摘要 在国家建材行政主管部门提絀的“控制总量、调整结构、淘汰落后”的水泥 发展方针的指引下 新型干法水泥生产获得了迅猛发展。本文围绕兰丰水泥生产 线介绍叻该生产线的DCS系统的选型、方案设计、控制策略组态、上下位组态 的集成和系统调试过程。 水泥生产过程是一个包含开关量控制和模拟量調节的混合控制过程本文在 介绍与对比我国水泥生产现状和水泥控制的几种常用手段的基础上， 选择了性价 比高、专为混合控制过程而設计的PlantSeape SCADA／HC900系统来控制兰丰水 泥生产线的生产 论文提出了兰丰水泥生产线的控制方案，详细介绍了系统的硬 件组成和软件结构 论文重点介绍了如何通过系统提供的控制策略组态软件HC Designer，实现 水泥生产中的数据采集处理和输出、关键参数的PID调节并为弥补系统提供 的顺控模块尐的缺陷，

水泥产量多年位居世界第一产品的质量、档次也有了不同程度的提高，基本满 足了国民经济和社会发展的需要然而其产品結构、技术结构和规模结构仍然很 不合理。整体发展水平较低、技术先进的大中型预分解回转窑水泥厂旋窑只占10％ 525号优质水泥只占水泥總产量的10％左右“1，形成了“大而不强”的局面全 国水泥厂旋窑的平均规模年产不足lO万吨，与国际先进水平相比有很大差距。各地 水苨产量的增长往往是在低水平的重复建设中发展起来的 从整体上看技术含量 低、 环境污染严重的立窑水泥以及能耗高的湿法旋窑水泥仍占有很大比重，而高 质量的新型干法旋窑水泥却长期短缺 这种不合理的产业结构己明显制约了我国 经济建设的发展和水泥工业前进的步伐。 为此国家建材行业主管部门提出了“控制总量“1、调整结构、淘汰落后” 的建材工业发展方针。 明确了要淘汰大批落后的地方小水苨企业大幅度提高优 质新型干法水泥，淘汰落后的生产工艺和装备达到调整结构，提高产品质量 实现产业升级的目的。 1．1．2新型干法水泥生产技术 水泥是国民经济基本建设中不可缺少的建筑材料水泥生产自1824年诞生以 来，180年间生产技术历经多次变革作为水泥熟料的煆烧设各，开始是间歇作 业的土立窑1885年出现了回转窑。1950年联邦德国虹堡公司研制成功悬浮预热 窑 1971年日本石川岛公司和轶父水泥公司研淛成功预分解法。特别是20世纪60 年代以来悬浮预热窑发展很快，各种悬浮预热器相继出现70年代，新型干法 窑外分解生产工艺以其高产、节能、高质量、高劳动效率、低环境污染等优点 而迅速代替其它工艺，成为水泥生产企业的首选 新型干法水泥生产，就是以悬浮预热囷窑外分解技术为核心把现代科学技 术和工业生产成就，如原料预均化、生料气力均化、烘干粉磨、各种新型耐热耐 磨材料及电子计算機、自控技术等等广泛地应用于水泥干法生产的全过程，使 水泥生产具有高效、优质、低耗、符合环保要求和大型化、自动化的特征的現代 水泥生产方法 新型干法生产包含了一整套现代化水泥生产新技术和与之相适应 的现代化科学管理方法。与传统的湿法、干法及半干法生产相比新型干法水泥 生产具有均化、 节能、 环保、 自动控制、 长期安全运转和科学管理六大保证体系。 其特点如下：料制备全过程廣泛采用现代化均化技术采用高效率多功能设备， 用悬浮预热及预分解技术代替回转窑内物料的堆积态预热和分解方法 装备大型 化，苼产控制实现自动化采用新型耐热、耐磨、耐火材料，重视消音除尘满 足环境保护要求，实行现代化科学管理 新型干法水泥生产是當今世界水泥生产的主流。我国新型干法水泥起步于20 世纪70年代“3已有30多年的历史，但直至20世纪末其发展速度仍然较慢。 其中20世纪70年玳主要进行实验研究、中间试验和生产实验；80年代从国外成 套引进的冀东、宁国、珠江、柳州等4000t／d和3000t／d级熟料生产线及国产化 的江西水泥廠旋窑2000t／d熟料生产线相继投产，同时引进吸收了国外单机设计、制 造技术使我国初步掌握了新型干法水泥生产技术；90年代，在建设一批引进技

术或主机设备的新型干法生产线的同时还建设了一批不同规模的全国产化(自 行开发设计、自行设备制造)新型干法水泥生产线，标誌着我国水泥工业已进入 大型化干法水泥生产的发展轨道进入新世纪以来，随着我国国民经济的飞速发 展我国新型干法水泥生产的发展进入快车道，其速度令人瞩目一批自行设计 建设的2000t／d、 2500t／d及5000t／d熟料生产线相继建成投产，且其达标达产 周期短 建设投资和生产耗能吔大大降低，这预示着我国的新型干法水泥生产技 术将跨入世界先进水平 如今，我国的水泥工业面对着不断深化改革和大力进行现代化建设这个历史 赋予的极其宝贵的机遇， 必须抓住机遇，踏踏实实地做好技术能力和自身建设 的各项准备工作 应该认识到与国外先进沝平相比，我国的水泥工业仍有较大的 差距需要不断地开发应用各种新工艺、新技术、新设备和新材料。对传统工艺 设备进行改进和完善 使整个生产系统达到最佳化生产，进一步提高水泥工业的 整体效益和技术水平 随着我国综合国力的进一步增强，我国水泥工业应当囿计 划、 有准备地逐步实现以新型干法生产技术为骨干的现代化生产方法从而实现 水泥工业“由大变强”和“靠新促强”的战略目标，迎接水泥工业的新发展 1．2水泥生产自动化技术 当今水泥工业的发展特点是：生产速度不断加快，生产规模不断扩大单机 设各大型化，苼产连续性和复杂性提高生产规模的扩大和连续性提高，首先要 求控制系统能够进行集中管理和操作统一协调各个车间或部门的生产，确保整 个生产连续稳定进行 充分发挥大规模生产的优势，同时又要求避免由于集中带 来的危险 由于生产速度的加快，这就要求控制系统也能快速可靠地作出反应来 适应其速度要求； 生产工艺的复杂性提高使用常规的控制策略很难保证控制指 标，必须使用智能化的控淛系统因此，为了提高水泥的产品质量、设备运转率 和劳动生产率降低能耗、劳动强度，必须实现水泥生产的自动化控制 当前水泥苼产线自动化的核心是计算机控制技术。3它是计算机技术，网 络技术和传统的自动化技术相结合的产物与过去传统的控制方式相比，沝泥工 业的自动化发生了质的变化 其影响已涉及从管理架构、运作层次乃至企业理念 等多个层面，并导致了人力资源、技术资源的重新整合以网络技术、计算机及 其支持软件为基础的生产与经营管理信息系统， 将水泥工厂各个相对孤立的局部 控制系统、专家系统、管理系统有机联系起来构成一个完整计算机网络系统， 对生产过程的物质流和管理过程的信息流进行有效地控制及协调 以实现生产过 程自動化和管理信息自动化相结合的水泥工厂自动化。在我国加入WTO之后企 业将面临更加严峻的竞争， 要适应新的竞争模式下市场对生产和管悝过程提出的 高质量、高速度、高灵活性和低成本的要求具有生产过程自动化和管理信息自 动化相结合的工厂自动化系统将成为企业的必然选择。 1．2．1水泥工业自动化技术的发展 1．70年代以前早期的水泥厂旋窑自动化只是水泥生产线上的各个生产车间内 部相对独立并且较為简单的生产过程控制，车间与车间之间的联系相对较少它 是由常规的一次仪表，二次仪表以及各种继电器、保护装置组成各车间设竝车 间控制室及配电室， 对本车间的生产设备进行操作控制并实现各种联锁保护各 车间控制室通常设有仪表盘、模拟盘及操作台。 2．80年玳初我国分别从日本、丹麦全套引进了新型干法水泥生产线，其 生产控制要求设立中央控制室 把过去分散的车间控制集中到中央控制室进行集 中操作与监督，马达开停逻辑控制采用PLC进行控制过程变量则在中控室采用

了大型仪表控制盘，实现集中监控随后，由我国自荇开发设计的2000t／d新型 干法预分解水泥生产线也采用了此种先进的控制方式 从而大大提高了水泥生产 线的自动化水平。 3．80年代中期基于汾散控制、集中操作管理的集散型控制系统在水泥厂旋窑 中逐渐得到应用。集散型控制系统(DCS)是以分散的控制设备来适应分散的过程 对象並将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接，一起实施实时工 业过程的控制与监视 实现了控制系统的功能分散、 负荷分散， 从而危险也分散 克服了集中式计算机控制系统的负荷集中、 危险集中的弱点。 水泥生产线采用DCS 进行控制后 取代了传统的二次模拟仪表、大型仪表控制盘及用于设备之间联锁 用的大量的各种各样的继电器和电缆。中央控制室的面积与原来的相比也缩小 了几倍。 由于DCS是采用大屏幕彩色CRT进行显示通过计算机键盘及鼠标等输入 各种控制命令，且有些DCS系统还有对各种指令输入有记忆的功能所有这些不 但对操作人員提出了更高的素质要求， 同时也对操作人员的责任心的加强起到促 进作用此时，中央控制室己经是生产的调度指挥中心与传统的生產组织管理 方式相比，发生了巨大的变化我国水泥工业自动化又向前迈进一大步的同时， 缩小了与国际水泥大公司在这方面的差距 4．90姩代中后期，随着企业之间的竞争加剧对水泥工厂自动化程度提出 了更高的要求，与此同时DCS系统的价格在下降，各种小型PLC在各种单机控制 装置上被广泛采用现场总线的问世，使微机在其价格成倍下降的同时性能成 倍地提高，这些都对水泥工业的自动化产生着巨大影響首先是DCS系统的控制 范围增加了。 早期系统控制的范围一般是水泥生产线的主工艺流程如从原料配 料到水泥入库的三磨一窑等主要车間，其它辅助车间如石灰石破碎及输送水泥 包装及成品发运， 空压机站等还采用常规仪表进行过程变量控制采用继电器或 小型PLC进行马達开停的逻辑控制。而在90年代中后期DCS系统的控制范围基本 上包括整个水泥生产线上的所有车间。其次是DCS系统采集的信息量增加了早 期為了降I氐DCS的造价， 尽量减少DCS系统的输入输出点数因此DCS系统采集的 信号当中，有许多是综合信息当某一综合性质的事件发生时，还需经過有经验 的操作人员进行分析甚至到现场检查才能作出正确的判断。而现在DCS系统不 但采用点对点方式而且采用廉价的通讯方式与部分单機控制装置的小型PLC或某 些专用的控制系统例如：生料质量控制系统的计算机进行大批量的数据交换。 另一方面随着信息时代的到来，市场竞争的进一步加剧现代企业管理者已不 能满足传统的DCS对水泥生产线的控制，为了加强企业自身的竞争力在改造传 统管理方式的同時，寻求着一种更高效更精确的管理方式。生产与经营管理信 息系统的问世 满足了他们的这一要求。管理信息系统将工厂的生产过程控制系 统与工厂的各个部门的管理系统联接在一起 将过程控制系统采集到的全厂的实 时生产数据及质量数据送入管理网进行分析、统计囷存档，同时也将工厂各个部 门的管理子系统如备品备件库、原材料库、人事、劳动等各种数据进行分析、统 计和存档以帮助企业管理鍺思维、判断和决策，实现精细管理 1．2．2新型干法水泥生产线上的常用控制手段 目前，在新型干法水泥生产线中常用的控制手段有：可編程逻辑控制器(PLC)、 集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS) 1．可编程控制器PLC 可编程控制器PLC是计算机家族中的一员”1，是为工业控制应用而设计嘚 ●

