DCS在活性石灰回转窑生产线的应用

0 引言
　　目前国内建成的活性石灰回转窑生产线在自动控制领域中普遍采用的是PI C（可编程序控制器）控制技术。该技术产生于2O世纪6O年代，存在着设计原理落后、不能冗余设计、不能热拔插、运算效率低、响应速度慢等问题，从而影响了整条石灰生产线的效率，并且一旦系统检修或某个模块发生错误时，需要中断活性石灰生产线的正常生产，往往对生产造成比较大的影响。在这种情况下，更为先进的DCS系统被应用于活性碳回转窑生产线上。
1 DCS系统
　　活性石灰回转窑生产线采用DCS（集散控制系统）控制模式，是在充分了解活性石灰生产工艺的基础上，结合先进的自动控制技术研发而成的。与传统常规仪表和PI C相比，该活性石灰生产线集散控制系统有着很大的优越性，例如控制集中、危险分散、网络冗余、CPU冗余、电源冗余、各种模件冗余及可热拔插。另外该系统还采用了现场总线技术，使系统的扩展更为方便，结构更为灵活、简洁。友好的人机界面更适合国情，易于掌握，操作、维护方便。各种优化算法及控制策略的运用，可使生产线产品质量大幅度提高，为产出优质的石灰产品提供了坚实的保障。
　　本文介绍河南安阳豫鑫活性石灰有限公司的300t／d活性石灰回转窑生产线。整个生产线的DCS系统本着节约投资而不影响自动化水平的原则进行建设，系统控制点数近400点。目前该生产线已投产6个月，系统运行良好，无论从系统的稳定性、可靠性、灵活性上，还是从系统人机交互的方式和控制功能上来讲，用户对系统都很满意，系统达到了预期的控制目的。DCS系统的框架结构见图1。

　　该生产线的DCS系统采用双CPU 热备冗余的构架，避免了由于某个部件失效而影响运行，从而保证了整个系统的可靠性和稳定性。冗余控制器和上位机之间采用了冗余TCP／IP进行通讯，确保网络在任意一点的断开都不会影响网络的正常工作。冗余控制器之间的通讯也采用了冗余光纤通讯方式，任何一个控制器或通讯模块的停机都不会影响通讯的正常运行。
2 DCS系统功能
　　安阳豫鑫活性石灰生产线的DCS系统中，涵盖了整条生产线中主要的控制点，并实现了以下控制功能：① 生产过程参数的采集、运算处理和显示；② 生产过程操作及控制；③生产过程的故障报警、显示、打印；④生产过程的日志记录、显示、打印；⑤ 生产过程的班报、日报、月报等打印；⑧ 生产过程主要参数的趋势记录、显示、打印；⑦ 生产过程动态流程图画面显示、打印；⑧电机的备妥、运行、故障等显示；⑨设备组启动、停车、紧停、备妥检查、控制和故障判断等。当某设备跳停后，画面能立刻显示直接原因。
　　该生产线的DCS系统的硬件配置为2台操作员站兼工程师站、1台现场控制柜（含配电及继电器）。
　　在该系统中，无论从单机设备的启停还是成组设备的启停和回路的控制上来讲，都是根据工艺的特点和设备要求的启停条件进行启动和运行，满足了工艺的要求，并且保护了设备，使设备能够安全运行。在成组设备的控制中，用户能根据实际情况进行连锁／解锁选择，增强了系统的可靠性。在生产线设备发生故障时，系统会发出故障报警信号，在某些控制点还可根据工艺要求进行控制动作。
　　从多个类似安阳豫鑫的成功案例中，我们总结出了DCS系统的以下特性：
　　（1）系统在过程控制级配置了2套完全热备冗余的控制单元和一套输入／输出系统（i／o模块），其中每套控制单元都包括1个控制器（CPU模块）、2个电源模块、2个通讯模块和1个冗余控件。这样两套热备冗余的控制单元就完全保证了整个过程控制级在控制器、电源、通讯、机架所有环节上的热备冗余，使系统的可靠性发挥到最大，系统可以一直不问断地运转，从而可以保障在活性石灰生产过程中，不会因为某一套自动控制系统发生故障而导致生产停顿。
　　（2）系统采用高性能的处理器，控制器按高于PIC系统4倍～1O倍的速度运算，同时进行I／O扫描，处理控制器之间、控制器与主机之间的通讯并保持和热备控制器的同步。此外，系统还具有点对点通讯能力，控制器之间可通过高速以太网直接进行通讯而无须通过上位路由，并且采用了遇等则报的通讯原则从而提高了通讯效率。
　　（3）系统在设计时全部采用模块化的结构方式，在控制网上可以扩展控制单元至万个节点，内在的扩展性可支持小到一个I／O模块，大到上千个I／O模块系统，且不需要改变系统结构。因此，当系统控制范围扩充时只需增加相应的控制单元和卡件即可进行扩展，同时各模块可以实现热拔插而不影响原来系统的正常运行。
　　（4）系统具有开放性，实现了控制器对外开放，支持串口通讯、EthernetTCP／IP、Profibus、ModBus、InterBus、CANOpen、DeviceNet等通讯方式；实现了在人机接口上对外开放；实现了与上层的信息管理系统的接口。
　　（5）系统提供了适合各个层面和具有各种不同操作习惯的人的控制界面，提供了具有高价值和高可用性的各种报表，这些报表对生产过程中采集的数据进行了加工、整理及分析，为生产决策提供了坚实的数据基础。
　　（6）系统在开发过程中极其重视人机交互的人性化，其界面直观，操作简单，还提供了语音报警，方便了客户的使用，为生产线的安全运行提供了可靠的保障。
3 结语
　　综上所述，该DCS系统运行稳定，运算效率高，控制效果良好，生产过程中各项工艺指标正常，产品质量稳定，可达到自动控制的目的，是国产DCS系统在活性石灰回转窑生产线上成功应用的一个范例。