CPO-PCS水泥生产过程计算机控制系统
一、概述
CPO-PCS过程控制系统是合肥水泥研究设院自动化所运用最新计算机技术与控制技术，结合多年来在水泥生产电气及过程控制方面积累的经验，以低投入、优化控制、管控一体化和可靠性为主要目标，针对国内不同规模、不同工艺水泥生产线开发的计算机控制系统。
CPO-PCS系统在传统DCS分散控制、集中操作的基础上，采用现场总线技术，不但可以使现场控制更加分散、可靠与安全，而且更能节省电缆及其施工费用；操作层面采用开放的标准网络，可以直接与生产管理系统连接。
CPO-PCS系统可以把CPO系列的各项优化控制技术与装备“无逢” 集成在同一系统中，比如：通过现场总线直接把CPO-QCS 生料质量控制系统融合在一起。这样既避免了不同系统之间衔接上的技术问题，提高了控制水平，又减少了多个控制系统重复的资源浪费，降低了自动化的整体投资。
CPO-PCS系统具有先进、可靠、价格低、使用维护方便等特点，为生产企业提高控制与管理水平，进一步提高劳动生产率提供了一种很好的解决方案。
二、系统组成
CPO-PCS系统可以分为基本系统和可选功能两大部分。
1.基本系统。
CPO-PCS基本系统由操作站、控制站、控制软件及网络四大部分组成。
(1)操作站
采用工业控制PC机。基本配置：PⅢ/550，128M内存，15G硬盘；21″彩色监视器；彩色打印机。
(2)控制站
采用原装进口控制器。目前主要采用德国西门子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器。
(3)控制软件。
包括操作站实时监控软件、控制站实时控制软件及相应的通讯软件。
(4)网络
采用国际标准的、开放的网络通讯方式。原则上在控制室一级采用802.3标准的ETHERNET网络协议，现场采用PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工业现场总线。
2.可选功能
所有的可选功能均可以直接通过计算机网络与基本系统融成一体。
(1)工程师站
根据工程应用及用户的实际需要，可以单独设立工程师站。工程师站可以用台式PC，也可以用机动性较强的便携机。在一次投资不足的工程中可以由操作站兼作工程师站。
(2)远程诊断系统
通过拨号连接，实现对控制系统和（或）生产过程的远程诊断。
(3)电子数据存档系统
可以实现控制软件、控制参数及生产数据的电子存档。
(4)生产管理系统
CPO-PCS基本系统可以与生产管理系统直接相连，也可以选用CPO系列的CPO-PMS生产管理系统，实现管控一体化。
(5)CPO-QCS配料质量控制系统。
(6)CPO-KOS水泥窑优化控制系统。
(7)CPO-MOS磨机优化控制系统。
(8)CPO-OSC稀油站控制系统。
三、主要特点
1.可靠性高
(1)全部采用工业标准的产品
控制站用西门子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器，可靠性非常高。
(2)控制技术与设备经过工业现场恶劣条件的考验。
(3)主要控制设备采用原装进口的名牌产品。
(4)操作站互为备用，每个操作站可以操作全线的工艺过程，安全性提高。
2.投资低
由于CPO-PCS系统根据水泥生产过程特点开发，量体裁衣，充分利用了系统的软硬件资源。同时，利用国内技术力量对进口设备进行系统集成，在保证质量的同时降低了系统成本。而其与CPO水泥生产专用优化控制系统结合在一起，不但简化整个控制系统，而且可以减少整体自动化投资。应用CPO-PCS系统，还可以节约基建投资，降低生产成本，提高劳动生产率。
3.开放性好
CPO-PCS系统开发伊始就考虑到开放性的重要意义，为此，整个系统各个主要组成部分都考虑到了开放、标准与通用的问题。
(1)采用开放的、符合802.3标准的ETHERNET网络协议和PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工业现场总线作为系统网络结构。
(2)操作站采用通用的工业PC机、WINDOWS环境，监控软件也可以连接其它各种通用的控制硬件。
(3)SIMATIC S7或QUANTUM系列控制器，不但可靠性高，而且速度快、容量大。是目前国内外工控领域的主流产品，编程软件符合IEC1131-3标准。
该系统良好的开放性意味着良好的灵活性、兼容性及可扩充性，顺应当前计算机系统的发展趋势。且易于与其它系统或装备联网，如组成全厂计算机信息管理系统等。
4.操作、维护简便
