概述 自80年代中期以來，集散型控制系統(tǒng)（DCS）在我國水泥工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，采用DCS系統(tǒng)的水泥企業(yè)在調(diào)度管理、生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量等方面都有較大提高。 1995年我們承擔(dān)了鄭州金龍水泥廠設(shè)計，在進(jìn)行DCS選型的過程中，借鑒了玻璃企業(yè)應(yīng)用國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過到玻璃企業(yè)調(diào)查了解HS1000系統(tǒng)的運(yùn)行情況，又到北京和利時公司詳細(xì)了解HS2000系統(tǒng)的硬件軟件功能，堅(jiān)定了我們采用國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的信心。經(jīng)與金龍水泥廠有關(guān)同志的充分討論，決定在鄭州金龍水泥廠的自動化設(shè)計中采用國產(chǎn)HS2000DCS系統(tǒng)。 鄭州金龍水泥廠DCS系統(tǒng)由我院成套供貨，并承擔(dān)全部工程應(yīng)用軟件組態(tài)與整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試。自1997年8月起，DCS系統(tǒng)按照生料、燒成、制成三個工段與工藝設(shè)備同步投運(yùn)，到1997年12月初全廠DCS系統(tǒng)都成功投入運(yùn)行，并于1997年12月底與整條生產(chǎn)線一起通過竣工驗(yàn)收。自投產(chǎn)以來，經(jīng)過一年多的運(yùn)行考核，DCS系統(tǒng)基本運(yùn)行正常，滿足了水泥生產(chǎn)的需要。 1　HS2000系統(tǒng)的特點(diǎn) 1．1　HS2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) HS2000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為三層結(jié)構(gòu)，每層完成其特定的功能。第一層為管理網(wǎng)MNET，主要完成不同裝置間的協(xié)調(diào)與企業(yè)內(nèi)部的管理通。第二層為系統(tǒng)網(wǎng)SNET，主要完成各控制站、操作站之間的通訊，為雙冗余結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)令牌總線協(xié)議。第三層為控制網(wǎng)CNET，主要完成控制站內(nèi)部各I／O模板與CPU模板之間的通訊，采用國際上較為成熟的CANBUS現(xiàn)場總線。這種三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與國外流行的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本一致。 1．2　HS2000系統(tǒng)的硬件特點(diǎn) HS2000系統(tǒng)的操作員站采用標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)，一般采用研華或美國TM公司產(chǎn)品，配以觸摸式鍵盤和軌跡球，這種配置價格較便宜，兼容性好，且易于獲得備品備件。 HS2000系統(tǒng)現(xiàn)場控制站的設(shè)計吸取了國外集散系統(tǒng)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，硬件具有可靠性高、分散度高和可冗余配置的技術(shù)特色。 控制站I／O模板均為智能模板，具有自診斷、自恢復(fù)功能；將傳統(tǒng)的I／O模板分解為信號轉(zhuǎn)換板、調(diào)理板和接線端子三部分，縮小了故障影響區(qū)域。系統(tǒng)的電源單元、CPU主控模板、各種I／O模板均可根據(jù)需要進(jìn)行冗余配置；每塊主控模板上背負(fù)兩塊SNET網(wǎng)絡(luò)通訊模板，自然形成SNET網(wǎng)絡(luò)冗余。由于各模板之間采用CNET網(wǎng)絡(luò)通訊以及I／O模板全智能化，使得各模板均可在系統(tǒng)運(yùn)行中帶電拔插，減少了故障修復(fù)停機(jī)時間，采取這些措施大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 1．3　HS2000系統(tǒng)的軟件特點(diǎn) HS2000系統(tǒng)軟件是在Windows3．X環(huán)境下組態(tài)與運(yùn)行，全漢化軟件，組態(tài)靈活，調(diào)試較方便。系統(tǒng)軟件分為離線組態(tài)軟件與在線軟件兩部分，任一操作站在安裝了離線軟件之后都可作為工程師站，進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用軟件組態(tài)。