現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝設(shè)備的單機(jī)容量大，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，而且生產(chǎn)過(guò)程要求較高的快速性和協(xié)調(diào)性，為了提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，自動(dòng)控制的實(shí)施至關(guān)重要。自動(dòng)控制能保證生產(chǎn)穩(wěn)定、提高質(zhì)量、降低能耗、降低勞動(dòng)強(qiáng)度以及減少環(huán)境污染，同時(shí)，先進(jìn)的生產(chǎn)控制管理，也要求有可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)和完善的控制技術(shù)水平。 　　 2005年10月至2006年4月，由南京凱盛水泥設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的湖北老河口吉港寶石水泥有限公司1700t/d技改工程（濕改干）和重慶金江水泥有限公司2500t/d水泥熟料新型干法生產(chǎn)線先后用中控的WebField ECS-100控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)調(diào)試。本文主要以重慶金江2500t/d水泥熟料新型干法生產(chǎn)線為例介紹ECS-100系統(tǒng)在水泥工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。 　　 系統(tǒng)概述 　　 重慶金江水泥有限公司2500t/d水泥熟料新型干法生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制范圍是從原料預(yù)均化及輸送至水泥包裝的工藝生產(chǎn)過(guò)程。控制系統(tǒng)能夠?qū)υ项A(yù)均化及輸送、生料配料、原料粉磨、廢氣處理、均化庫(kù)、生料入窯、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、熟料儲(chǔ)存、煤粉制備、水泥粉磨及儲(chǔ)存、水泥包裝等主要生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、操作和管理，從而達(dá)到生產(chǎn)正常運(yùn)行，工藝設(shè)備穩(wěn)定可靠的目的。 　　 WebField ECS-100是中控WebField家族的主流產(chǎn)品，是一套面向大中型過(guò)程控制的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡(luò)采用冗余設(shè)計(jì)，在技術(shù)上保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有效保障了水泥正常生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)I/O通道采用了點(diǎn)點(diǎn)隔離設(shè)計(jì)，使得故障面縮小，可以克服因串?dāng)_產(chǎn)生的大面積故障，從而減小損失，ECS-100還提供了Profibus-DP、Profibus-PA、MODBUS、OPC、DDE等通訊方案，系統(tǒng)的開(kāi)放性好。 　　 硬件構(gòu)成 　　 ECS-100系統(tǒng)硬件主要由4個(gè)部分組成：工程師站、操作站、控制站和通訊網(wǎng)絡(luò)。 　　 本工程系統(tǒng)構(gòu)成（如圖1）。 [align=center] 圖1：系統(tǒng)構(gòu)成圖[/align] 本控制系統(tǒng)一共分為五個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站及一個(gè)遠(yuǎn)程站，各現(xiàn)場(chǎng)站的控制范圍分別為： 　　 LCS01原料站的控制范圍主要包括生料配料、原料粉磨、廢氣處理至均化庫(kù)頂； 　　 RCS01原料遠(yuǎn)程站控制范圍主要包括原料破碎、原料預(yù)均化及輸送； 　　 LCS02窯尾站的控制范圍主要包括均化庫(kù)庫(kù)底、生料入窯、預(yù)熱器以及回轉(zhuǎn)窯； 　　 LCS03窯頭站的控制范圍主要包括冷卻機(jī)、熟料儲(chǔ)存、煤粉制備及輸送； 　　 LCS41 1#水泥磨站和LCS42 2#水泥磨站的控制范圍主要為水泥配料，1#和2#水泥粉磨及儲(chǔ)存、水泥包裝； 　　 工程師站和操作站 　　 全廠設(shè)一個(gè)中央控制室，中央控制室配置一臺(tái)工程師站（ES）和五臺(tái)操作員站（OS），工程師站能夠?qū)ο到y(tǒng)軟件組態(tài)調(diào)試，應(yīng)用軟件的維護(hù)和管理，同時(shí)具備操作站的功能。操作員站按照操作區(qū)域分別為原料操作員站、窯操作員站、煤磨操作員站、水泥操作員站一和水泥操作員站二，其中任何一臺(tái)操作員站都可以對(duì)生料配料至水泥包裝的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行操作控制。操作員可以在監(jiān)視器上觀察生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)部分的流程圖、各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、重要參數(shù)趨勢(shì)圖、棒狀圖和報(bào)警等畫面，監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的管理、監(jiān)視和控制。 　　 