(1)大屏幕、高分辨率彩色监视器所显示的动态工艺过程等画面形象逼真，信息集中，反映及时, 且全部汉化，便于操作员对工艺状况作出快速、正确的判断。
(2)通用的键盘和鼠标操作，并有各种菜单、操作提示，易学易会，操作员无须专门的计算机知识。
(3)各种报警提示，如画面、语音、记录、打印等，提高了操作的安全性，便于事故分析。
(4)系统有自检功能，便于故障分析、查找。
(5)远程诊断功能使技术人员随时可以通过拨号进入CPO-PCS系统，使系统的监控、维护更加灵活和及时。
四、主要功能
1.操作站在传统DCS的基础上增加了如多媒体、图像处理等功能。
(1)生产总貌画面
(2)动态控制流程图
(3)动态趋势图
(4)设备启停及控制回路的操作、参数修改
(5)功能键定义
(6)动态画面彩色图形拷贝及报警画面显示与打印
(7)报表、历史参数的记录、显示与打印
(8)多媒体功能
(9)直接图像处理
2.控制站除用IEC1131-3标准的编程软件，
如：梯形逻辑图、语句表、标准控制语言、连续功能图等。对用户的特殊需要，还可以用BASIC、C/C++等高级语言编程。
3.通过拨号连接方法，实现对控制系统和（或）生产过程的远程诊断。便于系统及生产过程的监控和及时维护。
4.通过电子数据存档系统，可以对控制软件、控制参数及生产数据进行电子存档，便于长期保存和管理。
5.可以把CPO系列控制系统融合在一起。如：
(1)CPO-QCS配料质量控制系统
(2)CPO-MOS磨机优化控制系统
(3)CPO-KOS水泥窑优化控制系统
(4)CPO-PMS生产管理系统
(5)CPO-OSC稀油站控制系统
五、适用对象
CPO-PCS系统是一个开放的、以水泥生产控制为主要对象集成的通用计算机控制系统，它充分考虑了水泥生产中高温、高粉尘等现场较为恶劣环境的影响，以及水泥生产以一烧二磨为中心、连续生产、分布区域较广等工艺特点，具有可靠性高、价格低、技术先进、使用维护方便等特点。其主要适用对象为水泥生产过程。尤其对中小规模水泥生产企业，较好地解决了提高生产控制、管理水平与高投资之间的矛盾。
六、投资与效果
CPO-PCS具有低投入的特点，同时也节省了相关投资，其综合经济效果更为显著。
1.减少了现场岗位，优化人员组合，降低了人工费用。
2.减轻劳动强度、优化生产环境。
3.系统可靠性高，从而提高了设备运转率和寿命，降低消耗，减少生产成本。
4.集中操作节省了现场控制室的土建投资。
5.分散控制节省了现场电缆及电缆桥架、保护管、电缆沟等设备投资及安装、维护费用。
应用CPO-PCS系统的综合一次性投资，比传统DCS减少40%以上；比国产仪表系统仅增加约20%左右；比进口仪表系统减少10%以上。如果结合其产生的效益和长期运行费用，则其投资回报率远高于仪表系统。
七、应用实例
CPO-PCS系统控制水泥生产线的应用实例已有20多家，生产规模从300t/d到2000t/d，生产工艺包括预分解窑、窑外分解窑、立波尔窑、湿法窑等各种类型。以下简述二例：
1.关水泥厂700t/d窑外分解窑应用CPO-PCS系统。
控制对象：700t/d窑外分解窑烧成系统、煤粉制备及喂煤系统。
系统组成：由Profibus现场总线、二个操作站和二个控制站组成。
操作站采用工业控制PC机，配备21″彩色监视器，彩色打印机等。二个操作站互为备用，同时兼作工程师站。二个操作站设置在窑头控制室。
控制站采用德国西门子公司SIMATIC S7-412控制器。窑头控制站控制窑头、篦冷机、煤粉制备及喂煤系统，窑尾控制站控制窑尾、预热器、分解炉及喂料系统等。
用Profibus现场总线把二个操作站和二个控制站连成一个CPO-PCS计算机控制系统。
2.山东鲁碧建材有限公司1000t/d窑外分解窑应用CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系统集成。
山东鲁碧建材有限公司1000t/d窑外分解窑生产线上集成了CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系统。
生料制备中采用了CPO-QCS系统控制生料配料，CPO-OSC控制磨机减速机及主轴承油站；烧成系统中采用了CPO-KOS窑优化系统进行回转窑胴体扫描、烧成带温度、窑头工业电视等监控；CPO-OSC控制窑尾高温风机油站。
对应设置了五个现场控制站和三个操作站，其中一个操作站兼作工程师站。采用Profibus把几个系统集成为一体。
操作站采用工业控制PC机，配备21″彩色监视器，彩色打印机等。控制站采用德国西门子公司SIMATIC S7-313控制器。