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller)， 简称PLC用它来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展可编程控制器的 功能已大夶超过了逻辑控制的范围， 所以目前人们都把这种装置称作可编程控制 器简称PC。为了避免与目前应用十分广泛的个人计算机(personal computer) 的简称Pc相混淆所以仍将可编程控制器简称PLC。 PLC具有以下特点：(1)PLC最初就是为进行逻辑控制而设计1，在逻辑控制 方面拥有计算机无法比拟的优势(2)PLC在控淛装置～级实现三电一体化，配置 灵活结构紧凑。(3)PLC在硬件上采取了一系列抗干扰措施在软件上采用了故 障诊断技术及在系统一级的冗餘配置，工作方式采用周期循环扫描对输入输出 集中进行，因而具有很高可靠性1。(4)PLC仅在关键部位选用冗余结构在价 格上大大低于DCS系統，性能价格比高但是由于PLC功能及其相关技术的限制， 其控制的对象都较为简单一般只用一个PLC站进行控制，很少有通过联网或其 它途徑对相关的设备进行控制综上所述，PLC控制的优势主要是适合于现场局 部控制弱点主要表现在网络和复杂控制方面，因而仅使用PLC不适宜控制新型 干法水泥生产 2．集散控制系统DCS 集散控制系统又名分布式计算机控制系统， 其实质是利用计算机技术对生产 过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术它是由计算机 技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互渗透發 展而产生的，既不同于分散的仪表控制系统又不同于集中式计算机控制系统， 它是吸收了两者的优点 在它们的基础上发展起来的一門系统工程技术，具有很 强的生命力和显著的优越性其主要特征是：集中管理，分散控制 DCS是采用标准化、模块化和系列化的设计，由過程控制级、控制管理级和 生产管理级组成的一个以通讯网络为纽带豹集中显示而操作管理、控制相对分 散、配置灵活、组态方便、具有高可靠性的实用系统拥有自主性、协调性、在 线性与实时性、高可靠性、适应性、灵活性、可扩充性和友好性等优越性。但集 散控制系統大多采用封闭式的网络通信体系结构采用本公司专用的标准和协 议，加之受到现场仪表在数字化、智能化方面的限制它没能将控制功能“彻底 地”分散到现场。 3．现场总线控制系统FCS 现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统,它是集 计算机技术、 网络技术囷控制技术为一体的先进的计算机控制系统是一种全分 散、全数字、全开放的控制系统。它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化 等领域将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。 概括地说FCS具有以下技术特点： (1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。 (2)FCS的现場总线网络 是开放式互连网络(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互 连。(4)FCS普遍采用智能仪表增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散 在技术上，FCS与DCS相比具有以下几点优势： (1)FCS的信号传输实现了全数字化， 从最底层的传感器和执行器就采用现场总线 网络逐层向上直至最高层均为通信网络互连。 (2)FCS的现场设备具有操作性 不同厂商的现场设备即可互连也可互换，并可以 统一组态彻底改变传統DCS控制层的封闭性和专用性。 (3)FCS的系统结构是全分散式FCS废除了DCS的输入输出单元和控制站，由现场

设备或现场仪表取而代之即把DCS控制站的功能化整为零，分散地分配给现场 仪表实现彻底的分散。 (4)FCS的通信网络为开放式互连网络既可与同层网络互连，也可与不同层网络 互连用户可及其方便地共享网络数据库。 (5)FCS的技术和标准实现了全开放、专利许可要求可供任何人使用，从总线标 准、产品检验到信息发布铨是公开的面向世界任何一个制造商和用户。另一方 面由于FCS是一种新技术，目前真正意义上的现场总线的统一国际标准尚不具 备因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些不足 (1)由于现场总线标准本身尚在发展中，从而给产品的开发和测试带来难度这 在一定程度上造成產品开发商多、生产商少，产品品种单一而且价格昂贵 (2)现阶段，在某些场合中FCS还无法提供DCS已有的控制功能由于软硬件水平 的限制，其功能块的功能还不是很强品种也不够齐全；用现场仪表还只能组成 一般的控制回路如单回路、串级、比例控制等。对于复杂的、先进的控制算法还 无法在仪表中实现 对于单回路内有多输入、 多输出的情况缺乏较好的解决方案。 (3)目前FCS成功应用于各行业的实例不多难以评估实际应用效果。而DCS已经 长期稳定可靠地运行于许多工业现场其市场优势是FCS无法比拟的。从总的来 看FCS终将代替DCS。但是现场总线发展到紟天标准不够统一，价格昂贵而 广大用户对于DCSLL较熟悉， 加上DCS尚有潜力可挖 其本身也在不断的发展之中， 其性能也在不断地完善DCS也茬朝开放系统的方向发展，并实现了与现场总线 的结合DCS是结合了各类控制功能的完整系统，是目前应用最广泛、结构最先 进、性能最高、功能最完整的系统因此在目前的水泥自动化生产控制中，集散 控制系统成为了人们的首选 1.3课题的来源、主要研究内容及课题的意义 1.3.1課题的来源 兰丰水泥集团创建于2000年8月，是一家以水泥生产经营为主的企业集团初 期， 通过收购的国有水泥生产线进行水泥生产原有的沝泥生产线采用湿法立窑 或湿法旋窑水泥生产方法，不仅技术含量低、能耗高、严重污染环境而且产量 小，质量也无法提高不利于集團的发展。在这种情况下集团提出了在江西丰 城新建一条2500t／d新型干法水泥生产线，并且采用DCS系统对整个生产过程进 行监控 以最大提高效率。 整个DCS系统的工作包括： DCS系统的选型(方案设计)、 DCS系统的集成、DCS系统的现场安装、DCS系统的组态、DCS系统的通电及测试、 DCS系统的联调试运、協助DCS系统的投运、DCS系统的技术资料的整理和交付、 DCS系统的验收以及系统投运后的技术支持 整个DCS系统工作由江西中南科技有 限公司， 南昌夶学机电研究所测试控制与机电一体化实验室江西万年青水泥有 限公司三方合作完成。 1．3．2课题完成的主要工作 在兰丰水泥生产线的自動化控制系统建设过程中 我校所承担的任务和完成的主 要工作是： 1．进行DCS系统的选型工作，并进行了系统方案的设计 2．DCS的组态，该工莋分成上位机组态和下位机组态两部分上位机组态工作有 数据库组态、 流程图画面组态和工作站监视组态：下位机组态是进行控制策略組 态工作。 3．系统的集成与调试将上位机组态与下位机组态相结合，在现场工程施工方 及相关电气人员的配合下实现系统的打点测试、單机测试及联动测试并完成

DCS系统的技术资料的整理和交付、DCS系统的验收以及系统投运后的技术支持。 由于该项目的工作量比较大要保證在规定的时间内完成DCS系统的组态任务必 须进行适当的分工。主要是将DCS的组态工作分成上位组态和下位控制策略组态 两部分 我的同学吴斯文完成的是上位机的组态工作，而我完成的是下位控制策 略组态工作下位控制策略组态工作取得的工作有： 通过专用的组态软件，完荿了现场控制站的数据采集、处理和输出采用常规功 能模块设计了～个组开停车控制的模板，通过该模板实现了水泥厂旋窑设备的开停 车自动化。并完成了重要工艺参数的PID调节等工作 1．3．3课题的意义 从学术角度来看，本课题涉及到计算机技术、网络通信技术、数据库技术、 测控技术、人机接口技术及水泥生产等多个学科通过本课题的研究，不仅可以 促进各个学科的深入发展 同时还能进一步促进各學科技术的交叉与融合。从工 程的角度来看 该课题按时保质保量完成， 是该水泥生产线顺利投产的保障 DCS 系统能够长期稳定地在该生产線上运行，才能为客户创造最大的经济效益 从社会经济效益来看，对本套系统的研究能够更好地促进DCS在我国的应 用，特别是在水泥行業的应用；同时通过对该系统的研究，可以更好地找出国 产 DCS 与国外 DCS 的差距更好地为国产 DCS 技术的发展做贡献。

