甘翠蘭

（新疆石河子開發(fā)區(qū)青松天業(yè)水泥有限公司，石河子市832012）

CS3000在電石渣制水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

甘翠蘭

（新疆石河子開發(fā)區(qū)青松天業(yè)水泥有限公司，石河子市832012）

0 前言

石河子開發(fā)區(qū)青松天業(yè)水泥有限公司2005年建成日產(chǎn)1000噸水泥熟料生產(chǎn)線，該項(xiàng)目作為新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要項(xiàng)目，以天業(yè)化工20萬噸聚氯乙烯項(xiàng)目產(chǎn)生的電石渣100%替代石灰石作原料生產(chǎn)水泥熟料。該生產(chǎn)線結(jié)合新型干法工藝特點(diǎn)及電石渣的化學(xué)特性，組合建成的帶有烘干破碎及旋風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)的干法生產(chǎn)線。

該生產(chǎn)線配置的DCS控制系統(tǒng)，選用了CENTUM-CS3000大規(guī)模集散控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)是相對于CENTUM-CS系統(tǒng)而開發(fā)的XP環(huán)境下的控制系統(tǒng)，它繼承了CENTUM-CS系統(tǒng)的可靠性和高性能的優(yōu)點(diǎn)，同時具有了中文版XP操作系統(tǒng)的開放性和友好人機(jī)界面。CS3000系統(tǒng)構(gòu)成由人機(jī)接口單元（工作站）、現(xiàn)場控制站和通信網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成。

1 CENTUM CS3000系統(tǒng)的特征

1.1 綜合性和開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CS3000是大規(guī)模集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用W indows XP標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，支持DDE/OPC。既可以直接使用PC機(jī)通訊的MS-Excel Visual Basic編程報表及程序開發(fā)，也可同在UNIX上運(yùn)行的大型Oracal數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。此外，系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于與不同廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進(jìn)行通信。

1.2 高可靠性和高效性

采用了高可靠性能的硬件控制站，I/O模件采用表面封裝技術(shù)，具有1500VAC/分抗沖擊性能，系統(tǒng)接地電阻小于100歐姆等多項(xiàng)高可靠性尖端技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的抗干擾、耐環(huán)境等特點(diǎn)，適用于條件較差的工業(yè)環(huán)境。

控制站FCS采用高速RISC處理器VR5432，內(nèi)存32M，可進(jìn)行64位浮點(diǎn)運(yùn)算，具有強(qiáng)大的運(yùn)算和處理功能。此外，還可以實(shí)現(xiàn)諸如多變量控制，模型預(yù)測控制，模糊邏輯控制等多種高級控制功能。

1.3 高效的工程化方法

CENTUM-CS3000采用Control Draw ing圖進(jìn)行軟件設(shè)計及組態(tài)，使方案設(shè)計及軟件組態(tài)同步進(jìn)行，最大限度地簡化了軟件開發(fā)流程。提供動態(tài)仿真測試軟件，有效地減少了現(xiàn)場軟件調(diào)試時間。

1.4 可擴(kuò)展性

具有構(gòu)造大型實(shí)時過程信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統(tǒng)。

1.5 與即有系統(tǒng)的兼容性

CENTUM-CS3000與以往的系統(tǒng)可以通過總線轉(zhuǎn)換單元，方便地連接在一起，實(shí)現(xiàn)對即有相同的監(jiān)視和操作。

2 DCS控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和配置

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

CS3000系統(tǒng)配置了4臺工作站，3臺HIS操作站、1臺WES工程師站組成。1臺具備組態(tài)和操作功能，另外三臺工作站具備操作功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 該控制系統(tǒng)配置情況

2.2.1 人機(jī)接口

系統(tǒng)配置了四臺工作站，一臺工作站具備組態(tài)和操作功能，另外三臺工作站具備操作功能。系統(tǒng)配置3臺打印機(jī)。每臺工作站都帶有獨(dú)立的主機(jī)，工作站之間具備工作冗余的特點(diǎn)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫容量為100000個工作號。選用橫河電機(jī)指定的DELL PC作為工程師站和操作員站，操作站及工程師站的配置如下：P4 2.8CHz、256MB RAM、60GB HD、1.44MB 3.5‘FD、52X CD-ROM、19’液晶。工作站配有專用V net/IP通信卡。