CPO-PCS过程控制系统是合肥水泥研究设院自动化所运用最新计算机技术与控制技术，结合多年来在水泥生产电气及过程控制方面积累的经验，以低投入、优化控制、管控一体化和可靠性为主要目标，针对国内不同规模、不同工艺水泥生产线开发的计算机控制系统。
CPO-PCS系统在传统DCS分散控制、集中操作的基础上，采用现场总线技术，不但可以使现场控制更加分散、可靠与安全，而且更能节省电缆及其施工费用；操作层面采用开放的标准网络，可以直接与生产管理系统连接。
CPO-PCS系统可以把CPO系列的各项优化控制技术与装备“无逢” 集成在同一系统中，比如：通过现场总线直接把CPO-QCS 生料质量控制系统融合在一起。这样既避免了不同系统之间衔接上的技术问题，提高了控制水平，又减少了多个控制系统重复的资源浪费，降低了自动化的整体投资。
CPO-PCS系统具有先进、可靠、价格低、使用维护方便等特点，为生产企业提高控制与管理水平，进一步提高劳动生产率提供了一种很好的解决方案。
二、系统组成
CPO-PCS系统可以分为基本系统和可选功能两大部分。
1.基本系统。
CPO-PCS基本系统由操作站、控制站、控制软件及网络四大部分组成。
(1)操作站
采用工业控制PC机。基本配置：PⅢ/550，128M内存，15G硬盘；21″彩色监视器；彩色打印机。
(2)控制站
采用原装进口控制器。目前主要采用德国西门子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器。
(3)控制软件。
包括操作站实时监控软件、控制站实时控制软件及相应的通讯软件。
(4)网络
采用国际标准的、开放的网络通讯方式。原则上在控制室一级采用802.3标准的ETHERNET网络协议，现场采用PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工业现场总线。
2.可选功能
所有的可选功能均可以直接通过计算机网络与基本系统融成一体。
(1)工程师站
根据工程应用及用户的实际需要，可以单独设立工程师站。工程师站可以用台式PC，也可以用机动性较强的便携机。在一次投资不足的工程中可以由操作站兼作工程师站。
(2)远程诊断系统
通过拨号连接，实现对控制系统和（或）生产过程的远程诊断。
(3)电子数据存档系统
可以实现控制软件、控制参数及生产数据的电子存档。
(4)生产管理系统
CPO-PCS基本系统可以与生产管理系统直接相连，也可以选用CPO系列的CPO-PMS生产管理系统，实现管控一体化。
(5)CPO-QCS配料质量控制系统。
(6)CPO-KOS水泥窑优化控制系统。
(7)CPO-MOS磨机优化控制系统。
(8)CPO-OSC稀油站控制系统。
三、主要特点
1.可靠性高
(1)全部采用工业标准的产品
控制站用西门子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器，可靠性非常高。
(2)控制技术与设备经过工业现场恶劣条件的考验。
(3)主要控制设备采用原装进口的名牌产品。
(4)操作站互为备用，每个操作站可以操作全线的工艺过程，安全性提高。
2.投资低
由于CPO-PCS系统根据水泥生产过程特点开发，量体裁衣，充分利用了系统的软硬件资源。同时，利用国内技术力量对进口设备进行系统集成，在保证质量的同时降低了系统成本。而其与CPO水泥生产专用优化控制系统结合在一起，不但简化整个控制系统，而且可以减少整体自动化投资。应用CPO-PCS系统，还可以节约基建投资，降低生产成本，提高劳动生产率。
3.开放性好
CPO-PCS系统开发伊始就考虑到开放性的重要意义，为此，整个系统各个主要组成部分都考虑到了开放、标准与通用的问题。
(1)采用开放的、符合802.3标准的ETHERNET网络协议和PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工业现场总线作为系统网络结构。
(2)操作站采用通用的工业PC机、WINDOWS环境，监控软件也可以连接其它各种通用的控制硬件。
(3)SIMATIC S7或QUANTUM系列控制器，不但可靠性高，而且速度快、容量大。是目前国内外工控领域的主流产品，编程软件符合IEC1131-3标准。
该系统良好的开放性意味着良好的灵活性、兼容性及可扩充性，顺应当前计算机系统的发展趋势。且易于与其它系统或装备联网，如组成全厂计算机信息管理系统等。
4.操作、维护简便
(1)大屏幕、高分辨率彩色监视器所显示的动态工艺过程等画面形象逼真，信息集中，反映及时, 且全部汉化，便于操作员对工艺状况作出快速、正确的判断。