控制站主要由機(jī)柜，機(jī)籠，供電單元，端子板和各類卡件組成。控制站是系統(tǒng)直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、邏輯控制的核心單元，完成整個(gè)工業(yè)的實(shí)時(shí)控制過(guò)程。 　　 通訊網(wǎng)絡(luò) 　　 水泥生產(chǎn)的控制系統(tǒng)因各個(gè)控制站比較分散，所以過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的安全起到了重要的作用，同時(shí)也對(duì)過(guò)程控制網(wǎng)提出了較高的要求。本工程的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)采用了冗余光纖環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了雙冗余，大大提高了過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)安全系數(shù)。 　　 ECS-100系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)共分為三層： 　　 上層為信息管理網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)，連接了各個(gè)控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計(jì)算機(jī)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，資源信息的共享，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。支持采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)功能，并可將本地控制系統(tǒng)連入企業(yè)信息管理網(wǎng)； 　　 中間層為過(guò)程控制網(wǎng)（SCnetⅡ），采用TCP/IP和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)，直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過(guò)程控制實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，通過(guò)掛接網(wǎng)橋，SCnetⅡ可以與上層的信息管理網(wǎng)或其它廠家設(shè)備連接； 　　 底層為控制站內(nèi)部I/O控制總線（SBUS），總線分為兩層，連接主控卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的是SBUS-S2總線，連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和I/O卡件的是SBUS-S1總線，控制總線采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道。 　　 系統(tǒng)軟件及工藝流程控制的實(shí)現(xiàn) 　　 系統(tǒng)軟件介紹 　　 WebField ECS-100控制系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，其中主要包括硬件組態(tài)軟件SConfig，圖形化組態(tài)軟件SControl，語(yǔ)言編程軟件SProgram，報(bào)表制作軟件SForm，I/O驅(qū)動(dòng)Slink，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件SView，回路調(diào)整軟件Sloop，故障診斷軟件SDiagnose等調(diào)試組態(tài)監(jiān)控軟件。 通過(guò)軟件編程組態(tài)實(shí)現(xiàn)工藝控制 　　 硬件組態(tài)軟件SConfig 　　 硬件組態(tài)軟件SConfig大量采用Windows的標(biāo)準(zhǔn)控件，使操作保持了一致性。另外，SConfig還提供了強(qiáng)大的在線幫助功能，當(dāng)用戶在組態(tài)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，只須按F1鍵或選擇菜單中的幫助項(xiàng)，就可以隨時(shí)得到幫助、提示。 　　 語(yǔ)言編程軟件SProgram 　　 SProgram編程語(yǔ)言，是ECS-100系統(tǒng)控制站專用的高級(jí)語(yǔ)言，工程師站用來(lái)開(kāi)發(fā)復(fù)雜控制算法的平臺(tái)，有流行的編程環(huán)境，功能強(qiáng)，容量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，面向控制工程，簡(jiǎn)單易學(xué)，提供了安全檢查和控制功能擴(kuò)充。 　　 圖形化組態(tài)軟件SControl 　　 圖形化組態(tài)軟件SControl集成了功能塊圖（FBD）編輯器，梯形圖（LD）編輯器，順控圖（SFC）編輯器，ST語(yǔ)言編輯器，數(shù)據(jù)類型編輯器，變量編輯器，自定義模塊（DFB）編輯器等功能。