CS3000在電石渣制水泥生產中的應用

甘翠蘭

（新疆石河子開發區青松天業水泥有限公司，石河子市832012）

CS3000在電石渣制水泥生產中的應用

甘翠蘭

（新疆石河子開發區青松天業水泥有限公司，石河子市832012）

0 前言

石河子開發區青松天業水泥有限公司2005年建成日產1000噸水泥熟料生產線，該項目作為新疆天業（集團）有限公司國家循環經濟的重要項目，以天業化工20萬噸聚氯乙烯項目產生的電石渣100%替代石灰石作原料生產水泥熟料。該生產線結合新型干法工藝特點及電石渣的化學特性，組合建成的帶有烘干破碎及旋風預熱系統的干法生產線。

該生產線配置的DCS控制系統，選用了CENTUM-CS3000大規模集散控制系統；該系統是相對于CENTUM-CS系統而開發的XP環境下的控制系統，它繼承了CENTUM-CS系統的可靠性和高性能的優點，同時具有了中文版XP操作系統的開放性和友好人機界面。CS3000系統構成由人機接口單元（工作站）、現場控制站和通信網絡三部分構成。

1 CENTUM CS3000系統的特征

1.1 綜合性和開放的網絡結構

CS3000是大規模集散控制系統，系統采用W indows XP標準操作系統，支持DDE/OPC。既可以直接使用PC機通訊的MS-Excel Visual Basic編程報表及程序開發，也可同在UNIX上運行的大型Oracal數據庫進行數據交換。此外，系統接口和網絡接口用于與不同廠家的系統、產品管理系統、設備管理系統和安全管理系統進行通信。

1.2 高可靠性和高效性

采用了高可靠性能的硬件控制站，I/O模件采用表面封裝技術，具有1500VAC/分抗沖擊性能，系統接地電阻小于100歐姆等多項高可靠性尖端技術，使系統具有極高的抗干擾、耐環境等特點，適用于條件較差的工業環境。

控制站FCS采用高速RISC處理器VR5432，內存32M，可進行64位浮點運算，具有強大的運算和處理功能。此外，還可以實現諸如多變量控制，模型預測控制，模糊邏輯控制等多種高級控制功能。

1.3 高效的工程化方法

CENTUM-CS3000采用Control Draw ing圖進行軟件設計及組態，使方案設計及軟件組態同步進行，最大限度地簡化了軟件開發流程。提供動態仿真測試軟件，有效地減少了現場軟件調試時間。

1.4 可擴展性

具有構造大型實時過程信息網的拓撲結構，可以構成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統。

1.5 與即有系統的兼容性

CENTUM-CS3000與以往的系統可以通過總線轉換單元，方便地連接在一起，實現對即有相同的監視和操作。

2 DCS控制系統的硬件構成和配置

2.1 系統構架

CS3000系統配置了4臺工作站，3臺HIS操作站、1臺WES工程師站組成。1臺具備組態和操作功能，另外三臺工作站具備操作功能。系統整體結構如圖1所示。

圖1 控制系統結構示意圖

2.2 該控制系統配置情況

2.2.1 人機接口

系統配置了四臺工作站，一臺工作站具備組態和操作功能，另外三臺工作站具備操作功能。系統配置3臺打印機。每臺工作站都帶有獨立的主機，工作站之間具備工作冗余的特點。系統數據庫容量為100000個工作號。選用橫河電機指定的DELL PC作為工程師站和操作員站，操作站及工程師站的配置如下：P4 2.8CHz、256MB RAM、60GB HD、1.44MB 3.5‘FD、52X CD-ROM、19’液晶。工作站配有專用V net/IP通信卡。

2.2.2 現場控制站

系統配備了三臺現場控制器（AFV10S），其中FCS0101對原料壓縮、空壓機房、燒成窯尾及窯中進行控制；FCS0103用于水泥調配、水泥粉磨、水泥儲存的控制，FCS0101號控制站帶有兩個遠程控制節點，主要用于控制和檢測的范圍是原料壓濾和空壓機房。ESB-BUS的通訊數率為128MB/s。AFV10S控制器的處理器為VR5432,主頻為133MHz，內存為32MB，控制回路最快的執行周期為50ms。帶9個I/O控制節點。模擬量I/O卡為16點卡，數字量I/O卡為32點卡，卡件配有獨立的集成型端子板，I/O卡通過專用的信號電纜與端子板連接。

2.2.3 通信網絡

系統配有實時數據網Vnet/IP。V net/IP網采用IEEE802.3以太網傳輸協議，速率為100Mbps,中央控制室和三個控制站之間采用光纖連接。內部ESB總線通訊速率128Mbps。Ethernet網上可進行OPC通訊。Vnet/IP網傳輸介質采用光纖，通訊距離最遠可達20km。

