huán)開啟，在兩個卸料區(qū)之間切換時設有一個重疊充氣時間，保持卸料的連貫性。在卸料區(qū)充氣循環(huán)的同時，同時該區(qū)的流量控制氣動閥根據倉重設定和實際倉重進行PID回路控制調節(jié)開度，其它沒有充氣卸料的流量控制氣動閥自動關閉，以延長流量控制氣動閥的使用壽命。中控操作員可自行設定充氣循環(huán)時間，這套系統(tǒng)同時還具備手動控制的功能。該控制回路既能控制穩(wěn)流倉倉重保持在一個范圍之內，起到穩(wěn)定喂料的作用，又達到生料均化的效果，滿足了工藝要求。 　　 通過上述的硬件組態(tài)和軟件編程，完成從原料預均化及輸送至水泥包裝生產線上所有電動機和其它各種用電設備的順序邏輯控制、過程參數檢測、顯示、回路調節(jié)等功能，操作員在中央控制室對上述范圍生產線進行監(jiān)視、管理和操作控制。 　　 結束語 　　 該系統(tǒng)自投運以來，運行可靠、穩(wěn)定，操作簡單靈活，維護方便，無論是硬件的可靠性，還是軟件的可操作性、易用性都是較佳的。兩個水泥廠投產后短時間內即達產，目前生產穩(wěn)定正常，系統(tǒng)產生了良好的經濟效益和社會效益。