概述 自80年代中期以來，集散型控制系統（DCS）在我國水泥工業中的應用越來越廣泛，采用DCS系統的水泥企業在調度管理、生產技術和產品的產質量等方面都有較大提高。 1995年我們承擔了鄭州金龍水泥廠設計，在進行DCS選型的過程中，借鑒了玻璃企業應用國產DCS系統的成功經驗，通過到玻璃企業調查了解HS1000系統的運行情況，又到北京和利時公司詳細了解HS2000系統的硬件軟件功能，堅定了我們采用國產DCS系統的信心。經與金龍水泥廠有關同志的充分討論，決定在鄭州金龍水泥廠的自動化設計中采用國產HS2000DCS系統。 鄭州金龍水泥廠DCS系統由我院成套供貨，并承擔全部工程應用軟件組態與整個系統的聯機調試。自1997年8月起，DCS系統按照生料、燒成、制成三個工段與工藝設備同步投運，到1997年12月初全廠DCS系統都成功投入運行，并于1997年12月底與整條生產線一起通過竣工驗收。自投產以來，經過一年多的運行考核，DCS系統基本運行正常，滿足了水泥生產的需要。 1　HS2000系統的特點 1．1　HS2000系統的網絡結構 HS2000系統網絡為三層結構，每層完成其特定的功能。第一層為管理網MNET，主要完成不同裝置間的協調與企業內部的管理通。第二層為系統網SNET，主要完成各控制站、操作站之間的通訊，為雙冗余結構，采用工業令牌總線協議。第三層為控制網CNET，主要完成控制站內部各I／O模板與CPU模板之間的通訊，采用國際上較為成熟的CANBUS現場總線。這種三層網絡結構，與國外流行的DCS系統結構基本一致。 1．2　HS2000系統的硬件特點 HS2000系統的操作員站采用標準工控機，一般采用研華或美國TM公司產品，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系統現場控制站的設計吸取了國外集散系統的先進經驗，硬件具有可靠性高、分散度高和可冗余配置的技術特色。 控制站I／O模板均為智能模板，具有自診斷、自恢復功能；將傳統的I／O模板分解為信號轉換板、調理板和接線端子三部分，縮小了故障影響區域。系統的電源單元、CPU主控模板、各種I／O模板均可根據需要進行冗余配置；每塊主控模板上背負兩塊SNET網絡通訊模板，自然形成SNET網絡冗余。由于各模板之間采用CNET網絡通訊以及I／O模板全智能化，使得各模板均可在系統運行中帶電拔插，減少了故障修復停機時間，采取這些措施大大提高了系統的可靠性。 1．3　HS2000系統的軟件特點 HS2000系統軟件是在Windows3．X環境下組態與運行，全漢化軟件，組態靈活，調試較方便。系統軟件分為離線組態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，進行系統應用軟件組態。對模擬量控制提供功能塊圖組態，對開關量控制提供梯形圖組態，模擬量組態與開關量組態可相互調用。圖形生成主要是采用Windows3．X環境下的畫板與剪貼板，由用戶手繪生成，系統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點、軟開關、熱鍵等。系統軟件具有較強的自診斷能力，在系統運行中周期性對系統網絡及各模板的狀態進行自診斷，提供狀態顯示報警。 2　　金龍水泥廠DCS系統 2．1　DCS系統結構 金龍水泥廠DCS系統按照“分散控制、分散操作、集中調度管理”的要求進行設計。 整個DCS系統結構簡圖整個DCS系統按照生料、燒成和制成三個工段劃分，分設在四個控制室和廠調度室內。生料和制成工段DCS設置在生料和水泥磨頭控制室，分別設一臺控制站、一臺操作站和一臺打印機。燒成工段DCS在窯尾喂料控制室設一臺控制站，在窯頭控制室設兩臺控制站、兩臺操作站和一臺打印機。同時在窯頭控制室還設有多媒體窯頭看火計算機、窯筒體測溫計算機等自動化設備。在廠調度室設置一臺操作站，作為調度管理計算機。 2．2　DCS系統的硬件配置 生料、燒成和制成工段的操作站，均采用研華工控機，主板為486／66、8M內存、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用工程師鍵盤。為降低成本，調度室操作站采用普通商業機（國產長城機）配14″彩顯、普通鍵盤和軌跡球。整個系統沒有專設工程師站，各操作站都可兼作工程師站，進行系統組態、測試、修改和下裝。 各控制站均為立式機柜，每個機柜內安裝1～2個機架，配置CPU主控模板、電源單元、模擬量與開關量I／O接口板、I／O調理板及端子板等。