3 系統控制所包含的主要工藝過程

（1）料漿庫的監視和測量。

（2）壓縮空氣、循環水的輔助設施控制。

（3）配庫系統：對庫位高低控制進庫和出庫的流量。

（4）物料的壓濾和輸送控制：采用聯鎖和順序控制的方式控制壓濾機和輸送設備。

（5）窯尾煙氣處理：通過控制窯尾風機閥門開度，穩定系統熱工制度平衡。

（6）回轉窯的控制：通過窯速控制進一步控制喂料量的大小，確保熟料煅燒質量。

（7）窯頭篦冷機控制：控制篦冷機的風量、料層溫度和推料速度。

（8）煤粉制備系統：進行煤粉制備和存儲。

（9）水泥制備系統：水泥配料、粉磨和存儲。

4 系統控制方案的應用實例

4.1 窯尾烘干破碎機系統的控制

烘干破碎機在窯尾系統中起著重要的作用，為確保烘干破碎機的安全正常運行，在工藝中采用了聯鎖控制：旋風筒鎖風閥聯鎖烘干破碎機，烘干破碎機聯鎖進料皮帶。工藝系統圖如圖2所示。

圖2 烘干破碎機工藝圖

軟件組態控制回路圖如圖3所示。烘干破碎機的啟動聯鎖有鎖風下料器0604M 1-4的運行信號，和液體啟動柜啟動完畢信號共同作為必備條件，順控模塊ST16確定開機順序，LC64邏輯模塊確定各連鎖設備之間的邏輯關系，確保系統的安全啟動。

圖3 烘干破碎機啟動控制回路圖

4.2 回轉窯與喂料裝置速度的聯動控制

在熟料的煅燒過程中，窯速和喂料量的調整對系統的平穩運行和熟料的煅燒質量起到非常關鍵的作用。回轉窯的電力拖動是直流電動機，采用的是590控制器進行調速控制。喂料裝置采用螺旋雙管輸送，調速采用ABBASC800變頻調速。在工藝控制不穩定的情況下，兩臺設備的控制在中控獨立操作互不影響，當工藝條件滿足時喂料雙管螺旋的轉速將隨著窯速的變換而變化。

如圖4所示，當需要聯動時，比值控制選擇06PP/SW-91的輸出端S10受S12輸入端控制。

當SW=1時，S10=S11，螺旋雙管轉速由0608AF1/MLD-PVI的MV控制。

當SW=2時，S10=S12，螺旋雙管轉速由06P/CALCU的CPV控制。

06P/CALCU編程為：

alias A 06SC.MV

aliasB 0701AF.PV（注：0701AF.PV是窯速的反饋值）

CPV=K*A*B（K值為常數）

CPV的值的大小決定了螺旋雙管轉速隨窯速的變化而變化。

圖4 喂料螺旋雙管與窯速控制圖

4.3 水泥配料控制

在傳統的水泥生產過程中生料制備和水泥生產所采用的原料組分相對穩定，控制方案簡單。而該條生產線由于所用的原料全部是工業廢渣，參與生產的原料組分多、復雜，調配頻繁。因此要求各組分進行調整時，中控的操作控制要及時靈活，同時對下料情況進行監控。為滿足工藝控制要求，系統在組態編程時采用調用配料表的方式，在配料表中可同時監控到參與控制的所有喂料秤的運行情況。

如表1所示，在總給定量確定后，選擇不同的喂料秤，給出配比就可方便的對給料量進行控制。當化驗室對組分調整時，中控可選擇不同的喂料秤進行配料。當配料結果偏離指標時，中控可調節秤比例來滿足指標要求。同時可對總累積量進行清零，可方便各班組之間的核算。

表1 配料表

5 控制系統的功能特點

通過對該系統的使用，系統的功能滿足了生產過程的要求，其主要功能優點如下：

（1）結合工藝流程確保了系統的安全運行：在安全設計方面對大型設備設定了各種溫度、振動等信息的聯鎖信號，重要設備參數的異常不僅有信息提示而且采用聲光報警；根據生產需要合理組合設備之間的聯鎖關系，使系統的運行平穩安全可靠。

（2）每個操作員站都帶有獨立的主機，冗余數據通訊總線，所有操作站組態相同，并列運行互為備用，既可分工完成不同的顯示與控制功能，也可完成相同的顯示與控制功能。但對操作人員的操作、監視權限進行限制，提高操作的安全性。

（3）在工程軟件編制中，工程技術人員可根據實際需要，通過組合用戶名稱、指定密碼、分配所屬的組來對操作人員指定相應操作權限或對每一操作對象賦予一定的可操作范圍、重要度、報警優先級等。

6 系統的抗干擾措施

由于水泥廠工藝線較長，外界環境相對較差，大容量的電氣設備較多，現場的干擾源較多，為確保系統的正常運行，在系統的設計和安裝過程中，都注重了外界干擾對系統的影響并采取相應的抗干擾措施，具體措施有：

（1）所有的I/O進線采用屏蔽電纜，并且在現場站控制柜側接地處理。

（2）來自現場的信號采用信號隔離器和中間繼電器隔離的方式。

（3）DCS系統的接地采用單獨接地系統與電氣接地系統分開。

（4）采用UPS單獨供電系統。

（5）I/O模件采用表面封裝技術，具有1500VAC/分抗沖擊性能，系統接地電阻小于100歐姆等高可靠性尖端技術，系統抗干擾能力強。

（6）系統在設計時，還采用了光電隔離、高共模抑制比等抗干擾措施。

7 結束語

該系統自2005年投入運行以來，系統穩定可靠，保證了水泥生產的安全平穩運行，使企業獲得了很好的經濟效益。

（編輯：向仕強）

TM 76 文獻標識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）03-0049-04

2010-03-22】