2.2.2 現(xiàn)場控制站

系統(tǒng)配備了三臺現(xiàn)場控制器（AFV10S），其中FCS0101對原料壓縮、空壓機(jī)房、燒成窯尾及窯中進(jìn)行控制；FCS0103用于水泥調(diào)配、水泥粉磨、水泥儲存的控制，F(xiàn)CS0101號控制站帶有兩個遠(yuǎn)程控制節(jié)點(diǎn)，主要用于控制和檢測的范圍是原料壓濾和空壓機(jī)房。ESB-BUS的通訊數(shù)率為128MB/s。AFV10S控制器的處理器為VR5432,主頻為133MHz，內(nèi)存為32MB，控制回路最快的執(zhí)行周期為50ms。帶9個I/O控制節(jié)點(diǎn)。模擬量I/O卡為16點(diǎn)卡，數(shù)字量I/O卡為32點(diǎn)卡，卡件配有獨(dú)立的集成型端子板，I/O卡通過專用的信號電纜與端子板連接。

2.2.3 通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)配有實(shí)時數(shù)據(jù)網(wǎng)Vnet/IP。V net/IP網(wǎng)采用IEEE802.3以太網(wǎng)傳輸協(xié)議，速率為100Mbps,中央控制室和三個控制站之間采用光纖連接。內(nèi)部ESB總線通訊速率128Mbps。Ethernet網(wǎng)上可進(jìn)行OPC通訊。Vnet/IP網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用光纖，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)20km。

3 系統(tǒng)控制所包含的主要工藝過程

（1）料漿庫的監(jiān)視和測量。

（2）壓縮空氣、循環(huán)水的輔助設(shè)施控制。

（3）配庫系統(tǒng)：對庫位高低控制進(jìn)庫和出庫的流量。

（4）物料的壓濾和輸送控制：采用聯(lián)鎖和順序控制的方式控制壓濾機(jī)和輸送設(shè)備。

（5）窯尾煙氣處理：通過控制窯尾風(fēng)機(jī)閥門開度，穩(wěn)定系統(tǒng)熱工制度平衡。

（6）回轉(zhuǎn)窯的控制：通過窯速控制進(jìn)一步控制喂料量的大小，確保熟料煅燒質(zhì)量。

（7）窯頭篦冷機(jī)控制：控制篦冷機(jī)的風(fēng)量、料層溫度和推料速度。

（8）煤粉制備系統(tǒng)：進(jìn)行煤粉制備和存儲。

（9）水泥制備系統(tǒng)：水泥配料、粉磨和存儲。

4 系統(tǒng)控制方案的應(yīng)用實(shí)例

4.1 窯尾烘干破碎機(jī)系統(tǒng)的控制

烘干破碎機(jī)在窯尾系統(tǒng)中起著重要的作用，為確保烘干破碎機(jī)的安全正常運(yùn)行，在工藝中采用了聯(lián)鎖控制：旋風(fēng)筒鎖風(fēng)閥聯(lián)鎖烘干破碎機(jī)，烘干破碎機(jī)聯(lián)鎖進(jìn)料皮帶。工藝系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 烘干破碎機(jī)工藝圖

軟件組態(tài)控制回路圖如圖3所示。烘干破碎機(jī)的啟動聯(lián)鎖有鎖風(fēng)下料器0604M 1-4的運(yùn)行信號，和液體啟動柜啟動完畢信號共同作為必備條件，順控模塊ST16確定開機(jī)順序，LC64邏輯模塊確定各連鎖設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，確保系統(tǒng)的安全啟動。

圖3 烘干破碎機(jī)啟動控制回路圖

4.2 回轉(zhuǎn)窯與喂料裝置速度的聯(lián)動控制

在熟料的煅燒過程中，窯速和喂料量的調(diào)整對系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和熟料的煅燒質(zhì)量起到非常關(guān)鍵的作用?；剞D(zhuǎn)窯的電力拖動是直流電動機(jī)，采用的是590控制器進(jìn)行調(diào)速控制。喂料裝置采用螺旋雙管輸送，調(diào)速采用ABBASC800變頻調(diào)速。在工藝控制不穩(wěn)定的情況下，兩臺設(shè)備的控制在中控獨(dú)立操作互不影響，當(dāng)工藝條件滿足時喂料雙管螺旋的轉(zhuǎn)速將隨著窯速的變換而變化。