對模擬量控制提供功能塊圖組態(tài)，對開關(guān)量控制提供梯形圖組態(tài)，模擬量組態(tài)與開關(guān)量組態(tài)可相互調(diào)用。圖形生成主要是采用Windows3．X環(huán)境下的畫板與剪貼板，由用戶手繪生成，系統(tǒng)只提供了少量圖形塊，在用戶手繪生成的圖形中可加入動態(tài)點(diǎn)、軟開關(guān)、熱鍵等。系統(tǒng)軟件具有較強(qiáng)的自診斷能力，在系統(tǒng)運(yùn)行中周期性對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及各模板的狀態(tài)進(jìn)行自診斷，提供狀態(tài)顯示報警。 2　　金龍水泥廠DCS系統(tǒng) 2．1　DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 金龍水泥廠DCS系統(tǒng)按照“分散控制、分散操作、集中調(diào)度管理”的要求進(jìn)行設(shè)計。 整個DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖整個DCS系統(tǒng)按照生料、燒成和制成三個工段劃分，分設(shè)在四個控制室和廠調(diào)度室內(nèi)。生料和制成工段DCS設(shè)置在生料和水泥磨頭控制室，分別設(shè)一臺控制站、一臺操作站和一臺打印機(jī)。燒成工段DCS在窯尾喂料控制室設(shè)一臺控制站，在窯頭控制室設(shè)兩臺控制站、兩臺操作站和一臺打印機(jī)。同時在窯頭控制室還設(shè)有多媒體窯頭看火計算機(jī)、窯筒體測溫計算機(jī)等自動化設(shè)備。在廠調(diào)度室設(shè)置一臺操作站，作為調(diào)度管理計算機(jī)。 2．2　DCS系統(tǒng)的硬件配置 生料、燒成和制成工段的操作站，均采用研華工控機(jī)，主板為486／66、8M內(nèi)存、配20″彩顯、專用觸摸式鍵盤和軌跡球，另配有普通鍵盤作為組態(tài)用工程師鍵盤。為降低成本，調(diào)度室操作站采用普通商業(yè)機(jī)（國產(chǎn)長城機(jī)）配14″彩顯、普通鍵盤和軌跡球。整個系統(tǒng)沒有專設(shè)工程師站，各操作站都可兼作工程師站，進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)、測試、修改和下裝。 各控制站均為立式機(jī)柜，每個機(jī)柜內(nèi)安裝1～2個機(jī)架，配置CPU主控模板、電源單元、模擬量與開關(guān)量I／O接口板、I／O調(diào)理板及端子板等?？刂普据斎耄敵龅哪M量均為4～20mA信號，開關(guān)量均為AC220V信號。 全廠DCS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)為冗余配置，各控制站的系統(tǒng)電源單元和通道電源單元均為冗余配置。 2．3　DCS系統(tǒng)的主要功能 金龍水泥廠DCS系統(tǒng)的主要控制功能包括過程參數(shù)檢測控制和工藝線機(jī)電設(shè)備起停控制兩部分。按照工藝聯(lián)鎖開機(jī)順序控制機(jī)電設(shè)備起停，當(dāng)發(fā)生故障時聯(lián)鎖停機(jī)。系統(tǒng)檢測各熱工參數(shù)，并給定控制風(fēng)、料、煤、窯速等重要參數(shù)，穩(wěn)定工藝生產(chǎn)過程。 HS2000系統(tǒng)任一操作站都可對全系統(tǒng)進(jìn)行操作，比較適合全廠集中操作方式。對于金龍水泥廠分散操作的要求，我們在編制操作站組態(tài)軟件時，根據(jù)每個操作站的控制范圍，組態(tài)相應(yīng)的控制畫面，保證每個操作站只響應(yīng)本工段內(nèi)的控制操作信息。各工段操作站顯示流程圖畫面、分組起停畫面、分組控制畫面、報警畫面和分組趨勢記錄畫面等，滿足各工段操作員的控制操作與生產(chǎn)監(jiān)視要求。 廠調(diào)度室操作站組態(tài)取消了全部操作功能，只顯示全廠各工段的過程參數(shù)及設(shè)備開停信息，做到只監(jiān)視不操作。 3　金龍水泥廠DCS系統(tǒng)的工程實(shí)踐 3．1　DCS系統(tǒng)的調(diào)試 在設(shè)備組裝與拷機(jī)階段，我們多次派人去和利時公司檢查監(jiān)制，出廠前進(jìn)行了設(shè)備驗(yàn)收，確保系統(tǒng)質(zhì)量。同時我們組織金龍水泥廠軟件技術(shù)人員去和利時公司進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，之后又組織金龍水泥廠技術(shù)人員與儀表工來我院進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，通過培訓(xùn)使他們對DCS系統(tǒng)與全廠自動化裝備有了較全面的了解。 