一系統概述
工程範圍：為日產2500噸新型乾法水泥生產線提供完整的集散控制系統（dcs），滿足水泥生產需要，為生產高品質水泥提供穩定性保障。
控制系統設計的總體目標
·為生產高品質水泥提供可靠的執行環境；
·提高整個水泥生產線的自動化水平；
·實現機組高品質執行，提高執行經濟性；
·提高執行人員工作效率，滿足機組執行全能值班要求；
·提高效益，降低能耗。
二．系統設計及應用時的設計思想
1) 功能設計：體現dcs建成後的自動化程度、處理事故能力（報警、分析、指導、處理等）及先進的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設計思想。具體如下：
物件控制
·按工藝流程的自動化過程由dcs系統協調完成，達到能量平衡。
·保障機組安全、可靠、高效執行和啟停。
提高機組執行的技術經濟效益
·機組在額定引數的上限執行，使機組處於最佳執行工況。
·實現高自動化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。
完善的操作指導和事故分析手段
·機組的執行工況可由很多監測引數反映出來，當執行工況出現異常時，一方面進行超馳功能及過程制約機制的實行，一方面提供相關引數、趨勢、圖表等高效方式通知執行人員及時處理。
·操作記錄列印、報警列印、事故追憶列印、週期性報表等功能，有助於機組的日常管理和事故分析。
·高效、便捷的系統**維護。
2) 系統設計：體現dcs的高可靠性、先進性、易維護、易組態等為設計思想。具體如下：
可靠性設計
·所有部件標準化、通用化、模組化。
·控制系統按分層、分散、自治的原則。
·所有i/o模件均為智慧型化設計，採用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。並具有軟體數字濾波和消除偶發干擾的措施。
維護性設計
·系統自診斷至通道級。
·選用模組化的功能組態軟體，提高軟體透明度。
擴充套件性設計
·採用工業乙太網網路結構，通訊速率100mpbs，主幹網採用冗餘環網，各子站通過雙絞電纜掛接在主幹網路上，有極強的通訊擴充套件能力。
·提供與其它系統的通訊介面，如工業乙太網、profibus dp或modbus。
開放性設計
·支援國際標準資料介面，如opc、odbc、ole、dde、sql等。
·支援sis系統，實現對dcs資料的監控。
三系統配置與功能實現
根據水泥生產的特點和實際i/o點的設計分布情況，進行以下設計方案，設計的基本功能包括：原料配料系統、生料磨系統、生料均化系統、燒成系統、窯頭系統、煤磨系統、電力系統、報警系統以及趨勢圖等，系統按工藝流程分別介紹如下：
1 原料配料系統
控制系統主要對水泥生產所需原料鐵粉、砂岩和石灰石的料位計進行自動化控制，實現各原料間的合理、高效配比。配料的目的是為了確定各種原料、燃料的消耗比例和優質、高產、低消耗地生產水泥熟料。其原則是：
配製的生料易磨易燒，生產的熟料優質，生產過程易於操作控制和管理，並簡化工藝流程。
2 生料磨系統
粉磨是將小塊狀（粒狀）物料碎裂成細粉的過程。生料磨是將原料配合後粉磨成生料的工藝。主要包括生料磨、選粉機以及粉塵**功能等。
合理的生料磨系統對保證生料質量和產量，提高熟料的質量和產量，降低單位產品電耗等有重要意義。
3 生料均化系統
生料均化是採用空氣攪拌及重力作用下產生的「漏斗效應」，使生料粉向下降落時切割盡量多層料麵予以混合。同時，在不同流化空氣的作用下，使沿庫內平行料麵發生大小不同的流化膨脹作用，有的區域卸料，有的區域流化，從而使庫內料麵產生徑向傾斜，進行徑向混合均化。