如何通過(guò)SControl軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，滿足工藝操作要求呢？ 把整個(gè)工藝系統(tǒng)按照生產(chǎn)流程分為5個(gè)功能區(qū)，即原料粉磨區(qū)，生料均化及燒成區(qū)，燒成窯頭區(qū)，煤粉制備區(qū)，水泥粉磨及存儲(chǔ)包裝區(qū)，然后把各個(gè)功能區(qū)按照工藝要求分成若干個(gè)操作組，設(shè)備之間設(shè)有工藝聯(lián)鎖關(guān)系，并按一定的時(shí)序和邏輯起停，從設(shè)備保護(hù)角度出發(fā)，設(shè)備起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)分別有起動(dòng)允許條件和運(yùn)行保護(hù)條件。每一臺(tái)設(shè)備既可以參與組起動(dòng)，也可以單機(jī)起動(dòng)，這樣使生產(chǎn)調(diào)試和工藝操作更加簡(jiǎn)單方便。 　　 水泥工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類比較多，如普通電機(jī)，變頻器，高壓電機(jī)，配料定量給料秤等，這對(duì)組態(tài)編程和調(diào)試的工作量是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。而通過(guò)在自定義模塊（DFB）編輯器，用梯形圖（LD）語(yǔ)言定義不同電機(jī)的功能塊，使程序模塊化。功能塊編輯完成后，用功能塊（FBD）語(yǔ)言，調(diào)用不同的功能塊，按照工藝聯(lián)鎖關(guān)系和設(shè)備保護(hù)分別對(duì)每一組每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行編程組態(tài)，最后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這樣既可以加快編程組態(tài)速度，也降低了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，提高了編程調(diào)試的工作效率。 　　 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件SVIEW 　　 SVIEW是基于WindowsNT/2000平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的全中文界面組態(tài)軟件，提供開(kāi)發(fā)和顯示畫面，調(diào)度（scheduler）和VBA語(yǔ)言程序，在運(yùn)行和組態(tài)之間可以很方便地進(jìn)行切換和修改，同時(shí)保持實(shí)時(shí)報(bào)警和數(shù)據(jù)采集。 　　 通過(guò)硬件組態(tài)軟件和圖形化組態(tài)軟件把下位機(jī)程序都做好之后，根據(jù)分組和SContorl軟件中組態(tài)的程序，可以把組的畫面對(duì)照完成，然后再根據(jù)工藝流程圖，完成工藝控制流程畫面的組態(tài)，其中包括電機(jī)顯示（用不同的顏色表示電機(jī)不同的狀態(tài)），工藝參數(shù)如溫度，壓力等顯示，最后在數(shù)據(jù)庫(kù)中根據(jù)工藝要求和設(shè)備保護(hù)要求設(shè)置報(bào)警，能夠?qū)崟r(shí)顯示和歷史查詢，組態(tài)歷史趨勢(shì)和操作日志等在SVIEW軟件中也可很方便的設(shè)置組態(tài)（如圖2）。 [align=center] 圖２：SVIEW 組態(tài)畫面[/align] OPC通訊 　　 OPC技術(shù)是OLE技術(shù)在過(guò)程控制中的應(yīng)用，它為開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的不同廠商提供了一項(xiàng)共同遵循的通信標(biāo)準(zhǔn)，從而大大減少了在系統(tǒng)集成過(guò)程中的重復(fù)開(kāi)發(fā)，并提高了控制系統(tǒng)的性能。 　　 湖北老河口吉港寶石水泥有限公司1700t/d技改工程在化驗(yàn)室里采用了武漢工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的水泥生料率值控制系統(tǒng)，要求在化驗(yàn)室中通過(guò)率值控制系統(tǒng)分析出來(lái)的生料配比通過(guò)OPC軟件通訊上傳至DCS控制系統(tǒng)，即配比修改由化驗(yàn)室操作控制，同時(shí)生料率值控制系統(tǒng)還需要對(duì)磨機(jī)的運(yùn)行信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)配料秤的流量信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，以便分析入磨各種生料實(shí)際的配比，從而在下一次的配比中對(duì)誤差較大的生料進(jìn)行配比的調(diào)整。 　　 