画面、菜单功能等均具有实时洼平面密封式薄膜操作键盘、触摸式屏幕、鼠标 器、跟踪球等操作器更便于操作。 4．适应性、灵活性和可扩充性 硬件和软件采用开放式标准化设计，系统积木式结构具有灵活的配置鈳 适应不同用户的需要。 工厂改变生产工艺、生产流程时只需改变系统配置和控制 方案相应使用组态软件填一些表格即可实现。 5．在线性与实时性 通过人机接口和I／O接口对过程对象的数据进行实时采集、分析、记录、 监视、 操作控制， 可进行系统结构、 组态回路的在线修改、 局部故障的在线维修 6．高可靠性 高可靠性是DCS的生命力所在，从结构上采用容错设计使得在任一个单元 失效的情况下，仍然保持系统的完整性即使全局性通信或管理失效，局部站仍 能维持工作从硬件上包括操作站、控制站、通讯链路都采用双重化配置。从软 件仩采用分段与模块化设计 积木式结构， 采用程序卷回或指令复执的容错设计 2．1．3 DCS的过去、现在与未来 世界上第一套计算机控制系统是1959姩3月在美国德克萨斯州Texaco炼油 厂投入运行的。 由于当时受计算机技术的局限，是用一台计算机对整个生产流 程生产线进行监测与控制，即所谓的集中式控制系统集中式控制系统的优点 是结构简单、 清晰、 数据库容易管理且保证数据的一致性。 但缺点是非常明显的 软件複杂而庞大可靠性下降， 系统可扩展性差当计算机出现故障时会危及全部 生产的正常进行。 针对集中式控制系统存在的问题人们提出叻几点具有建设性 的思路，后来成为设计DCS的基本原则： ?用多台计算机代替一台计算机对生产线进行控制从而将危险分散，提高 系统的鈳靠性和实用性 ?用不同的计算机去实现不同的功能，使每一台计算机功能尽量单一化单 一化的处理软件在结构上容易做的简单，可提高软件的可靠性 ?用计算机网络解决系统的扩充和升级问题。 事实上被控过程本身具有层次性和可分割性上述设想符合被控过程自身的 内在规律，因此在1975年由美国honeywell公司率先推出基于上述设想的DCS 后很快得到了广泛的承认和普遍的应用。自DCS诞生以来DCS已经发展到了 第四階段。 1．初始阶段：1975年美国霍尼韦尔公司第l套TDC一2000集散控制系统问世 不久世界各国仪表制造商就相继推出了自己的集散控制系统即第1代集散控制 系统，它已经拥有集散控制系统的基本结构；分散过程控制装置操作管理装 置和通讯系统。并已具备了集散控制系统的基本特点：集中管理分散控制。 2．发展阶段：随着控制技术、计算机技术、半导体技术、网络技术和软件技 术等的飞速发展集散控制系统进入苐2代。第2代集散控制系统的主要特点是 系统功能的扩大和增强以及通信范围和数据传送速率的大幅提高它采用模块 化、标准化设计，数據通信向标准化靠拢控制功能更加完善，具有很强的适应 性和扩充性 3．成熟阶段：1987年美国FOXBORO公司推出的I／AS系统标志着集散控制系统进 入叻第3代。第3代集散控制系统的主要改变是在局域网络方面它通过采用MAP 等协议， 使各不同制造商的产品可以相互连接、 相互通信和进行数據交换 同时， 第3方应用软件可方便应用也为用户提供了更广阔的应用空间。

4.新一代DES系统：受信息技术(网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技 术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等)发展的影响以及用户 对先进的控制功能与管理功能需求的增加， 各DCS厂商纷纷提升DCS系统的技术水 平并不断地丰富其内容。以honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识 系统)、Emerson公司的PlantWeb(Emerson Process Management)、Foxboro公司 的A2、横河公司的R3(PRM一工厂资源管理系统)和ABB公司的Industrial IT系统 为标志的新一代DCS已经形成第四代DCS的最主要标志是： Information(信息)和Integration(集成)。信息化体现在各DC8系统已经不是一 个以控制功能为主的控制系统而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系 统。Des的集成性则体现在两个方面：功能的集成和产品的集成过去的DC8厂 商基本上昰以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统当今的DCS厂商更强 调的系统集成性和方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外 还集成了PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(采集发送器)、FCS、各种多回路调节器、 各种智能采集或控制单元等。此外各DCS厂商不再把开发组态软件或制慥各种 硬件单元视为核心技术，而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或 OEM方式 DCS 的发展呈现以下趋势： l、开放性 DCS中所使用的设备將趋于通用的产品，专用的产品将越来越少特别是计算机 和网络。高性能的工业微机、工作站将被大量采用通用网络产品也将逐步淘汰 专用网络。 网络通信规约逐步向得到普遍承认的标准靠拢以系统集成的方式构 成应用系统方法已得到越来越多的应用。 2、分散化和智能化 智能仪表、智能电子设备及现场总线技术将被大量采用DCS的体系结构进一步 走向分散化，直接数字控制将深入到每一个控制回路、现場设备和工位因此现 场总线网络的发展成为各厂家注目的焦点。 3、系统构成的多样化 现在几乎己看不到传统意义上的DCS了目前所说的DCS是┅种广义的概念，其中 包括了传统DCS厂家推出的新一代系统也包括由PLC、高速总线网和专业厂家的 组态软件所构成的系统。在不同的应用领域DCS的构成也各有不同。 4、综合自动化 系统的发展逐步走向综合自动化将来的任何系统都不是孤立的，无法与其他系 统互相通信并实现集成的DCS已不再有生命力 FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点而且跨出了革命 性的一步。 从发展来看 DCS终将被FCS替代， 但不会马上被替代 需要一个过程， 这是因为：首先用户对于原有的广为使用的DCS系统比较熟悉，且DCS具有较好 的运行稳定性；再者现场总线控制系统是以現场智能仪表为基础，智能仪表较 之常规仪表价格要高致使初始投资费用可能要高于DCS的投资费用，而原来己 配备DCS系统的厂家已投入大量資金就更不可能在短期内换成现场总线控制系 统； 最后，DCS系统尚有潜力可挖而且DCS也在不断地发展之中，其性能在不 断地完善DCS也在朝姠开放系统的方向发展，并实现了与现场总线的相结合 2.1.4 DCS的体系结构 目前，层次化已成为DCS的体系特点使其体现集中操作管理、分散控制嘚思想。 可以将DCS的层次分为以下四级(见图2．1)

1．现场装置管理层次的直接控制级(过程控制级) 在这一级上，过程控制计算机直接与现场各类裝置(如变送器、执行器、记录仪 表等)相连对所连接的装置实施监测、控制，同时它还向上与第二级的计算机 相连接收上层的管理信息，并向上传递装置的特征数据和采集到的实时数据 2：过程管理级 在这一级上的过程管理计算机主要有监控计算机、操作站、工程师站。咜综合监 视过程各站的所有信息集中显示操作，控制回路组态和参数修改优化过程处 理等。 3．生产管理级(产品管理级) 在这一级上管悝计算机根据产品各部件的特点，协调各单元级的参数设定是 产品的总体协调和控制者。在中小企业中这一级可能充当最高一级管理層。具 有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑分析功能 以及产品重新组织和柔性制造 的功能。 4．工厂总体管理级(经营管理级) 这一级居于Φ央计算机上并与公司(或工厂)的经理部、市场部、计划部以及人 事部等办公室自动化连接起来，担负起包括工程技术方面、经济方面、商务方面 和人事方面等的总体协调和管理实现整个制造系统的最优化。 2．1．5 I)CS系统的硬件结构 在系统功能方面DCS和集中式控制系统的区别鈈大，但在系统功能的实现方法 上却完全不同集中式控制系统只需要一台计算机以及有关的I／O设备和CRT、 键盘、打印机等外部设备即可完荿系统功能，而DCS则一般要由四个基本部分组 成即系统网络、现场I／O控制站、操作员站和工程师站。在DCS中现场I／O 控制站、 操作员站和工程师站都是有独立的计算机构成的，它们分别完成数据采 集、控制；监视、报警、记录；系统组态、系统管理等功能这些完成特定功能 嘚计算机都被称为“节点” ，而所有这些节点又通过系统网络连接在一起成为 一个完整统一的系统， 以此来实现分散控制和集中监视、 集中操作的目标 下面， 简要介绍一下各个部分的功能和构成 首先，是DCS的骨架――系统网络它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS 整个系統的实时性、 可靠性和扩充性起着决定性的作用因此各厂家都在这方面 进行了精心设计。对于DCS的系统网络来说它必须满足实时性的要求，即在确

定的时间限度内完成信息的传送这里说的“确定”的时间限度，是指无论在何 种情况下 信息传送都能在这个时间限度内完荿，而这个时间限度则是根据被控 制过程的实时性要求确定的 因此， 衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率 即通常所说的比特数(bps)，而是系统网络的实时性即能在多长的时间内确保 所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠无论在任何情况下，网络通信 都不能中断因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结 构。 为了满足系统扩充性的要求系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使 用的节点数量大若干倍。这样一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以 使系统网络运行于较轻的通信负荷状态以確保系统的实时性和可靠性。在系统 实际运行过程中各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站 这样， 网络的重构会經常进行 而这种操作绝对不能影响系统的正常运行， 因此 系统网络应该具有很强的在线网络重构功能。 第二是DCS的现场I／O控制站。这昰一个完成对过程现场I／O处理并实现直接 数字控制(DDC)功能的网络节点其主要功能有三个： (1)将各种现场发生的过程量(流量、压力、液位、温喥、电流、电压、功率以及 各种状态等)进行数字化，并将这些数字化后的过程量存在存储器中形成一个 与现场过程量一致的、 能一一对應的、并按实际运行情况实时地改变和更新的现 场过程控制量的实时映象。 (2)将本站采集到的实时数据通过网络送到操作员站、工程师站及其他现场i／o 控制站 以便实现全系统范围内的监督和控制，同时现场I／O控制站还可接收有 操作员站、 工程师站下发的信息 以实现对现场嘚人工控制或对本站的参数设定。 (3)在本站实现局部控制、回路的计算及闭环控制、顺序控制等这些算法一般 是一些经典的算法， 也可通過工程师站下装非标准算法和复杂算法 一般一套DCS 中要设置多个现场I／O控制站， 用以分担整个系统的I／O和控制功能这样既可 以避免由于┅个站点失效造成整个系统的失效，提高系统的可靠性也可以使各 站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能 第三，昰DCS的操作员站它是处理一切与运行操作有关的人机界面(HMI-Human Machine Interface或OI―operator Interface)功能的网络节点。其主要功能就 是为系统的运行操作人员提供人机界面 使操作员可以通过操作员站及时全面地 了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。并可通过 操作员站的输入设备對工艺过程进行控制和调节 以保证生产过程的安全、 可靠、 高效、高质。操作员除了可以监视生产过程的运行状态还可以监视控制系統本 身各个设备的运行状态， 如测量和控制设备是否正常和完好因此操作员站又可 以提供系统管理的功能。 第四 是DCS的工程师站， 它对DCS進行离线的配置、 组态工作和在线的系统监督、 控制、 维护的网络节点 其主要功能是提供DCS进行组态、 配置工作的工具软件(即 组态软件)，並在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况使 系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS 随時处在最佳的工作状态之下与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系 统组态功能可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS 菦年来，还有一些DCS厂家提供了在线组态功能但由于在线组态对于系统 运行有一定的危险性，依次在实际运行中很少采用图2．2为典型的DCS體系结 构图。 分布式控制系统DCS在系统的处理能力和系统安全性方面明显优于集中系统这

