摘 要：以活性石灰回轉窯生產線為例，詳細闡述了國產DCS的硬件配置、控制功能、冗余性及其特點，以及DCS較PLC控制的優越性。實踐證明，DCS的成功應用可為企業帶來很好的經濟效益。
關鍵詞：DCS； 活性石灰回轉窯生產線； 應用
0 引言
目前國內建成的活性石灰回轉窯生產線在自動控制領域中普遍采用的是PI C（可編程序控制器）控制技術。該技術產生于2O世紀6O年代，存在著設計原理落后、不能冗余設計、不能熱拔插、運算效率低、響應速度慢等問題，從而影響了整條石灰生產線的效率，并且一旦系統檢修或某個模塊發生錯誤時，需要中斷活性石灰生產線的正常生產，往往對生產造成比較大的影響。在這種情況下，更為先進的DCS系統被應用于活性碳回轉窯生產線上。
1 DCS系統
活性石灰回轉窯生產線采用DCS（集散控制系統）控制模式，是在充分了解活性石灰生產工藝的基礎上，結合先進的自動控制技術研發而成的。與傳統常規儀表和PI C相比，該活性石灰生產線集散控制系統有著很大的優越性，例如控制集中、危險分散、網絡冗余、CPU冗余、電源冗余、各種模件冗余及可熱拔插。另外該系統還采用了現場總線技術，使系統的擴展更為方便，結構更為靈活、簡潔。友好的人機界面更適合國情，易于掌握，操作、維護方便。各種優化算法及控制策略的運用，可使生產線產品質量大幅度提高，為產出優質的石灰產品提供了堅實的保障。
本文介紹河南安陽豫鑫活性石灰有限公司的300t／d活性石灰回轉窯生產線。整個生產線的DCS系統本著節約投資而不影響自動化水平的原則進行建設，系統控制點數近400點。目前該生產線已投產6個月，系統運行良好，無論從系統的穩定性、可靠性、靈活性上，還是從系統人機交互的方式和控制功能上來講，用戶對系統都很滿意，系統達到了預期的控制目的。DCS系統的框架結構見圖1。
該生產線的DCS系統采用雙CPU 熱備冗余的構架，避免了由于某個部件失效而影響運行，從而保證了整個系統的可靠性和穩定性。冗余控制器和上位機之間采用了冗余TCP／IP進行通訊，確保網絡在任意一點的斷開都不會影響網絡的正常工作。冗余控制器之間的通訊也采用了冗余光纖通訊方式，任何一個控制器或通訊模塊的停機都不會影響通訊的正常運行。
2 DCS系統功能
安陽豫鑫活性石灰生產線的DCS系統中，涵蓋了整條生產線中主要的控制點，并實現了以下控制功能：① 生產過程參數的采集、運算處理和顯示；② 生產過程操作及控制；③生產過程的故障報警、顯示、打印；④生產過程的日志記錄、顯示、打印；⑤ 生產過程的班報、日報、月報等打印；⑧ 生產過程主要參數的趨勢記錄、顯示、打印；⑦ 生產過程動態流程圖畫面顯示、打印；⑧電機的備妥、運行、故障等顯示；⑨設備組啟動、停車、緊停、備妥檢查、控制和故障判斷等。當某設備跳停后，畫面能立刻顯示直接原因。
該生產線的DCS系統的硬件配置為2臺操作員站兼工程師站、1臺現場控制柜（含配電及繼電器）。
在該系統中，無論從單機設備的啟停還是成組設備的啟停和回路的控制上來講，都是根據工藝的特點和設備要求的啟停條件進行啟動和運行，滿足了工藝的要求，并且保護了設備，使設備能夠安全運行。在成組設備的控制中，用戶能根據實際情況進行連鎖／解鎖選擇，增強了系統的可靠性。在生產線設備發生故障時，系統會發出故障報警信號，在某些控制點還可根據工藝要求進行控制動作。
從多個類似安陽豫鑫的成功案例中，我們總結出了DCS系統的以下特性：
（1）系統在過程控制級配置了2套完全熱備冗余的控制單元和一套輸入／輸出系統（i／o模塊），其中每套控制單元都包括1個控制器（CPU模塊）、2個電源模塊、2個通訊模塊和1個冗余控件。這樣兩套熱備冗余的控制單元就完全保證了整個過程控制級在控制器、電源、通訊、機架所有環節上的熱備冗余，使系統的可靠性發揮到最大，系統可以一直不問斷地運轉，從而可以保障在活性石灰生產過程中，不會因為某一套自動控制系統發生故障而導致生產停頓。
（2）系統采用高性能的處理器，控制器按高于PIC系統4倍～1O倍的速度運算，同時進行I／O掃描，處理控制器之間、控制器與主機之間的通訊并保持和熱備控制器的同步。此外，系統還具有點對點通訊能力，控制器之間可通過高速以太網直接進行通訊而無須通過上位路由，并且采用了遇等則報的通訊原則從而提高了通訊效率。
（3）系統在設計時全部采用模塊化的結構方式，在控制網上可以擴展控制單元至萬個節點，內在的擴展性可支持小到一個I／O模塊，大到上千個I／O模塊系統，且不需要改變系統結構。因此，當系統控制范圍擴充時只需增加相應的控制單元和卡件即可進行擴展，同時各模塊可以實現熱拔插而不影響原來系統的正常運行。
（4）系統具有開放性，實現了控制器對外開放，支持串口通訊、EthernetTCP／IP、Profibus、ModBus、InterBus、CANOpen、DeviceNet等通訊方式；實現了在人機接口上對外開放；實現了與上層的信息管理系統的接口。
（5）系統提供了適合各個層面和具有各種不同操作習慣的人的控制界面，提供了具有高價值和高可用性的各種報表，這些報表對生產過程中采集的數據進行了加工、整理及分析，為生產決策提供了堅實的數據基礎。
（6）系統在開發過程中極其重視人機交互的人性化，其界面直觀，操作簡單，還提供了語音報警，方便了客戶的使用，為生產線的安全運行提供了可靠的保障。
3 結語
綜上所述，該DCS系統運行穩定，運算效率高，控制效果良好，生產過程中各項工藝指標正常，產品質量穩定，可達到自動控制的目的，是國產DCS系統在活性石灰回轉窯生產線上成功應用的一個范例。
參考文獻
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