把通訊網(wǎng)絡(luò)搭建好后，在中控室工程師站安裝中控OPC Server，在化驗(yàn)室水泥生料率值控制系統(tǒng)中安裝率值控制系統(tǒng)的OPC Client，成功鏈接后OPC Client就可以讀取DCS系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)，把水泥生料率值控制系統(tǒng)需要的變量名及其含義告知，由水泥生料率值控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)配置，同時(shí)在DCS系統(tǒng)中編程實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)室自動(dòng)配比修改和中控手動(dòng)配比修改兩套程序，從而實(shí)現(xiàn)了平常時(shí)由化驗(yàn)室自動(dòng)生成生料配比，特殊原因時(shí)改為中控手動(dòng)配比。通過(guò)OPC通訊實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)室直接生料配比，不僅減輕了中控操作的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也提高了生料的合格率，為熟料高合格率打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 　　 報(bào)表編制 　　 報(bào)表編制軟件使用簡(jiǎn)單，打開(kāi)軟件，像使用Excel一樣的方便編輯報(bào)表格式，然后引用時(shí)間和位號(hào)，通過(guò)事件的定義報(bào)表輸出即可完成報(bào)表組態(tài)。SVIEW同時(shí)也提供VBA編程直接通過(guò)ADO對(duì)象直接輸入報(bào)表至Excel顯示和打印的功能。 　　 回路調(diào)整軟件 　　 PID回路控制能平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備，使溫度、壓力、倉(cāng)重等參數(shù)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，即提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了響應(yīng)速度．滿足了工藝需要。在此以均化庫(kù)底充氣循環(huán)及控制穩(wěn)流小倉(cāng)倉(cāng)重PID回路控制為例來(lái)說(shuō)明。 　　 均化庫(kù)底的生料穩(wěn)流倉(cāng)倉(cāng)重對(duì)入窯生料量的穩(wěn)定性起到了重要的作用，如果能保證倉(cāng)重穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)，入窯生料下料量就會(huì)穩(wěn)定，而穩(wěn)定穩(wěn)流倉(cāng)重重要的是控制均化庫(kù)6大區(qū)的卸料閥開(kāi)度，均化庫(kù)在下料的同時(shí)還要進(jìn)行庫(kù)底均化循環(huán)，達(dá)到均化庫(kù)中生料的效果（如圖3）。 [align=center] 圖3：穩(wěn)定穩(wěn)流倉(cāng)重重要的是控制均化庫(kù)6 大區(qū)的卸料閥開(kāi)度[/align] 均化庫(kù)底一共有6個(gè)充氣均化區(qū)，每個(gè)充氣均化區(qū)有3個(gè)充氣閥分別為A、B和C和一個(gè)流量控制氣動(dòng)閥，其中中間充氣閥B兼顧卸料。均化循環(huán)卸料時(shí)同時(shí)開(kāi)啟相對(duì)的兩個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)只開(kāi)2個(gè)充氣閥，即每次共開(kāi)4個(gè)充氣閥，并且卸料充氣B閥必須開(kāi)啟，每個(gè)完整大循環(huán)要完成6次卸料區(qū)的切換。從一區(qū)至六區(qū)的按照設(shè)定循環(huán)時(shí)間的循環(huán)開(kāi)啟，在兩個(gè)卸料區(qū)之間切換時(shí)設(shè)有一個(gè)重疊充氣時(shí)間，保持卸料的連貫性。在卸料區(qū)充氣循環(huán)的同時(shí)，同時(shí)該區(qū)的流量控制氣動(dòng)閥根據(jù)倉(cāng)重設(shè)定和實(shí)際倉(cāng)重進(jìn)行PID回路控制調(diào)節(jié)開(kāi)度，其它沒(méi)有充氣卸料的流量控制氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，以延長(zhǎng)流量控制氣動(dòng)閥的使用壽命。中控操作員可自行設(shè)定充氣循環(huán)時(shí)間，這套系統(tǒng)同時(shí)還具備手動(dòng)控制的功能。該控制回路既能控制穩(wěn)流倉(cāng)倉(cāng)重保持在一個(gè)范圍之內(nèi)，起到穩(wěn)定喂料的作用，又達(dá)到生料均化的效果，滿足了工藝要求。 　　 通過(guò)上述的硬件組態(tài)和軟件編程，完成從原料預(yù)均化及輸送至水泥包裝生產(chǎn)線上所有電動(dòng)機(jī)和其它各種用電設(shè)備的順序邏輯控制、過(guò)程參數(shù)檢測(cè)、顯示、回路調(diào)節(jié)等功能，操作員在中央控制室對(duì)上述范圍生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)視、管理和操作控制。 　　 結(jié)束語(yǔ) 　　 該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單靈活，維護(hù)方便，無(wú)論是硬件的可靠性，還是軟件的可操作性、易用性都是較佳的。兩個(gè)水泥廠投產(chǎn)后短時(shí)間內(nèi)即達(dá)產(chǎn)，目前生產(chǎn)穩(wěn)定正常，系統(tǒng)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。