是由于DCS使用了多台计算机分担了控制和范围，使處理能力大大提高并将危 险分散，单台计算机的故障只会影响部分功能的实现在系统扩充性方面，DC 比集中式控制系统更具有无可比拟嘚优越性 系统规模的扩充被简化为网络节点 的增加，只要根据需要增加所需的节点并修改相应的组态，即可实现系统的扩 充DCS由于以仩优点，现在己成为计算机控制系统的主流体系结构

2．1-6 DCS系统的组态软件 组态就是用专用的软件定义系统的过程， 就是针对具体应用的要求进行各种与实 际应用有关的系统配置、数据库、历史数据库、控制算法、图形、报表等定义 使系统满足应用设计要求的过程。 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件 它们是在自动控制系统监 控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式) 提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法 其预设置的各种软件模块可以非常 容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支歭各种硬件厂家的计算机和 I／O设备与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软、 硬件的全部接口进行系统集成。 DCS组态工作的内容主要包括：系统组态、数据库组态、控制策略组态、流程图 组态、报表组态等 l、系统组态的设计 系统组态是针对整个控淛系统的硬件结构进行组态 它是整个工程项目组态的第 一步。 各现场控制站和操作员站的基本配置信息即通过系统组态来设定选择投 叺运行的现场控制站的类型、 个数及各自的站号及是否有冗余，确定操作员站的 站号确定网络结构等等。 2、数据库组态的设计 数据库是汾布式控制系统的信息来源 一个工程项目中所有需要监测和控制的点 都在数据库组态中完成。根据点数据类型的不同数据库组态分为模拟量输入、 模拟量输出、开关量输入、开关量输出、累加量等。 3、DCS的控制策略组态

控制策略组态软件的设计主要包括以下几个方面：输叺、输出、运算和控制功能 块的设计；仿真对象的典型对象块的设计；按控制要求用功能块构成控制回路 实现控制策略组态。 4、DCS的画面組态 DCS的画面组态主要包括过程流程图过程控制图画面的设计、绘制、动态数据 更新及动态调用， 画面组态设计应尽量便于操作即设计時应充分考虑操作的 方便，减少失误使用户在经过尽可能少的培训后，就能掌握图形绘制的方法 特别是在采用了窗口技术的DCS系统中。甴此可知画面设计的重点是画面的构 思、颜色的选择、数据显示方法等的设计。DCS画面组态的好坏直接影响工作人 员的操作质量 过程流程图画面的设计与工艺流程有关，因为工艺流程图一般较 大 所以过程流程图的设计是根据工艺流程图进行分散的，用若干个画面来代替 整个工艺流程图这一点对用户来说，较容易根据操作流程、分工等完成分割制 作 5、报表组态 报表大致分为周期性报表和触发性报表两種。 周期性报表一般用来打印生产过程 的操作记录和统计(求和等) 它取代了操作工的抄表工作。这类报表一般采用定 时驱动通常是时报、班报、日报、月报等。而触发性报表则用来记录在特定事 件发生前后的某些点的值往往用来进行事故或故障分析。 2．1．7我国DCS的发展现狀 DCS已是国际上公认的 “工业自动化必由之路” 我国目前正处在经济高速发展时 期，许多企业倍受“产品质量不稳定、能耗高、效益低”嘚困扰要解决这些问 题，大力提高各行业的自动化水平是必不可少的一环要提高自动化水平，在过 程工业领域使用DCS是必由之路我国目前使用的DCS绝大多数是从国外引进，花 费了巨额的外汇许多中小型企业由于缺乏大额资金，只能对DCS望洋兴叹为 了尽快提高我国工业自動化水平， 普及DCS的应用 必须大力促进国产DCS的发展。 DCS系统在70年代末期进入我国后其应用逐步普及，当时我国的DCS系统产业还 处于起步阶段故国外的DCS产品占据了我国的绝大部分市场，其代表厂家为美 国Honeywell公司和日本横河公司进入90年代后，情况发生了很大的变化随 着我国DCS厂镓的堀起， 国产DCS系统的市场占有率不断上升 经过多年来的努力， 国产DCS系统取得了长足的进步在性能、可靠性和价格方面，某些国产DCS已達 到甚至部分超过国外同类产品水平而且有的系统在激烈的竟标中，击败了多家 国外著名DCS厂商进入了对安全性和可靠性要求极高的核電行业。同国外DCS 系统相比国产DCS系统具有以下优点： 1．价格低，通常相当于国外同类产品价格的一半； 2．培训操作方便由于使用中文资料、中文操作界面和组态软件，故操作人 员和技术人员只需经过短期培训便能熟练操作； 3．售后服务及时备品备件充足，技术支持有力 当然蕃》国DCS系统与外国的DCS系统比较起来还存在一定的缺陷：系统的可靠 性不如国外厂家，组态软件编程复杂编程界面不够友好，组态周期长应用水 平大多不高，很少在大型的工程项目中得到应用 目前，由于我国采取积极的财政政策拉动内需，将有一大批的项目将偠投建； 一些国有企业要采用先进的DCS来改造传统产业；以及我国在80年代末、90年代 初大量引进的国#FDCS相当一部分己经投入运行十余年到了系統的生命周 期。 这些因素都给我国的DCS厂家提供了巨大的商机为我国DCS技术的发展与应

用提供了良好的机遇。 DCS当前面临着现场总线控制系统(FCS)技术的挑战 尽管现场总线的国际标准不 理想，但作为～种技术趋势已经是不可阻挡了因此，我们在发展DCS的同时 必须重视FCS的发展。当湔我国的现场总线技术虽然落后于国际但差距不是很 大。因此我们应该在市场体制下，从市场的整体利益出发各企业之间既竞争 又匼作， 争取在DCS的技术过渡期形成有我国特色的FCS缩小与国外技术上的差 距。 2.1.8 DCS的选型 近年来随着DCS系统技术的不断发展、成熟和普及，特别昰随着DCS系统的价格 大幅度下降各行业越来越多地采用DCS来进行控制和管理。目前面对国外十 来家著名的DCS和国内近几年发展起来的DCS，用户經常遇到DCS的选型问题应 该说，这不是一个简单的问题因为，DCS本身是一个涉及计算机、控制系统、 通信等技术的复杂系统且DCS控制的生產过程又通常为较大型的工业过程，如 果DCS选择不好不仅影响了正常开工而造成较大的经济损失，而且在生产过程 中 系统如发生故障可能会造成很大的经济损失，重则会导致设备损坏甚至人身 伤亡此外，DCS应用时问都较长一般八年甚至十年以上，系统的维修费用和 后续備品备件费用(特别是对国外引进的系统)都要考虑就更加大了选择的难 度。 根据前人积累的经验 在进行DCS选型时主要考虑以下几个要点：(1)鈳靠性： 即系统能否长期稳定地运行。(2)实用性：控制系统的各方面技术指标能否全面 满足生产控制的要求系统软件包括组态软件及监控軟件是否齐全、完善、可靠 和方便使用，用户是否自己完成组态、现场调试及投运后是否便于维护(3)价 格：系统的价格是否在用户可接受嘚范围内，且是否合理(4)可操作性：控制 系统的人机界面是否便于操作人员的操作，画面是否直观针对中国国情，系统 是否是中文系统有无中文报表等等。(5)维修性：故障诊断功能是否完善故 障指示是否明确硬件是否维修方便，用户可否自己更换模板即可达到维修目的 模板是否可直接带电拔插而不影响系统的正常运行。(6)专业性：从理论上来讲 DCS可以用于不同的工艺过程，它是通用的控制设备但是，DCS嘚制造厂家可能 专长于某一领域如：HoneyweIl公司的TDC- 2000、TDC- 3000，主要用于石化 部门BAILEY公司的N90、INFI一90主要用于电力系统，ROSEMOUNT公司的RS3、A ―V大多用于化工系统因為不同工艺过程会有一些特殊要求，如：电厂一定要 有电调设备和SOE石化部门一定要有选择性控制，水泥行业一定要有大纯滞后 控制补偿等选型时要考虑这些特殊因素。(7)其他如：备品备件是否供应方 便、及时、价格是否合理；用户自行维护有困难时能否得到厂家技术人員的及时 帮助。 用户培训的力度和方便程度如何 费用高低， 能否实际上机操作等 总之， 用户在选择一套DCS时应尽可能客观、公正地分析一下自己的要求，然后对 照自己的要求，逐项考察最后综合各种因素选一套好的系统。 2．2 Honeyvell Plantscape SCADA／HC900 系统 控制系统是根据不同控制对象的特點实施控制的对于连续过程，一般使用模拟 调节仪表和DCS实施控制的；对于离散过程一般使用继电器和PLC实施控制。而 在实际的生产过程Φ 更多遇到的是连续控制和非连续控制的混合型控制，在这 种情况下用户一般会采用DCS或PLC+HMI(Human-Machine Interfaces)来解决问 题。DCS具有非常高的可靠性和实用性能将删I、数据库和应用软件完全地集成 在一起，在连续控制领域具有优势但在功能提高的同时带来了很多不便，而且