(2)通用的键盘和鼠标操作，并有各种菜单、操作提示，易学易会，操作员无须专门的计算机知识。
(3)各种报警提示，如画面、语音、记录、打印等，提高了操作的安全性，便于事故分析。
(4)系统有自检功能，便于故障分析、查找。
(5)远程诊断功能使技术人员随时可以通过拨号进入CPO-PCS系统，使系统的监控、维护更加灵活和及时。
四、主要功能
1.操作站在传统DCS的基础上增加了如多媒体、图像处理等功能。
(1)生产总貌画面
(2)动态控制流程图
(3)动态趋势图
(4)设备启停及控制回路的操作、参数修改
(5)功能键定义
(6)动态画面彩色图形拷贝及报警画面显示与打印
(7)报表、历史参数的记录、显示与打印
(8)多媒体功能
(9)直接图像处理
2.控制站除用IEC1131-3标准的编程软件，
如：梯形逻辑图、语句表、标准控制语言、连续功能图等。对用户的特殊需要，还可以用BASIC、C/C++等高级语言编程。
3.通过拨号连接方法，实现对控制系统和（或）生产过程的远程诊断。便于系统及生产过程的监控和及时维护。
4.通过电子数据存档系统，可以对控制软件、控制参数及生产数据进行电子存档，便于长期保存和管理。
5.可以把CPO系列控制系统融合在一起。如：
(1)CPO-QCS配料质量控制系统
(2)CPO-MOS磨机优化控制系统
(3)CPO-KOS水泥窑优化控制系统
(4)CPO-PMS生产管理系统
(5)CPO-OSC稀油站控制系统
五、适用对象
CPO-PCS系统是一个开放的、以水泥生产控制为主要对象集成的通用计算机控制系统，它充分考虑了水泥生产中高温、高粉尘等现场较为恶劣环境的影响，以及水泥生产以一烧二磨为中心、连续生产、分布区域较广等工艺特点，具有可靠性高、价格低、技术先进、使用维护方便等特点。其主要适用对象为水泥生产过程。尤其对中小规模水泥生产企业，较好地解决了提高生产控制、管理水平与高投资之间的矛盾。
六、投资与效果
CPO-PCS具有低投入的特点，同时也节省了相关投资，其综合经济效果更为显著。
1.减少了现场岗位，优化人员组合，降低了人工费用。
2.减轻劳动强度、优化生产环境。
3.系统可靠性高，从而提高了设备运转率和寿命，降低消耗，减少生产成本。
4.集中操作节省了现场控制室的土建投资。
5.分散控制节省了现场电缆及电缆桥架、保护管、电缆沟等设备投资及安装、维护费用。
应用CPO-PCS系统的综合一次性投资，比传统DCS减少40%以上；比国产仪表系统仅增加约20%左右；比进口仪表系统减少10%以上。如果结合其产生的效益和长期运行费用，则其投资回报率远高于仪表系统。
七、应用实例
CPO-PCS系统控制水泥生产线的应用实例已有20多家，生产规模从300t/d到2000t/d，生产工艺包括预分解窑、窑外分解窑、立波尔窑、湿法窑等各种类型。以下简述二例：
1.关水泥厂700t/d窑外分解窑应用CPO-PCS系统。
控制对象：700t/d窑外分解窑烧成系统、煤粉制备及喂煤系统。
系统组成：由Profibus现场总线、二个操作站和二个控制站组成。
操作站采用工业控制PC机，配备21″彩色监视器，彩色打印机等。二个操作站互为备用，同时兼作工程师站。二个操作站设置在窑头控制室。
控制站采用德国西门子公司SIMATIC S7-412控制器。窑头控制站控制窑头、篦冷机、煤粉制备及喂煤系统，窑尾控制站控制窑尾、预热器、分解炉及喂料系统等。
用Profibus现场总线把二个操作站和二个控制站连成一个CPO-PCS计算机控制系统。
2.山东鲁碧建材有限公司1000t/d窑外分解窑应用CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系统集成。
山东鲁碧建材有限公司1000t/d窑外分解窑生产线上集成了CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系统。
生料制备中采用了CPO-QCS系统控制生料配料，CPO-OSC控制磨机减速机及主轴承油站；烧成系统中采用了CPO-KOS窑优化系统进行回转窑胴体扫描、烧成带温度、窑头工业电视等监控；CPO-OSC控制窑尾高温风机油站。
对应设置了五个现场控制站和三个操作站，其中一个操作站兼作工程师站。采用Profibus把几个系统集成为一体。
操作站采用工业控制PC机，配备21″彩色监视器，彩色打印机等。控制站采用德国西门子公司SIMATIC S7-313控制器。
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