4 燒成系統
燒成系統是將生料轉變為熟料的過程，直接決定水泥的產量和質量、燃料和襯料的消耗以及迴轉窯的安全運轉。其關鍵技術是懸浮預熱技術、分解爐和迴轉窯，分別承擔水泥熟料煅燒過程的預熱、分解以及燒成。
5 窯頭系統
窯頭系統的篦式冷卻機作用在於高效、快速地實現熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。在對熟料驟冷的同時，還有對入窯二次風及入爐三次風得到加熱公升溫任務。
6 水泥粉磨及包裝為後期工程，暫未開工。
7 電力系統
主要是對生料電力室高壓櫃和燒成電力實高壓櫃實現實時監控。
8 網路配置
水泥生產的各個控制站極為分散，此時系統的安全很大程度上取決於控制網路的穩定性。冗餘光纖環網技術的設計與採用使得我們的過程控制網路極為可靠，大大提高了整個系統的安全係數。本控制系統硬體結構如下圖所示：
系統從硬體結構上可分為：
1．操作員站(os站)和工程師站(es站)
dcs系統配置4套獨立的操作員站（os站），其中遠端配料、生料磨粉、燒成窯尾窯中、窯頭及煤磨乙個os站，即4個操作員站（每個操作站帶24吋液晶顯示器），在**控制室還配有乙個es站。每套os均採用成熟、可靠的dell商用計算機。
os站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史資料再現等，可在印表機上輸出。執行windows xp多工網路作業系統下的wincc6.2應用軟體。
所有os站均為全能值班配置，影象、操作、資料一致，實現現場啟停、監控、資料儲存的執行操作。
系統配置1套工程師站（es站），採用成熟、可靠的dell商用電腦。
es站主要完成實時資料庫、控制塊、圖形、趨勢、報表等系統資料的生成和下裝，完成對系統的詳細自診斷和系統資料的列表和後備。執行windows xp多工網路作業系統下的step7v5.4、wincc6.
2應用軟體。
可由電氣專業人員通過工程師站對系統進行組態、維護。專業工程師在授權的情況下，可以在現場對系統進行**或離線修改。同時，所有運**況和控制邏輯均可在工程師站上檢視，增加了使用者對系統掌握的程度，以及系統軟體、硬體的透明度。
當不需組態時，可執行與操作員站完全相同的軟體。
整個系統配置2臺網路印表機，用於記錄列印和crt圖象拷貝。印表機選用hp網路印表機。
2．遠端i/o站
系統由西門子cpu和億維unimat的遠端i/o站配合組成，每個分布式i/o站都採用億維的unimat的un 300系列模組，通過153介面模組和s7-400**控制站進行profibus-dp通訊。其中有un 300系列的un 321-1bl00-0aa(32di)，un 322-1bl00-0aa0(32do)，un 331-1kf01-0ab0(8ai)，un 331-7kf02-0ab0(8tc)，un 332-5hd01-0ab0(4ao)等，既節省了成本，又降低了能耗。
3．冗餘的通訊網路
cp443-1作為標準的工業乙太網連線裝置，在物理層上採用高防護等級的通訊線纜，工業乙太網的卡件上帶有cpu可以獨立處理通訊訊號。高速工業乙太網是在工業乙太網的通訊協議的基礎上，將通訊速率提高到了100m/s。simatic net 中的高速乙太網採用了全雙工並行(fdx)通訊模式，這種模式允許站點同時傳送和接收資料，通訊速率可提高一倍。
simatic net 在高速乙太網上還採用了交換技術，利用交換機模組將整個網段分成若干子網，每個子網都可以獨立地形成乙個資料通訊網段，可以大大地提高通訊效率。普通乙太網上由於網段上資料通訊阻塞的存在，使得網路上實際通訊技術只有40%，採用了全雙工並行通訊技術和交換技術後，使得網路的通訊能力得以充分地利用。