若应用在混合控制場合需要的费用比较高PLC价格低廉，采用模块化设计在 高速逻辑应用场合具有优势，但它不能将控制器、HMI和应用软件很好地集成在 一起 而且没有复合式数据点。 由于采用DCS或PLC+HMI来解决混合控制问题不尽 如人意因此，有人提出采用一种折衷方案即把DCS和PLC集成在一起，组成一 個控制系统 虽然这种方案能够实现基本的模拟量调节和开关量控制，但是这种 方案存在着大量的缺陷：(1)这种系统有两个控制器平台每個平台有各自的培 训、备件及维护要求：有各自的工程应用环境；有独特的网络通信。(2)连接两 个控制器平台的网关费用非常昂贵(3)有控制延迟，产量有限制这些缺陷的 存在使DCS和PLC的集成方案也不能很好地满足混合控制的要求。 社会的发展以及先进的生产管理理念的不断引入 当今用户不仅要求系统本 身能够完成各种常规及先进的控制要求， 包括复杂的连续过程及快速逻辑的混合 控制而且必须具备各种生产管理的能力，如信息集成、数据共享、设备管理、 生产资料、能源及成本核算等各种要求同时拥有系统的成本、备品备件和各种 维护成夲必须是在市场上为广大用户所能接受。 基于这样的背景 美国Honeywell 公司推出了新一代的集散控制系统PlantScape SCADA／HC900中型集散控制系统 来满足用户的各种需求。 该系统不仅具备应付各种复杂的连续过程和快速逻辑过 程的控制要求 而且具备全局的系统数据库可以更有效的满足用户在控制与操作 的要求， 也满足用户对生产管理的各种需求各种灵活使用的工具及丰富的控制 运算算法和开放的系统工具软件能满足用户的所有生產控制与管理的需求。 该系 统具各传统DCS以及PLC+HMI(Human-Machine Interfaces)所构成的系统的所有 优点 同时提供最具竞争力的系统价格，是目前控制系统领域用户首选的苼产控 制与管理系统 。在对当今国内外众多控制系统进行比较后由于PlantScape SCADA／HC900系统具有很高的性价比， 因此兰丰水泥集团管理人员选择该系統对 水泥生产线进行自动化控制 图2． 3为Honeywell PlantScapeSCADA／HC900系统。 P1antScape SCADA／HC900中小型集散控制系统采用面向对象的图形化工具和完 整的运算控制功能库 集成了广泛应用于工业控制现场的过程调节控制、对本地 语言的支持和面向用户的接口，大大提高了工程开发的速度和质量

作界面。同时通过OPC连接功能可以和许多第三方系统互联并实现双向的系统 访问。 功能强大的控制组态客户端软件同时通过局域网络对同一个控制器或多个 控淛器进行组态 除此之外， 用户可采用电子邮件方式来发送报警信息或事件消 息给工厂的消息管理中心或远方的管理机构 PlantScape SCADA／HC900集散控制系統采用具备工厂网络管理功能的 Microsoft Windows 2000服务器／客户机系统结构。集成了高可靠性的控制单 元HC900并采用先进的工程师组态维护工具HC Designer和开放通讯网络MODBUS ／TCP以太网络该系统包含了当今控制领域各种最新的技术，如： ?基于Microsoft Windows 2000的PlantScape SCADA服务器采用高速动 态数据管理为用户提供报警和事件管理、人機接口界面、历史数据采集和自动 报表生成等功能。 ?PlantScape SCADA系统实时数据库包括了HC900控制器和1042彩色液晶操作员 盘一体化以及各种第三方控制单元嘚完整数据信息 提供并行监控操作和数据分 析、实时的过程画面网络浏览功能以及与第三方系统的OPC数据交换功能等。 ?HC900集成控制器为您提供灵活可靠的控制功能 ?采用面向对象的组态、开发工具HC Designer能帮助用户快速地创建各种应用 要求的控制策略。 ?采用MODBUS／TCP以太网络为用戶提供安全开放的网络连接。 ?集成安全的Internet浏览器功能并采用Honeywell专利技术HMIWEB的用户管理 操作界面和为用户提供各种在线生产管理信息 ?提供逼真的三维工业图库并预制300幅过程监控画面。 ?采用最新的开放技术标准如ODBC、高级DDE、Visual Basic、OPC和Activex构 成开放型控制与信息管理系统 ? 在线的资料掱册和操作规程辅助工具为用户的工程组态、维护和操作提供了极 大的方便。 ? 以太网络支持HC900集成控制器之间点对点的通讯 ? 报警或事件信息不仅可在操作员站上进行显示，而且也可以通过电子邮件的方 式送出相关的信息 2．灵活可靠的集成控制器HC900 无论是批量控制、连续嘚过程控制或是大量的数据采集，HC900集成控制器能够 满足各种控制的要求 每个HC900集成控制器具有32个回路控制功能，256个输入 输出点超过i00多种類型的功能块。整个控制器的控制组态策略可超过2000个 功能块通过以太网络HC900集成控制器之间可进行点对点的通讯。高精度的通 用模拟量输叺和具有自整定功能的PID控制算法可满足各种控制精度的要求用 户采用阵列式设定点程序功能非常方便地完成处方和预置模型的批量过程控制 要求。每个HC900集成控制器支持逻辑控制和64步时序控制方便用户完成大多 的回路和逻辑的混合控制要求。 紧凑的4槽、 8槽或12槽控制机架与高密度的输入 输出模件大大地节省了机柜的占用空间 而通过以太网络连接的远程扩展机架可 放置在现场设备附近， 从而节省现场敷设电纜的成本所有输入输出模件均支持 带电拔插，使系统故障恢复时间缩到最短

3．使用方便及功能完善的系统组态工具。 针对大多数的工業过程控制应用如石油化工、 电站、 钢铁冶炼、 食品加工等要求 采用基于Windows的HE900组态工具HC Designer，可以完成对HC900控制器的控制 策略的组态、 维护及下載和上载同时具备对就地操作员盘的数据存储功能以及 控制器之间点对点的通讯设置及故障诊断等功能。 工程人员只需简单地从功能块 庫中拖弋所需功能块到组态窗口中并用软接线连接起来就可快速地生成需要的 控制策略 在组态窗口中分成多个工作表单，将具备互相关系的控制要求有机地 整合在一起 具备在线编程功能，可有效地避免修改下载组态程序时引起不必要 的停车或造成系统重新初始化HC Designer组态軟件通过调用100多种类型，功 能丰富的运算控制功能块 可生成满足实际控制需要的具体的控制策略，每个控 制器的控制组态程序可包括多達2000个功能算法功能块HC900集成控制器的HC Designer组态软件提供就地操作员盘的快速设置。二者之间是采用集成化数据 库 只要选择显示格式并拖曳位號到指定的显示区域即可。可打印的资料库包括 完整的过程资料、工作表单、处方、设置模型、显示画面及输入输出点的所有清 单通过鉯太网络、RS232端口或通过调制解器等连接手段来完成组态程序的下 载和上载并可以进行在线实时监控和系统诊断。同时PlantScape SCADA为用户提 供用户流程畫面构造工具Display Builder和数据库管理工具Quick Builder PlantScape ScADA／Hc900开放式的体系结构、灵活可靠的集成控制器以及功能 完善的组态工具， 使我们能够很方便、快捷地实現新型干法水泥生产线的自动化 控制

第三章新型干法水泥生产线的工艺流程及系统控制

生料制各系统部分包括原料破碎、调配、烘干兼粉磨生料均化及输送等工序； 煤粉制备系统包括原煤预均化、粉碎和喷煤等工序；烧荿系统部分包括窑外 预热和分解，窑内锻烧窑头熟料冷却和窑尾废气处理等工序 3．1．1生料制备系统 原料经过破碎和预均化之后，输送到各自的储存库按质量控制系统自动或 人工预先设置的配比， 有各自的定量给料机从库中卸出 送到原料磨中进行粉磨。 生料粉磨可选择Φ卸烘干磨和立磨中卸烘干磨属于传统的粉磨设备，操作与控 制水平要求较低3，一般认为投资较低但粉磨电耗高，噪音污染严重笁艺 流 程复杂，影响生产的环节多厂房占地面积大。立磨集粉磨、选粉、烘干于一体 工艺流程简单、电耗低、噪音小、烘干能力强，昰粉磨工艺的发展方向一般认 为投资高。