如圖4所示，當(dāng)需要聯(lián)動時，比值控制選擇06PP/SW-91的輸出端S10受S12輸入端控制。

當(dāng)SW=1時，S10=S11，螺旋雙管轉(zhuǎn)速由0608AF1/MLD-PVI的MV控制。

當(dāng)SW=2時，S10=S12，螺旋雙管轉(zhuǎn)速由06P/CALCU的CPV控制。

06P/CALCU編程為：

alias A 06SC.MV

aliasB 0701AF.PV（注：0701AF.PV是窯速的反饋值）

CPV=K*A*B（K值為常數(shù)）

CPV的值的大小決定了螺旋雙管轉(zhuǎn)速隨窯速的變化而變化。

圖4 喂料螺旋雙管與窯速控制圖

4.3 水泥配料控制

在傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)過程中生料制備和水泥生產(chǎn)所采用的原料組分相對穩(wěn)定，控制方案簡單。而該條生產(chǎn)線由于所用的原料全部是工業(yè)廢渣，參與生產(chǎn)的原料組分多、復(fù)雜，調(diào)配頻繁。因此要求各組分進(jìn)行調(diào)整時，中控的操作控制要及時靈活，同時對下料情況進(jìn)行監(jiān)控。為滿足工藝控制要求，系統(tǒng)在組態(tài)編程時采用調(diào)用配料表的方式，在配料表中可同時監(jiān)控到參與控制的所有喂料秤的運(yùn)行情況。

如表1所示，在總給定量確定后，選擇不同的喂料秤，給出配比就可方便的對給料量進(jìn)行控制。當(dāng)化驗(yàn)室對組分調(diào)整時，中控可選擇不同的喂料秤進(jìn)行配料。當(dāng)配料結(jié)果偏離指標(biāo)時，中控可調(diào)節(jié)秤比例來滿足指標(biāo)要求。同時可對總累積量進(jìn)行清零，可方便各班組之間的核算。

表1 配料表

5 控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

通過對該系統(tǒng)的使用，系統(tǒng)的功能滿足了生產(chǎn)過程的要求，其主要功能優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）結(jié)合工藝流程確保了系統(tǒng)的安全運(yùn)行：在安全設(shè)計方面對大型設(shè)備設(shè)定了各種溫度、振動等信息的聯(lián)鎖信號，重要設(shè)備參數(shù)的異常不僅有信息提示而且采用聲光報警；根據(jù)生產(chǎn)需要合理組合設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，使系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)安全可靠。

（2）每個操作員站都帶有獨(dú)立的主機(jī)，冗余數(shù)據(jù)通訊總線，所有操作站組態(tài)相同，并列運(yùn)行互為備用，既可分工完成不同的顯示與控制功能，也可完成相同的顯示與控制功能。但對操作人員的操作、監(jiān)視權(quán)限進(jìn)行限制，提高操作的安全性。

（3）在工程軟件編制中，工程技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要，通過組合用戶名稱、指定密碼、分配所屬的組來對操作人員指定相應(yīng)操作權(quán)限或?qū)γ恳徊僮鲗ο筚x予一定的可操作范圍、重要度、報警優(yōu)先級等。

6 系統(tǒng)的抗干擾措施

由于水泥廠工藝線較長，外界環(huán)境相對較差，大容量的電氣設(shè)備較多，現(xiàn)場的干擾源較多，為確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)的設(shè)計和安裝過程中，都注重了外界干擾對系統(tǒng)的影響并采取相應(yīng)的抗干擾措施，具體措施有：

（1）所有的I/O進(jìn)線采用屏蔽電纜，并且在現(xiàn)場站控制柜側(cè)接地處理。

（2）來自現(xiàn)場的信號采用信號隔離器和中間繼電器隔離的方式。

（3）DCS系統(tǒng)的接地采用單獨(dú)接地系統(tǒng)與電氣接地系統(tǒng)分開。

（4）采用UPS單獨(dú)供電系統(tǒng)。

（5）I/O模件采用表面封裝技術(shù)，具有1500VAC/分抗沖擊性能，系統(tǒng)接地電阻小于100歐姆等高可靠性尖端技術(shù)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

（6）系統(tǒng)在設(shè)計時，還采用了光電隔離、高共模抑制比等抗干擾措施。

7 結(jié)束語

該系統(tǒng)自2005年投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證了水泥生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，使企業(yè)獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

（編輯：向仕強(qiáng)）

TM 76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）03-0049-04

2010-03-22】