dcs統計彙總表（i/o）
四、水泥生產的控制要點及策略
水泥生產工藝裝置單機容量大、生產連續性強、對快速性和協調性要求高。為了提高企業的生產效率與競爭力，自動控制的實施至關重要。採用西門子的cpu和億維unimat的遠端i/o站配合組成，能夠很好的滿足水泥行業以開關量為主、模擬量為輔且伴有少量調節迴路的控制要求。
1、 石灰石破碎及輸送系統
石灰石破碎及輸送系統裝置存在工藝聯鎖關係，採用「逆流程啟動,順流程停車」原則對裝置進行順序控制。
石灰石破碎及輸送系統的控制難點在於石灰石破碎機餵料量的自動控制，以破碎機功率的變化來自動調節板喂機的速度，使其速度保持在要求的範圍內執行，不致於由於板喂機速度過高而使石灰石料倉的料卸空，來料直接落在板喂機上，對裝置起到一定的保護作用。
圖2 原料配料系統圖（參考《原料配料系統
2、 生料製備系統
圖3 生料粉磨流程圖（參考《生料磨
生料製備系統的工藝流程範圍：始自原料調配站的庫底，止於生料均化庫的庫頂，包括原料調配及輸送，包括原料粉磨、生料輸送入庫。控制要點與策略如下：
■ 生料質量控制（qcs）系統
qcs系統（質量控制系統）在水泥生產中被廣泛應用。生料質量控制（qcs）系統由**鈣鐵螢光分析儀、計算機、調速電子皮帶秤等組成。智慧型**鈣鐵螢光分析儀可進行自動取樣、製樣，並進行連續測定，由qcs系統進行配料計算，並通過dcs對電子調速皮帶秤下料量進行比例調節和成分控制，使生料三率值保持在目標值附近波動，從而大幅度提高生料成分合格率和質量穩定性。
■ 生料粉磨負荷控制系統
生料粉磨控制系統的控制難點在於磨機的負荷控制。當入料水分、硬度發生變化時，系統通過調節入磨物料量來保證磨機處於負荷穩定的最佳粉磨狀態，避免堵磨或者空磨發生。對負荷自控系統通常採用的調節方法有：
一是設定乙個入磨量常數，穩態下的選粉機回粉入磨量加新餵料量與之相等；二是以提公升機功率或者磨機電耳訊號分別作為主控或監控訊號適時調節；三是以選粉機回粉、提公升功能、電耳等訊號進行數學模型分析控制或極值控制。
立磨大多採用常數控制，球磨則多採用電耳或者提公升機功率訊號調節。
3、 生料均化庫控制
圖4 生料均化庫流程圖（參考《生料均化系統
■ 生料預均化系統
生料預均化是通過控制均化庫底卸料電振機來實現的。生料預均化庫通常為長條形庫，庫底卸料電振機共26臺分為兩組，每組13臺，每台均能單獨實現時間程式控制，兩組電振機由一台可程式設計控制器（plc）按一定時間程式進行卸料控制，從而達到不同時間進的料按一定比例預均化後進磨。
■ 生料均化系統
生料均化是靠具有一定壓力的空氣對生料進行吹射均化。通常在庫底設定了充氣裝置，採用時間順序控制策略，依據時序開停庫底充氣電磁閥，使物料流態化並翻騰攪拌，生料混和達到均化目的。
■ 計量倉料量的自動控制系統
利用計量倉的倉重訊號自動調節生料庫側電動流量閥的開度，使稱重倉的料量保持穩定，從而保證計量倉下料量的穩定。
■ 生料均化庫下料控制
在生產過程中，燒成帶溫度一般要求控制在乙個合適的範圍，因為它對熟料的質量至關重要。將生料量、風機風量與燒成帶溫度結合起來設定生料下料量的設定值，該系統通過自動調節，利用固體流量計的反饋值自動調節計量倉下電動流量閥的開度，使生料穩定在設定值上，從而使得入窯的生料保持穩定，最終保障窯系統的穩定執行。
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