以兰丰水泥生产线采用的中卸烘干磨为例如图3．2，来简述生料粉磨的工

艺过程 这种磨机把風扫磨和二级短磨的优点集中于～体，因而具有较高的烘干 和粉磨能力 磨机的烘干热源采用来自废气处理的窑尾废气。原料磨由一个烘幹 仓、两个粉磨仓和一个中卸仓组成按比例配好的混合料进入烘干仓以后，被烘 干仓内的扬料板扬起在220’300。左右的窑尾废气中大部汾水分被烘干。进 磨 的热风温度可根据需要控制增湿塔的喷水量进行调节。在额定产量时用窑尾 废气作为烘干热源，可烘干粉磨初水汾为 5％的混合料 经过烘干的物料，通过磨内的隔板仓进入粗磨仓在粗磨仓中，钢球的直 径较大可以对物料进行粗粉磨。同时物料在粗磨仓中得到进一步的烘干。经 过粗粉磨的物料 在经过隔仓板进入中卸仓，一部分细颗粒随气流进入组合式选 粉机大部分物料从中卸仓经卸料装置排出磨外。 排出磨外的物料经翻板阀、空气输送斜槽、斗式提升机和空气输送斜槽进 入选粉机出选粉机的粗粉通过一个電动分料阀分成两部分，较多的部分(约 70％)经锁风阀锁风后进入磨尾细磨仓进行细磨粉磨的物料也经隔仓板排到中 卸仓，较少的部分(约30％)經胶带输送机由磨头喂料装置喂入可改善物料的 流动性。为了提高粉磨和烘干能力在磨机的细磨仓来自窑尾的热风，对物料进 行进一步的烘干和风扫而从选粉机出来的细粉即作为成品输送到均化库。 “ 生料均化库具有均化和储存两种功能.“，在生料磨和窑之间起着緩冲和平衡 作用 它靠一定压力的空气对生料进行均化。在库底板上安装上各种型式的充气 装置 充气后首先使物料松动， 然后流态化进洏进行搅拌 使生料成分变得均匀。 如果再扩大一下库的作用即大库套小库或搅拌后的再入库，这就构成了储存 中心室连续式生料均囮库同时用于连续搅拌和生料储存。该库在外部带一个 搅拌仓 库底中心设有一大圆锥充气中心室，通过该锥可将库内生料的重量传给 库壁 在库壁和中心室之间的环形区分为向库中心倾斜的6～8个扇形充气区，由 6～8个流量控制阀门控制卸料量 在环形区内由～台回转式空压機向选定充气区 供气，当向某一区充气时该区上部物料下落形成漏斗状料流，切割料层当生 料从库顶达到库底时产生重力混合均化作鼡。当生料进入搅拌仓后又依靠连续 充气搅拌得到气力均化，最后从搅拌仓卸出 3．1．2煤粉制备系统 储存在长型原煤预均化堆场的碎煤，经取料机取料由胶带输送机送入煤粉制 备车间的碎煤仓碎煤经棒型闸门、定量给料机、电动双翻板阀入磨机。通过定 量给料机可以定量地控制入磨煤量 碎煤在煤磨烘干仓内烘干，再入粉磨仓粉磨出磨气体夹带着煤粉经高效选 粉机除去粗粉，入煤磨袋收尘器而分离丅来的粗粉经锥型锁风阀、螺旋输送机 返回磨头入磨。 从粗粉分离器出来的废气夹带着细度合格的煤粉进入煤磨袋收尘 器进行净化除尘達到国家排放标准后，由离心风机排入大气由煤磨袋收尘器 收下的煤粉经星形卸灰阀卸入螺旋输送机，螺旋输送机将煤粉送入煤粉仓储存 通过调整回转卸料器， 可以使不同系统煤粉分别进入窑头和窑尾两个煤粉仓经 煤粉仓下转子秤计量后分别风送至窑头和窑尾分解炉。 整个煤粉制各工艺流程如 图3．3所示

3．1．3烧成系统 图3．3煤粉制备系统工艺流程图 烧成部分是新型干法水泥生产中最重要的一部分，它由窯外预热、分解、窑 内煅烧、熟料冷却及废气处理组成 1．窑外预热 回转窑生产熟料时排出的烟气温度在1000℃左右，在窑尾加上预热器利用 高温烟气的余热预热生料使入窑生料的温度达到750～800℃，完成预热、粘 土脱水分解和部分碳酸盐分解之后再入回转窑进行煅烧，这样提高了物料反应 温度有利于熟料热耗的降低。 预热器的作用是完成生料预热和少量碳酸盐分解预热器首先必须保证气固 分离功能的发挥， 把各级管道内己基本完成热交换的物料及时地从气流中分离出 来 确保系统提高传热效果， 降低熟料烧成热耗； 在保证预热器分离效率嘚同时 也要考虑降低预热器的阻力， 以降低系统电耗；同时还要兼顾降低建筑体积和设 备重量以减少设备及土建投资，提高经济效益 最上一级旋风筒的分离效率直接影响排出系统的粉尘量，从而对系统的热效 率、投料量及废气处理系统产生较大影响因此要保证其尽鈳能高的分离效率， 为了更加提高收尘效率 最上一级旋风筒做成双筒：最下一级旋风筒由于其中的 物料是碳酸盐分解已达90％以上的高温粉料，宜及时分离出来送入窑内以减 少高温粉料的再循环， 避免造成不必要的热量损失和再碳酸化故其分离效率同 样起着举足轻重的莋用；中间各级旋风筒则在设计时除需有适宜的分离效率外， 还要充分考虑降低阻力 旋风筒之间用管道连接。每个旋风筒和相连接的管噵形 成预热器的一级 通常预热器由上而下顺序编号为第一至第五级，旋风筒的卸料 口仍用料管与下一级的气体管道连接 生料首先喂入┅级旋风筒入口的上升管道内，在管道内进行充分热交换然 后由一级旋风筒把气体和生料颗粒分离， 收下的生料经卸料管进入二级旋风筒的

图 3．4 烧成系统部分之烧成窑尾部分工艺流程图 上升管道内进行第二次热交换 再经二级旋风筒分离，如此依次经过五级旋风预 热器进叺回转窑内进行煅烧 2．分解 分解炉主要是使物料分解， 其实质上是高温气固多相反应器窑外分解技术是一 种显著增加回转窑产量的工藝方法， 把大量吸热的碳酸钙分解反应在分解炉中进 行 生料颗粒以悬浮或沸腾状态分散在分解炉中，以最大的温度差在燃料无焰燃 烧的哃时进行高速传热过程 使生料迅速地完成分解反应。从而大大减轻了回转 窑的热负荷使回转窑的生产能力以倍数增加。如图3．4所示

3．窑内煅饶 回转窑的主要作用是为生料的完全分解和熟料矿物的形成提供所需的温度和一 定的停留时间， 以实现熟料的烧成 在水泥生产過程中， 生料从窑尾向窑头运动 与窑内热气流进行交换，物料发生了系统的化学反应把回转窑分成干燥带、分 解带、烧成带和冷却带。如图3．5所示 4．熟料冷却 篦式冷却机是一种骤冷式冷却机。出窑熟料进入冷却机后在篦板上铺成一定厚 度的料层， 鼓入的冷空气 以楿互垂直的方向穿过篦床上运动着的料层使熟料得 以骤冷。根据冷却机篦子的运动方式篦冷机可分为回转式、振动式、推动式三 种。 高溫熟料由窑口进入冷却机后 首先受到从篦板下部鼓入的高压风的急速冷 却，随后由篦床推动前进并且受到中压风的继续冷却。冷却后嘚小颗粒熟料穿 过细栅条 经出料溜子直接送入输送设备，大块熟料需经冷却机末端的破碎机破 碎后再进入输送设备。从篦板缝漏入空氣室底部的细小熟料颗粒由冷却机底 部的拉链机送至出料端。 鼓入冷却机的冷空气与熟料进行热交换后一部分作为 二次空气进入窑内， 一部分作为三次空气引入分解炉或用于烘干原燃料多余的 热风经收尘后由烟囱排入大气 由冷却机冷却的熟料，经输送机送到生烧料库頂由分料阀门把不正常烧 成的料子卸入生烧料库中，正常熟料经由输送机送至储存库中库中有料位计， 对 库的装料情况进行连续测量 库下装有给料机将熟料卸出，由耐热胶带输送机送 至水泥粉磨车间凡有下料点的位置，储存库顶、生烧料库顶都要设收尘器 5．废气處理 现代水泥厂旋窑的废气处理系统是指在一级预热器热风出口到窑尾的排放烟囱顶为 止这样一套系统。在这个系统中主要设备有窑尾高温风机、电收尘器、收尘风

机和增湿塔等。 废气从预热器塔顶由高温风机抽出在风机出口管道适当的地方进行分风 (风机入口温度一般茬360―320℃)。因为煤磨放在窑头所以废气在生料磨开磨 状态下全部送入生料磨作烘干热源，磨停窑开时进入增湿塔在增湿塔内对高温 废气進行喷水增湿降温，将350℃左右的废气降至130℃以下后入汇风箱在此 还要接收从生料磨烘干原料后来的一部分废气，然后一同进入电收尘器淨化处 理最后经收尘风机引入烟囱排入大气。从电收尘器收下的粉尘比较细随同生 料一起由斗式提升机送入生料均化库。从汇风箱沉降下来的颗粒一般来说大一 些原则上也可以送生料均化库，还可送进生料磨头仓而从增湿塔收下的废灰 是被水淋湿的，必须送入生料磨重新入磨粉磨生料磨停开时，增湿塔、电收尘 器收下的窑灰可直接进入窑系统计量小仓喂入预热器系统。 3．2兰丰水泥生产线的控制方案 在新型干法水泥生产过程中要保证生产稳定，提高产品质量及产量降低能耗 及成本，提高设备运转率就要有可靠的生产过程控淛系统和完善的控制技术。 现代化水泥厂旋窑的工艺设备单机容量大、生产连续性强、整个生产过程需要各个环 节协调一致 这就必须通過计算机控制系统及时地监视设备的运行情况，调整工 艺参数的扰动 促进生产稳定、 协调， 优化生产过程 保证整个生产的高效运转， 鉯达到最佳的经济效益目前，新型干法水泥生产线的过程控制主要是由DCS、 自动化仪表及一些专用的自动化装置组成DCS系统将这些仪表及洎动化装置连 接成一个完整的系统对水泥生产线的生产及产品实施监控。 3．2．1硬件结构 根据工艺要求和用户的需要 本文针对兰丰2500t／d新型沝泥干法生产线，采用 Honeywell推出的面向混合控制的PlantScape SCADA／HC900集散控制系统该系 统主要分成三个部分：中央控制室部分、现场控制站部分和系统通讯網络部分。 3．2．1．1现场控制站 设计院根据生产线中设备的地理分布情况、 设备间的关联程度以及每个控制站的 最大容量将整个系统细分荿6个部分，分别是石灰石破碎及输送、原料调配、 原料磨、烧成窑尾、烧成窑头和煤粉制备系统的I／O点的数量及类型的要求如 表3．1，控淛站的分配参见图3．6主控制器为Honeywell最新产品HC900混合控 制器， 每个现场站HC900集成控制器通过光纤以太网络、RS485通讯端口的通讯连 接方式可方便地進行控制器和触摸屏的组态设置。

表3．1兰丰水泥生产线I／O点的数量及类型要求 控制站中硬件的配置流程如图3．5所示首先根据设计院提供嘚点号表，除满足 点号表中的测点之外应增加15％的余量以备扩充用，参照表3．2中Honeywell

提供的各I／O模块的型号及其点数然后分别计算控制站所需要的AI、AO、DI、 DO模块的数量。 根据确定的各种类型的I／0模块的数目确定每个控制站需要的 机架数量，HC900集成控制器提供了4槽、8槽或12槽控制機架每个控制站只能 有一个主机架，扩展机架可有可无最多只能是3个，需要注意是各控制站应 留下15％的空槽位以备扩充用。

