摘 要：以活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線為例，詳細闡述了國產(chǎn)DCS的硬件配置、控制功能、冗余性及其特點，以及DCS較PLC控制的優(yōu)越性。實踐證明，DCS的成功應(yīng)用可為企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：DCS； 活性石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線； 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6O年代，存在著設(shè)計原理落后、不能冗余設(shè)計、不能熱拔插、運算效率低、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)檢修或某個模塊發(fā)生錯誤時，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)合先進的自動控制技術(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)的擴展更為方便，結(jié)構(gòu)更為靈活、簡潔。友好的人機界面更適合國情，易于掌握，操作、維護方便。各種優(yōu)化算法及控制策略的運用，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)品提供了堅實的保障。
　　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。整個生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)本著節(jié)約投資而不影響自動化水平的原則進行建設(shè)，系統(tǒng)控制點數(shù)近400點。目前該生產(chǎn)線已投產(chǎn)6個月，系統(tǒng)運行良好，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，避免了由于某個部件失效而影響運行，從而保證了整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。冗余控制器和上位機之間采用了冗余TCP／IP進行通訊，確保網(wǎng)絡(luò)在任意一點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，任何一個控制器或通訊模塊的停機都不會影響通訊的正常運行。
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，并實現(xiàn)了以下控制功能：① 生產(chǎn)過程參數(shù)的采集、運算處理和顯示；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、日報、月報等打印；⑧ 生產(chǎn)過程主要參數(shù)的趨勢記錄、顯示、打印；⑦ 生產(chǎn)過程動態(tài)流程圖畫面顯示、打印；⑧電機的備妥、運行、故障等顯示；⑨設(shè)備組啟動、停車、緊停、備妥檢查、控制和故障判斷等。當某設(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)工藝的特點和設(shè)備要求的啟停條件進行啟動和運行，滿足了工藝的要求，并且保護了設(shè)備，使設(shè)備能夠安全運行。在成組設(shè)備的控制中，用戶能根據(jù)實際情況進行連鎖／解鎖選擇，增強了系統(tǒng)的可靠性。在生產(chǎn)線設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會發(fā)出故障報警信號，在某些控制點還可根據(jù)工藝要求進行控制動作。
　　從多個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個控制器（CPU模塊）、2個電源模塊、2個通訊模塊和1個冗余控件。這樣兩套熱備冗余的控制單元就完全保證了整個過程控制級在控制器、電源、通訊、機架所有環(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轉(zhuǎn)，從而可以保障在活性石灰生產(chǎn)過程中，不會因為某一套自動控制系統(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倍的速度運算，同時進行I／O掃描，處理控制器之間、控制器與主機之間的通訊并保持和熱備控制器的同步。此外，系統(tǒng)還具有點對點通訊能力，控制器之間可通過高速以太網(wǎng)直接進行通訊而無須通過上位路由，并且采用了遇等則報的通訊原則從而提高了通訊效率。
　　（3）系統(tǒng)在設(shè)計時全部采用模塊化的結(jié)構(gòu)方式，在控制網(wǎng)上可以擴展控制單元至萬個節(jié)點，內(nèi)在的擴展性可支持小到一個I／O模塊，大到上千個I／O模塊系統(tǒng)，且不需要改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，當系統(tǒng)控制范圍擴充時只需增加相應(yīng)的控制單元和卡件即可進行擴展，同時各模塊可以實現(xiàn)熱拔插而不影響原來系統(tǒng)的正常運行。
　　（4）系統(tǒng)具有開放性，實現(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；實現(xiàn)了在人機接口上對外開放；實現(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，提供了具有高價值和高可用性的各種報表，這些報表對生產(chǎn)過程中采集的數(shù)據(jù)進行了加工、整理及分析，為生產(chǎn)決策提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　（6）系統(tǒng)在開發(fā)過程中極其重視人機交互的人性化，其界面直觀，操作簡單，還提供了語音報警，方便了客戶的使用，為生產(chǎn)線的安全運行提供了可靠的保障。
3 結(jié)語
　　綜上所述，該DCS系統(tǒng)運行穩(wěn)定，運算效率高，控制效果良好，生產(chǎn)過程中各項工藝指標正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可達到自動控制的目的，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)用的一個范例。
參考文獻
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