控制站輸入／輸出的模擬量均為4～20mA信號，開關量均為AC220V信號。 全廠DCS系統的通訊網為冗余配置，各控制站的系統電源單元和通道電源單元均為冗余配置。 2．3　DCS系統的主要功能 金龍水泥廠DCS系統的主要控制功能包括過程參數檢測控制和工藝線機電設備起停控制兩部分。按照工藝聯鎖開機順序控制機電設備起停，當發生故障時聯鎖停機。系統檢測各熱工參數，并給定控制風、料、煤、窯速等重要參數，穩定工藝生產過程。 HS2000系統任一操作站都可對全系統進行操作，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軟件時，根據每個操作站的控制范圍，組態相應的控制畫面，保證每個操作站只響應本工段內的控制操作信息。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監視要求。 廠調度室操作站組態取消了全部操作功能，只顯示全廠各工段的過程參數及設備開停信息，做到只監視不操作。 3　金龍水泥廠DCS系統的工程實踐 3．1　DCS系統的調試 在設備組裝與拷機階段，我們多次派人去和利時公司檢查監制，出廠前進行了設備驗收，確保系統質量。同時我們組織金龍水泥廠軟件技術人員去和利時公司進行技術培訓，之后又組織金龍水泥廠技術人員與儀表工來我院進行技術培訓，通過培訓使他們對DCS系統與全廠自動化裝備有了較全面的了解。 在設備安裝階段，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系統所有I／O點進行了檢查，并對接線錯誤逐一糾正，只有接線檢查正確才允許通電調試。由于檢查調試的時間緊任務重，我們采用分組檢查，分組調試的辦法，在較短的時間里完成了調試任務。 3．2　DCS系統的投運 金龍水泥廠生產線是按照工藝順序分段投產，所以DCS系統也是按照生料、燒成、制成至全廠調度室的順序分段投運。每一工段DCS的投運，都要先進行無負荷聯動試車與聯鎖停機試驗考核，考核合格才能進行帶負荷運行。 DCS系統的分段投運就要求系統網絡分段擴展，系統組態與數據庫組態等也要分段擴展，HS2000系統網絡聯接與軟件修改下裝都較簡單，每次進行網絡擴展都可在幾小時內完成，對生產影響較小。 系統投運初期，HS2000系統多次發生死機，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系統幾乎未發生死機現象。 3．3　幾項技術措施 我們對DCS系統與全數字式直流調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系統開關量端子板為繼電器隔離，固態繼電器的驅動電流有限，我們設計采用中間繼電器來驅動接觸器起停電機。固態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，會產生誤動作，我們在固態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系統的各控制室，分別設置安全接地與屏蔽接地，屏蔽接地用銅板制作單獨接地極，接地電阻小于1Ω，并與交流接地隔離。 我們對DCS主機與I／O通道的交流電源采用分別供電，防止當通道電源故障時影響主機，并且這樣設計可以保證在不停主機的狀態下檢修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。并且操作站計算機鑰匙由專人管理，較好地避免了各種不良軟件進入計算機。 4　　幾點體會 1）HS2000DCS系統在金龍水泥廠的成功應用，證明國產DCS系統的性能已達到或接近國外同類產品的水平，可以滿足水泥廠生產控制的要求，并且采用國產系統在技術培訓、售后服務及提供備品備件等方面，都比國外系統更為方便。 2）我國有大量的中小水泥廠面臨著技術改造，我們認為DCS系統采用“分散控制、分散操作、集中調度管理”的模式，比較適合中小水泥廠現有的操作管理習慣，并且可省去中央控制室，降低改造費用。目前我們正在設計的某濕法水泥廠與某立窯技改項目，都是采用這種模式。 3）DCS系統的設計中要加強信號隔離，特別是要加強與直流調速裝置、變頻調速裝置及隨設備配套的小型PLC之間的信號隔離，防止相互干擾。 4）為了保證DCS系統的長期可靠運行，對用戶的崗位操作人員和系統維護技術人員的技術培訓尤為重要，除了在DCS供應商處進行培訓外，更重要的是由設計人員在現場進行培訓，通過與用戶技術人員一起進行DCS系統的安裝、查線、調試、投運以及故障處理，讓用戶真正掌握DCS應用技術。