根据上媔所述的方法 可以确定每个现场控制站的机架数目、各类型I／O模块 的数 目、主CPU模块、扩展CPU模块、电源模块及其通讯设备如交换机的数目。整个现 场控制站的硬件配置参见附录

为了满足系统集中监控的需要，在中央控制室设置四台操作员站和一台高性 能服务器作为工程师站. 1．操作员站 所有的操作员站都可实现对整个水泥生产线的每个现场控制站的监控与管理， 操作员可以通过CRT很方便地读取所需数据查看工艺流程画面，观察重要控制 点的趋势打印报表等。对现场进行集中操控从而达到生产的稳定可靠、高效 节能的目的。操作员站的性能配置如下： 1.结构上： 每台操作员站(OS)之间为对等客户机均能对整个工艺线进行监视和 操作； 2.功能上：每个操作员站(OS)都能同时兼作工程師站(EWS)，具备编程下装程序 的功能； >中央处理器：P4 2．O GHz或以上； >操作系统：Windows 2000 Professional版； >内存：256M； 》硬盘：40GB；

>内置驱动器：48xCD ROM；1．44MB软驱； 》CRT：21” 分辨率，键盘鼠标等； 》网卡：10／100M自适应； >具备对整个系统的硬件及网络监测和故障诊断的功能：当系统卡件或网络出现 故障时能及时报警及顯示详细位置； 》用户定义动态工艺流程图300幅； 》动态标签数≥5000点； 》趋势曲线，历史曲线记录功能趋势曲线总数1000条； >具有生产报告、倳件报告、报警报告等： >画面切换或刷新时间<1秒，(包括动态和静态数据) 在应用中，4台操作员站分别监控煤粉制备和石灰石破碎、原料磨與原料调配、 烧成窑头、烧成窑尾每台操作员站都可以作为工程师站来用。 2．工程师站 在工程师站上可以进行全部的组态工作 具备对整个系统的硬件及网络监测和故 障诊断的功能。工程师站的性能指标如下： >中央处理器： P4处理器2．OGHz； 》操作系统：Windows 2000 Server版； ≯内存：512M； 》硬盤：40GB； >内置驱动器：48xCD―RW ROM； 1．44MB软驱； >CRT：21” ，分辨率键盘，鼠标等； ≯双网卡：10／100M自适应： 》全局数据库统一工位号，使得数据通讯高效率充分利用带宽； 》具备在线调试和在线下装的功能，能实现在线修改和刷新程序： >提供离线编程、组态、仿真调试程序； >具备对整个系统的硬件及网络监测和故障诊断的功能：当系统卡件或网络出现 故障时能及时报警及显示详细位置； 》具备第三方系统应用软件的接口：如与QCX系统、MIS系统、动态EXCEL报表的 连接 3．3．1．3 DCS系统的通信网络 DCS的结构可以简单归纳为“三点一线”“一线”就是DCS的网络，它是DCS的基 础和核心，DCS本身就是建立在网络通讯基础上的可以说， 网络是DCS的命脉 在兰丰水泥DCS系统中，采用交换式以太网将现场控制器、操作员站和工程师站 连接起来组成一个三点一线的控制系统，如图3．6所示 该网络以光纤为传输介质，采用Modbus／TCP通讯协议并以客户机／服务器方 式来管理网络。 兰丰水泥DCS系统属于中小型DCS系统 整个控制系统由现场控制级和过程管理级 两级组成。 由于采用了传输速度快的交换式阻太网络因此主干通信网络没有划 分为过程管理级网络和现场控制级网络。 1．主干通信网络 主干通信网络的特点有： (1)用交换式以太网络代替了传統的共享介质的传统以太网络 传统以太网采用的CSIvIA／CD介质访问控制协议有无法预见的延迟特性， 在信道 负载超过40％时 以太网的性能将急劇下降。针对传统以太网采用总线竞争方式

因而不可避免地存在冲突为了有效提高以太网的传输效率，减少冲突就要尽 可能地减少总線竞争。 与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相 比网络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入就可以建立地理位置相对 分散的网络，使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相传输信息 而且使局域网可以高度扩充。 交换式以太网技术嘚优点：交换式以太网不需要改 变网络其它硬件包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式 HUB节省用户网络升级的费用；可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的 协同在兰丰水泥DCS的主干通信网络中，共采用了7个MOXA工业以太网交换机

在中控室部分，采鼡了一个交换机除了用来连接4台操作员站和1台工程师站 外，还要与现场控制站相连由于工程师站(服务器)采用双网卡结构，既可以 与4台操作员站进行通信也可以同时与现场控制站进行数据传输。在现场控制 级网络中利用交换机来进行网路的扩展。 (2)采用了Modbus／TCP通讯协议 Modbus／TCP协议是当今广泛应用在工业现场的几种协议之一， Modbus／TCP协议 也叫Modbus TCP／IP协议或Modbus以太网协议” Modbus是一种工业通信和分布 式控制系统协议，由美国著名PLC厂家MODICON公司出品Modbus／TCP协议是应 用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议控制器相互之间、控制器经由 网络(例如以太网)和其它设備之间可以通信。它已经成为一通用工业标准有了 它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络进行集中监控。此协议定义了 一个控制器能认识使用的消息结构而不管它们是经过何种网络进行通信的。它 描述了一控制器请求访问其它设备的过程如果回应来自其它設备的请求，以及 怎样侦测错误并记录它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus 网络上通信时 此协议决定了每个控制器须要知噵它们的设各地址，识别按地址 发来的消息决定要产生何种行动。如果需要回应控制器将生成反馈信息并用 Modbus／TCP协议发出。 在其它网络仩包含了Modbus／TCP协议的消息转换为在 此网络上使用的帧或包结构。 这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路

由路径及错误检测的方法Modbus／TCP协议是一种全开放，免费提供非常容 易理解和实施的协议， 从70年代诞生以来一直在不同的工作领域中得到广泛应 用， 是一种事實上工业标准 其主机／从机通信机理能很好地满足确定性的要求， 这恰好与互联网的客户机／服务器的通信机理相对应 它与以太网TCP／IP結合， 在TCP帖中嵌入Modbus信息帧成为Modbus TCP／IP，在工业自动化领域中具 有很高的性能价格比， 是一种真正开放的理想解决方案 试验表明了它的有效性， 应用案例已证明了它在实际应用中的价值 (3)采用双子网结构 工程师站作为系统的服务器，采用双网卡结构通过对操作员站、工程師站及现 场控制站进行网络IP地址配置， 使操作员站与工程师站在一个子网而现场控制 站和工程师站的通信网络又在另一个子网当中，表3． 3为网络上各节点的IP地址 配置通过网络配置后，服务器就象一道防火墙将控制层与数据交换繁杂、开 放的数据用户层有效地屏蔽开，確保控制层的稳定、可靠、高

(4)采用客户机／服务器结构 其中服务器负责与现场控制站进行通信和存储信息 而客户机从服务器获取信息 服務器是整个系统的核心它具有如下功能： ①通过网络操作系统工具对整个网 络进行管理； ②通过通信软件与DCS系统交换数据； ③建立实时数據库，对获 得的实时数据进行管理并在其上提供就地操作画面，如工艺流程图、趋势图、 报警图等；④提供数据共享机制与各客户机囲享资源，并通过Modbus／IP协议 响应客户机的请求 以实现厂内任意位置对生产过程的监测管理；⑤有条件地选 择获得的实时数据并存储， 建立曆史数据库；⑥在服务器上通过相应的数据库接 口 实现实时数据库与全厂其它计算机系统的关系数据库的动态连接，使必要的

生产信息傳送到厂内的其它计算机管理系统或从这些系统接受必要的数据。客 户机是DCS操作平台的延伸能够满足生产监测和管理的需要。具体功能是：① 客户机上安装通用工控组态软件可进行组态，为指定的用户提供指定范围的实 时数据和画面；②在客户机在指定的权限内调鼡客户机运行软件包，根据组态 软件产生的组态信息实现对生产工艺流程的显示、各种状态与报表的显示、数 据计算、报警处理、实时趨势曲线显示、历史趋势曲线显示、报表打印等；③客 户机上的客户机软件可以同全厂其它系统的应用软件在同一台客户机上运行， 根 据鼡户的需要查看生产过程监测管理系统和这些系统的各种信息 2．现场控制站内的网络连接 现场控制站内的网络连接是指现场控制站中主機架和扩展机架的网络连接。 在现场控制站中 只能由一个主机架，而扩展机架的数量与该控制站需要控制的 数据点的数量有关主机架囷扩展机架的网络连接分两种情况。 (1)现场控制站只有一个扩展机架 在现场控制站只有一个扩展机架的情况下如图3．7(a)所示，现场控制站只囿 一个扩展机架 那么只要将双绞线直接从主CPU模块的通信口连接到扩展CPU模块 的通信口。 (2)现场控制站有多个扩展机架 如果现场控制站有多个擴展机架那么控制站内的网络配置如图3．7(b)所 示。 这时需要用一个HUB或交换机将主CPU的通信口和扩展CPU的通信口连接起来 同时，为了确定扩展機架的序号需要对每个扩展机架中的扩展CPU的跳线器进 行相应的跳线，如图3．8所示

图3．7现场控制站的网络连接 由于主机架的机架序号为l，因此图3．8中扩展机架的序号从2开始通过控制器 内的网络配置后， 那么控制器内的所有机架都可以与网络上的其他节点进行通信 了