在設(shè)備安裝階段，由于安裝公司自動化力量薄弱，造成大量接線錯誤，因此對DCS系統(tǒng)所有I／O點(diǎn)進(jìn)行了檢查，并對接線錯誤逐一糾正，只有接線檢查正確才允許通電調(diào)試。由于檢查調(diào)試的時間緊任務(wù)重，我們采用分組檢查，分組調(diào)試的辦法，在較短的時間里完成了調(diào)試任務(wù)。 3．2　DCS系統(tǒng)的投運(yùn) 金龍水泥廠生產(chǎn)線是按照工藝順序分段投產(chǎn)，所以DCS系統(tǒng)也是按照生料、燒成、制成至全廠調(diào)度室的順序分段投運(yùn)。每一工段DCS的投運(yùn)，都要先進(jìn)行無負(fù)荷聯(lián)動試車與聯(lián)鎖停機(jī)試驗(yàn)考核，考核合格才能進(jìn)行帶負(fù)荷運(yùn)行。 DCS系統(tǒng)的分段投運(yùn)就要求系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分段擴(kuò)展，系統(tǒng)組態(tài)與數(shù)據(jù)庫組態(tài)等也要分段擴(kuò)展，HS2000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接與軟件修改下裝都較簡單，每次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展都可在幾小時內(nèi)完成，對生產(chǎn)影響較小。 系統(tǒng)投運(yùn)初期，HS2000系統(tǒng)多次發(fā)生死機(jī)，之后和利時公司派人對各控制站更換了新的軟件版本，更換版本后DCS系統(tǒng)幾乎未發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。 3．3　幾項(xiàng)技術(shù)措施 我們對DCS系統(tǒng)與全數(shù)字式直流調(diào)速柜之間的模擬信號加裝了信號隔離器，避免相互間干擾。由于HS2000系統(tǒng)開關(guān)量端子板為繼電器隔離，固態(tài)繼電器的驅(qū)動電流有限，我們設(shè)計采用中間繼電器來驅(qū)動接觸器起停電機(jī)。固態(tài)繼電器的漏電流對線圈電壓為AC220V的中間繼電器無影響，但對線圈電壓為DC24V的中間繼電器有影響，會產(chǎn)生誤動作，我們在固態(tài)繼電器與直流繼電器之間，又加了一級交流中間繼電器，解決了這個問題。 在安裝DCS系統(tǒng)的各控制室，分別設(shè)置安全接地與屏蔽接地，屏蔽接地用銅板制作單獨(dú)接地極，接地電阻小于1Ω，并與交流接地隔離。 我們對DCS主機(jī)與I／O通道的交流電源采用分別供電，防止當(dāng)通道電源故障時影響主機(jī)，并且這樣設(shè)計可以保證在不停主機(jī)的狀態(tài)下檢修I／O通道。 為了禁止崗位工在操作站上玩游戲，我們刪除了Windows軟件中附帶的游戲。并且操作站計算機(jī)鑰匙由專人管理，較好地避免了各種不良軟件進(jìn)入計算機(jī)。 4　　幾點(diǎn)體會 1）HS2000DCS系統(tǒng)在金龍水泥廠的成功應(yīng)用，證明國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的性能已達(dá)到或接近國外同類產(chǎn)品的水平，可以滿足水泥廠生產(chǎn)控制的要求，并且采用國產(chǎn)系統(tǒng)在技術(shù)培訓(xùn)、售后服務(wù)及提供備品備件等方面，都比國外系統(tǒng)更為方便。 2）我國有大量的中小水泥廠面臨著技術(shù)改造，我們認(rèn)為DCS系統(tǒng)采用“分散控制、分散操作、集中調(diào)度管理”的模式，比較適合中小水泥廠現(xiàn)有的操作管理習(xí)慣，并且可省去中央控制室，降低改造費(fèi)用。目前我們正在設(shè)計的某濕法水泥廠與某立窯技改項(xiàng)目，都是采用這種模式。 3）DCS系統(tǒng)的設(shè)計中要加強(qiáng)信號隔離，特別是要加強(qiáng)與直流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置及隨設(shè)備配套的小型PLC之間的信號隔離，防止相互干擾。 4）為了保證DCS系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行，對用戶的崗位操作人員和系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)尤為重要，除了在DCS供應(yīng)商處進(jìn)行培訓(xùn)外，更重要的是由設(shè)計人員在現(xiàn)場進(jìn)行培訓(xùn)，通過與用戶技術(shù)人員一起進(jìn)行DCS系統(tǒng)的安裝、查線、調(diào)試、投運(yùn)以及故障處理，讓用戶真正掌握DCS應(yīng)用技術(shù)。