DCS在活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的應(yīng)用

0 引言
　　目前國內(nèi)建成的活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線在自動(dòng)控制領(lǐng)域中普遍采用的是PI C（可編程序控制器）控制技術(shù)。該技術(shù)產(chǎn)生于2O世紀(jì)6O年代，存在著設(shè)計(jì)原理落后、不能冗余設(shè)計(jì)、不能熱拔插、運(yùn)算效率低、響應(yīng)速度慢等問題，從而影響了整條石灰生產(chǎn)線的效率，并且一旦系統(tǒng)檢修或某個(gè)模塊發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，需要中斷活性石灰生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，往往對生產(chǎn)造成比較大的影響。在這種情況下，更為先進(jìn)的DCS系統(tǒng)被應(yīng)用于活性碳回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線上。
1 DCS系統(tǒng)
　　活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線采用DCS（集散控制系統(tǒng)）控制模式，是在充分了解活性石灰生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)而成的。與傳統(tǒng)常規(guī)儀表和PI C相比，該活性石灰生產(chǎn)線集散控制系統(tǒng)有著很大的優(yōu)越性，例如控制集中、危險(xiǎn)分散、網(wǎng)絡(luò)冗余、CPU冗余、電源冗余、各種模件冗余及可熱拔插。另外該系統(tǒng)還采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，使系統(tǒng)的擴(kuò)展更為方便，結(jié)構(gòu)更為靈活、簡潔。友好的人機(jī)界面更適合國情，易于掌握，操作、維護(hù)方便。各種優(yōu)化算法及控制策略的運(yùn)用，可使生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，為產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的石灰產(chǎn)品提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
　　本文介紹河南安陽豫鑫活性石灰有限公司的300t／d活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線。整個(gè)生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)本著節(jié)約投資而不影響自動(dòng)化水平的原則進(jìn)行建設(shè)，系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)近400點(diǎn)。目前該生產(chǎn)線已投產(chǎn)6個(gè)月，系統(tǒng)運(yùn)行良好，無論從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性上，還是從系統(tǒng)人機(jī)交互的方式和控制功能上來講，用戶對系統(tǒng)都很滿意，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的控制目的。DCS系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)見圖1。

　　該生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)采用雙CPU 熱備冗余的構(gòu)架，避免了由于某個(gè)部件失效而影響運(yùn)行，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。冗余控制器和上位機(jī)之間采用了冗余TCP／IP進(jìn)行通訊，確保網(wǎng)絡(luò)在任意一點(diǎn)的斷開都不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作。冗余控制器之間的通訊也采用了冗余光纖通訊方式，任何一個(gè)控制器或通訊模塊的停機(jī)都不會影響通訊的正常運(yùn)行。
2 DCS系統(tǒng)功能
　　安陽豫鑫活性石灰生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)中，涵蓋了整條生產(chǎn)線中主要的控制點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了以下控制功能：① 生產(chǎn)過程參數(shù)的采集、運(yùn)算處理和顯示；② 生產(chǎn)過程操作及控制；③生產(chǎn)過程的故障報(bào)警、顯示、打印；④生產(chǎn)過程的日志記錄、顯示、打印；⑤ 生產(chǎn)過程的班報(bào)、日報(bào)、月報(bào)等打印；⑧ 生產(chǎn)過程主要參數(shù)的趨勢記錄、顯示、打印；⑦ 生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)流程圖畫面顯示、打印；⑧電機(jī)的備妥、運(yùn)行、故障等顯示；⑨設(shè)備組啟動(dòng)、停車、緊停、備妥檢查、控制和故障判斷等。當(dāng)某設(shè)備跳停后，畫面能立刻顯示直接原因。
　　該生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)的硬件配置為2臺操作員站兼工程師站、1臺現(xiàn)場控制柜（含配電及繼電器）。
　　在該系統(tǒng)中，無論從單機(jī)設(shè)備的啟停還是成組設(shè)備的啟停和回路的控制上來講，都是根據(jù)工藝的特點(diǎn)和設(shè)備要求的啟停條件進(jìn)行啟動(dòng)和運(yùn)行，滿足了工藝的要求，并且保護(hù)了設(shè)備，使設(shè)備能夠安全運(yùn)行。在成組設(shè)備的控制中，用戶能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行連鎖／解鎖選擇，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在生產(chǎn)線設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出故障報(bào)警信號，在某些控制點(diǎn)還可根據(jù)工藝要求進(jìn)行控制動(dòng)作。
　　從多個(gè)類似安陽豫鑫的成功案例中，我們總結(jié)出了DCS系統(tǒng)的以下特性：
　　（1）系統(tǒng)在過程控制級配置了2套完全熱備冗余的控制單元和一套輸入／輸出系統(tǒng)（i／o模塊），其中每套控制單元都包括1個(gè)控制器（CPU模塊）、2個(gè)電源模塊、2個(gè)通訊模塊和1個(gè)冗余控件。這樣兩套熱備冗余的控制單元就完全保證了整個(gè)過程控制級在控制器、電源、通訊、機(jī)架所有環(huán)節(jié)上的熱備冗余，使系統(tǒng)的可靠性發(fā)揮到最大，系統(tǒng)可以一直不問斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可以保障在活性石灰生產(chǎn)過程中，不會因?yàn)槟骋惶鬃詣?dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致生產(chǎn)停頓。
　　（2）系統(tǒng)采用高性能的處理器，控制器按高于PIC系統(tǒng)4倍～1O倍的速度運(yùn)算，同時(shí)進(jìn)行I／O掃描，處理控制器之間、控制器與主機(jī)之間的通訊并保持和熱備控制器的同步。此外，系統(tǒng)還具有點(diǎn)對點(diǎn)通訊能力，控制器之間可通過高速以太網(wǎng)直接進(jìn)行通訊而無須通過上位路由，并且采用了遇等則報(bào)的通訊原則從而提高了通訊效率。
　　（3）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)全部采用模塊化的結(jié)構(gòu)方式，在控制網(wǎng)上可以擴(kuò)展控制單元至萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，內(nèi)在的擴(kuò)展性可支持小到一個(gè)I／O模塊，大到上千個(gè)I／O模塊系統(tǒng)，且不需要改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)系統(tǒng)控制范圍擴(kuò)充時(shí)只需增加相應(yīng)的控制單元和卡件即可進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)各模塊可以實(shí)現(xiàn)熱拔插而不影響原來系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
　　（4）系統(tǒng)具有開放性，實(shí)現(xiàn)了控制器對外開放，支持串口通訊、EthernetTCP／IP、Profibus、ModBus、InterBus、CANOpen、DeviceNet等通訊方式；實(shí)現(xiàn)了在人機(jī)接口上對外開放；實(shí)現(xiàn)了與上層的信息管理系統(tǒng)的接口。
　　（5）系統(tǒng)提供了適合各個(gè)層面和具有各種不同操作習(xí)慣的人的控制界面，提供了具有高價(jià)值和高可用性的各種報(bào)表，這些報(bào)表對生產(chǎn)過程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加工、整理及分析，為生產(chǎn)決策提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　（6）系統(tǒng)在開發(fā)過程中極其重視人機(jī)交互的人性化，其界面直觀，操作簡單，還提供了語音報(bào)警，方便了客戶的使用，為生產(chǎn)線的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。
3 結(jié)語
　　綜上所述，該DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)算效率高，控制效果良好，生產(chǎn)過程中各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可達(dá)到自動(dòng)控制的目的，是國產(chǎn)DCS系統(tǒng)在活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線上成功應(yīng)用的一個(gè)范例。