采鼡基于Windows的HC900组态工具ControlBuiider(也11qHC Designer)，可以完 成对HC900控制器或就地操作员盘的控制策略的组态、维护及下载和上载HC Designer组态软件具有i00多种类型、功能丰富的运算控制功能块，每个控制器 的控制组态程序可包括多达2000个功能算法功能块 工程人员只需简单地从功能 块库中拖弋所需功能块到组态窗口Φ并用软接线连接起来就可快速地生成需要 的控制策略。 同时具备在线编程功能可有效地避免修改下载组态程序时引起不 必要的停车或慥成系统重新初始化。HC900集成控制器的HC Designer组态软件提 供就地操作员盘的快速设置 二者之间是采用集成化数据库，只要选择显示格式 并拖曳位號到指定的显示区域即可可打印的资料库包括完整的过程资料、工作 表单、 处方、 设置模型、 显示画面及输入输出点的所有清单。 通过鉯太网络、 RS232 端口或通过调制解器等连接手段来完成组态程序的下载和上载并可以进行在线 实时监控和系统诊断在Hc Designer组态软件中要完成的组態任务主要有：组 态I／O模块，实现现场设备的组开停车自动化实现关键参数的PID调节等。 2．系统数据库管理组态工具Quicldluilder 采用QuickBuilder数据库管理工具來组态和管理系统数据库在QuickBuilder 中，可以定义服务器与现场控制站的通道控制器，各种类型的数据点操作员 站，打印机以及各种第三方控制器／RTU设备定义完之后，将这些数据信息下 装到系统数据库中QuickBuilder提供窗口式操作界面。通过QuickBuiider可以 在线地对PlantScape SCADA数据库进行修改 在QuickBuiIder组态软件中，首先定义一个服务器与现场控制站的传输通道通 道；然后再定义现场控制器要指定这个控制器属于哪个通道，该控制器的IP 地址鉯及该控制器的偏移量，由于地址偏移量的关系一个现场控制器可能会

对应着多个软件控制器： 那么接下来的工作就是建立大量的数据點了，数据点的 类型有模拟量点、状态量点、累加量点、包容器点及用户自定义点结构这些数 据量点共同的参数有：点名，点描述扫描周期，扫描地址报警状态等，每个 数据点的地址必须按照一定的格式填写在进行数据库组态的过程中，必须先把 定义好的通道下载箌数据库中然后才能定义控制器，同样的在定义数据点之 前也必须把控制器下载到数据库中。 3．流程图组态工具DisplayBuilderDisplayBuilder采用基于对象的集成囮的图 形开发工具来生成特定的用户应用流程画面 用户通过简单的填表式操作来组态 画面上的显示点并采用点击式操作就可迅速完成图形对象动画的组态。 系统本身 提供真实的三维工业设备图库如：罐体、管道、阀门、塔、电机等等用户采用 这一工具可快速地生成用户動态图形画面并将动态数据连接到画面中。采用 Visual Basic脚本和ActiveX组件可生成特定的动态效果还可在画面中嵌入 Excel、Word及视频输入的现场图像。流程图組态的工作有首先根据工艺过程， 绘制多幅流程图画面 然后将需要观察的数据点标在流程图上，并对设备的各种 状态选择不同的颜色方便操作员的操作。同时绘制组操作界面用于发出各种 控制命令。 4．Station监视组态 用户可以通过Station监视组态软件定义操作员站与服务器的網络连接，进行 报警／事件管理 进行历史数据的处理， 对重要数据点作趋势图 进行报表组态， 定义操作员站的安全级别、控制级别和區域分配等与硬件结构相对应的是，系 统的组态软件的结构也同样具有层次性在用QuickBuiIder建立数据点的时候， 所有数据点的地址都要在组态恏的控制策略程序中查询 而将所有的数据点下载 到数据库中后，操作员才可以查询这些数据点的状态 3．3 DCS系统的组态流程 有了前面介绍嘚组态工具，那么现在就可以进行系统的组态工作了整个系 统的设计流程如图里3-9

如图3．3所示，系统组态工作的第一步是进行控制策略组態工作因此，控 制策略组态工作的完成好坏关系到整个全局 该工作的进度决定了整个设计工作 的进度。 在控制策略组态工作中我们偠实现现场控制站的数据采集与设备控制

功能，主要的任务就是通过HC Designer软件完成数据的I／O配置实现组开停 车自动化以及关键参数的PID调节。 茬完成控制策略组态工作后 就可以进行数据库组态了。根据数据点在I／O模件 上的实际配置和HC Designer组态软件生成的标签量与变量地址表可以確定数 据库中各数据点的Modbus地址， 然后将数据点下载到数据库中在完成流程图的 绘制工作后， 需要在画面上提供数据和控制命令的接口將画面上的数据与数据 库中的数据点对应起来， 那么在PlantScape服务器程序运行之后就可以在画面 上查看数据点的数值和发出各种控制命令了。茬station组态软件中可以对数 据库中的数据点进行报警组态，趋势组态报表组态等工作，以方便操作员的操 作

第四章系统控制策略组态的實现

图4．1 HC Designer组态软件的主窗口界面 4．2数据的采集、处理和输出 HC Designer提供了模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、数字量输入模块DI、 数字量输出模块DO。为了方便用户组态除了单通噵的数字量输入输出模块，还 提供了8通道的数字量输入输出模块 1．各种i／o模块简介

图4．2列出了HC Designer组态软件提供的输入输出模块，依次为模擬量输入模 块AI、模拟量输出模块AO、数字量输入模块DI及数字量输出模块DO模拟量输入 模块AI的功能是： 从指定的I／o地址中读入模拟量数值，根據一定的比例和变换 将模拟量输入值转换成对应工程单位的输出 模拟值输入类型有线性、 T／c、 RID 和一些特殊输入。模拟量输出模块AO将输入端的值转换成i／o地址所需的IIlA 值

数字量输入模块DI用来显示对应的I／O地址上数字量输入点的状态， 并提供其他 功能模块的接口 数字量输出模块Do用于将模块输入端的数字量状态转换转换成触点信号去启／ 停设备。 2．输入输出模块的地址选择 HC900控制器由主机架和扩展机架组成主機架由电源模块、主CPU模块和I／o 模块三部分组成。扩展机架则由电源模块、扩展CPU模块和I／O模块组成每个 机架包含一些I／o模块，而每个I／O模塊都有多个通道在对I／o模块组态时， 要指定该I／o模块的机架号、 模块号和通道号以与现场实际的I／O通道一一对 应起来。表4．1为各I／O模塊在机架号、模块号和通道号上的取值范围

3．i／o模块的状态 可以注意到， 每一个I／o功能模块都有一个状态指示输出端即模块右边输出嘚 FAIL端。对于数字量输入和模拟量输入当传感器开路或输入通道出现故障时， FAIL端的值为ON 如果数字量输出或模拟量输出的FAIL端的值为0N，表示該通道 出现故障提示用户采用适当的措施解决这些问题。 4．I／0模块的数据处理 对于模拟量由于在现场控制器和控制现场的传输信号一般为4～20mA信号，因 此在输入时 用户需要将现场来的IIlA信号与实际的工程单位对应起来，用户要 指定实际工程单位的最大值和最小值 有时需偠对现场的输入信号作一些平滑和 校正， 则用户只要指定输入的滞后时间(O～120秒)和偏差值就可以了模拟量输 出时， 就要将希望输出的工程單位值与送到现场的IIIA信号对应起来并且要对 输出的IIlA信号作出限制。 如果模拟量处理通道出现故障或者传感器处于开路状 态可以指定一個失效值，失效值可以由用户指定也可以是最大值、最小值或 保持失效瞬间的数值。相对于模拟量的处理数字量的处理就简单得多了，在组 态软件的功能模块上用户可以对输入输出信号取反，方便了用户的组态工作 4．3组设备开停车控制 在新型水泥生产线的自动化控淛中，逻辑控制要远远多于模拟调节控制逻辑控 制的主要完成的功能为：(1)设备的开停车控制：(2)向中控室的工作站提供所有 的数字量信息， 使其显示所有设备的运行状态；(3)提供设备故障分析及报警。 对设备的开停车自动化控制程序有一些基本的要求： ①程序必须满足工艺設备的 启动、停车、联锁、急停等要求；②设备发生故障时要有报警信号要有报警提 示和打印；③程序要透明易读，又要简练节约内存，减少扫描运行时间程序 要有一定的规则，便于用户更改或扩充 4．3．1组设备开停车控制的设计原则

组设备的开停车自动化已为人们偅视，这是一个以顺序控制为主的操作过程顺 序控制系统是以顺序控制为主的一类控制系统， 按顺序切换的条件可分为时间顺 序、逻辑順序和条件顺序等三类 时间顺序控制系统以时间作为顺序的切换条件，如交通信号灯的控制逻辑 顺序控制系统以逻辑先后次序作为顺序切换的条件，如流体输送系统中开车时 先开后级设备再开前级设备， 停车时先停前级设备再停后级设备条件顺序控制 系统以生产过程的条件为依据， 当某条件满足时执行某命令和动作该条件不满 足时执行其他相关的命令或动作。 顺序控制系统与连续生产过程中常规控制系统 有所不同在设计时应根据顺序控制和过程的特点遵循有关的原则。 物料输送设备的开停车顺序控制设计原则为了使物料输送正瑺在设计时必 须满足开车时按照逆流程顺序启动的原则，即先开后级设备在顺序控制系统接 收到后级设备运行的反馈信号后才能开前級设备，直到整个生产过程运行在停 车时按照顺流程顺序停车的原则，即先停前级设备在接收到前级设备停运的反 馈信号后才能停运後级设备。 此外 在物料输送过程中由于传送过程的时间滞后，应在设计时考虑相应的滞后 时间以保证不发生物料堆积等事教。为了保證安全生产顺序控制系统要有紧 急停车功能， 当按下紧急停车按钮并且经过确认后该控制站的所有设备无条件 立目口停车。 顺序控制系统中还要考虑设备再启停的问题若要启动余下没有启 动的设备，要求再次进行组启动时直接启动这些设备，而不影响已经启动了的 設备同样的，要停运余下没有停运的设备在再次按下组停车时，应跳过已经 停运的设备 直接停止剩下的设备。组设备开停车控制程序设计中还要考虑联锁 问题联锁分为设各联锁、工艺连锁和起动联锁，设备联锁是有关设备安全保护 所必须的联锁 工艺联锁就是有关笁艺操作所必须的联锁，仅在中控操作时起作 用机旁试车时不起作用，起动联锁仅在起动时起作用设备起动后不起作用。 4．3．2用常规功能模块实现组设备的开停车控制 在控制策略组态软件HC Disigner中为每个控制器提供了4个顺序控制功能模 块， 而该条新型水泥生产线所要采集或控制的