CPO-PCS水泥生產過程計算機控制系統(tǒng)
一、概述
CPO-PCS過程控制系統(tǒng)是合肥水泥研究設院自動化所運用最新計算機技術與控制技術，結合多年來在水泥生產電氣及過程控制方面積累的經驗，以低投入、優(yōu)化控制、管控一體化和可靠性為主要目標，針對國內不同規(guī)模、不同工藝水泥生產線開發(fā)的計算機控制系統(tǒng)。
CPO-PCS系統(tǒng)在傳統(tǒng)DCS分散控制、集中操作的基礎上，采用現場總線技術，不但可以使現場控制更加分散、可靠與安全，而且更能節(jié)省電纜及其施工費用；操作層面采用開放的標準網絡，可以直接與生產管理系統(tǒng)連接。
CPO-PCS系統(tǒng)可以把CPO系列的各項優(yōu)化控制技術與裝備“無逢” 集成在同一系統(tǒng)中，比如：通過現場總線直接把CPO-QCS 生料質量控制系統(tǒng)融合在一起。這樣既避免了不同系統(tǒng)之間銜接上的技術問題，提高了控制水平，又減少了多個控制系統(tǒng)重復的資源浪費，降低了自動化的整體投資。
CPO-PCS系統(tǒng)具有先進、可靠、價格低、使用維護方便等特點，為生產企業(yè)提高控制與管理水平，進一步提高勞動生產率提供了一種很好的解決方案。
二、系統(tǒng)組成
CPO-PCS系統(tǒng)可以分為基本系統(tǒng)和可選功能兩大部分。
1.基本系統(tǒng)。
CPO-PCS基本系統(tǒng)由操作站、控制站、控制軟件及網絡四大部分組成。
(1)操作站
采用工業(yè)控制PC機。基本配置：PⅢ/550，128M內存，15G硬盤；21″彩色監(jiān)視器；彩色打印機。
(2)控制站
采用原裝進口控制器。目前主要采用德國西門子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器。
(3)控制軟件。
包括操作站實時監(jiān)控軟件、控制站實時控制軟件及相應的通訊軟件。
(4)網絡
采用國際標準的、開放的網絡通訊方式。原則上在控制室一級采用802.3標準的ETHERNET網絡協(xié)議，現場采用PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工業(yè)現場總線。
2.可選功能
所有的可選功能均可以直接通過計算機網絡與基本系統(tǒng)融成一體。
(1)工程師站
根據工程應用及用戶的實際需要，可以單獨設立工程師站。工程師站可以用臺式PC，也可以用機動性較強的便攜機。在一次投資不足的工程中可以由操作站兼作工程師站。
(2)遠程診斷系統(tǒng)
通過撥號連接，實現對控制系統(tǒng)和（或）生產過程的遠程診斷。
(3)電子數據存檔系統(tǒng)
可以實現控制軟件、控制參數及生產數據的電子存檔。
(4)生產管理系統(tǒng)
CPO-PCS基本系統(tǒng)可以與生產管理系統(tǒng)直接相連，也可以選用CPO系列的CPO-PMS生產管理系統(tǒng)，實現管控一體化。
(5)CPO-QCS配料質量控制系統(tǒng)。
(6)CPO-KOS水泥窯優(yōu)化控制系統(tǒng)。
(7)CPO-MOS磨機優(yōu)化控制系統(tǒng)。
(8)CPO-OSC稀油站控制系統(tǒng)。
三、主要特點
1.可靠性高
(1)全部采用工業(yè)標準的產品
控制站用西門子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器，可靠性非常高。
(2)控制技術與設備經過工業(yè)現場惡劣條件的考驗。
(3)主要控制設備采用原裝進口的名牌產品。
(4)操作站互為備用，每個操作站可以操作全線的工藝過程，安全性提高。
2.投資低
由于CPO-PCS系統(tǒng)根據水泥生產過程特點開發(fā)，量體裁衣，充分利用了系統(tǒng)的軟硬件資源。同時，利用國內技術力量對進口設備進行系統(tǒng)集成，在保證質量的同時降低了系統(tǒng)成本。而其與CPO水泥生產專用優(yōu)化控制系統(tǒng)結合在一起，不但簡化整個控制系統(tǒng)，而且可以減少整體自動化投資。應用CPO-PCS系統(tǒng)，還可以節(jié)約基建投資，降低生產成本，提高勞動生產率。
3.開放性好
CPO-PCS系統(tǒng)開發(fā)伊始就考慮到開放性的重要意義，為此，整個系統(tǒng)各個主要組成部分都考慮到了開放、標準與通用的問題。
(1)采用開放的、符合802.3標準的ETHERNET網絡協(xié)議和PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工業(yè)現場總線作為系統(tǒng)網絡結構。
(2)操作站采用通用的工業(yè)PC機、WINDOWS環(huán)境，監(jiān)控軟件也可以連接其它各種通用的控制硬件。
(3)SIMATIC S7或QUANTUM系列控制器，不但可靠性高，而且速度快、容量大。是目前國內外工控領域的主流產品，編程軟件符合IEC1131-3標準。
該系統(tǒng)良好的開放性意味著良好的靈活性、兼容性及可擴充性，順應當前計算機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。且易于與其它系統(tǒng)或裝備聯網，如組成全廠計算機信息管理系統(tǒng)等。
4.操作、維護簡便
(1)大屏幕、高分辨率彩色監(jiān)視器所顯示的動態(tài)工藝過程等畫面形象逼真，信息集中，反映及時, 且全部漢化，便于操作員對工藝狀況作出快速、正確的判斷。
(2)通用的鍵盤和鼠標操作，并有各種菜單、操作提示，易學易會，操作員無須專門的計算機知識。
(3)各種報警提示，如畫面、語音、記錄、打印等，提高了操作的安全性，便于事故分析。
(4)系統(tǒng)有自檢功能，便于故障分析、查找。
(5)遠程診斷功能使技術人員隨時可以通過撥號進入CPO-PCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)的監(jiān)控、維護更加靈活和及時。
四、主要功能
1.操作站在傳統(tǒng)DCS的基礎上增加了如多媒體、圖像處理等功能。
(1)生產總貌畫面
(2)動態(tài)控制流程圖
(3)動態(tài)趨勢圖
(4)設備啟停及控制回路的操作、參數修改
(5)功能鍵定義
(6)動態(tài)畫面彩色圖形拷貝及報警畫面顯示與打印
(7)報表、歷史參數的記錄、顯示與打印
(8)多媒體功能
(9)直接圖像處理
2.控制站除用IEC1131-3標準的編程軟件，
如：梯形邏輯圖、語句表、標準控制語言、連續(xù)功能圖等。對用戶的特殊需要，還可以用BASIC、C/C++等高級語言編程。
3.通過撥號連接方法，實現對控制系統(tǒng)和（或）生產過程的遠程診斷。便于系統(tǒng)及生產過程的監(jiān)控和及時維護。
4.通過電子數據存檔系統(tǒng)，可以對控制軟件、控制參數及生產數據進行電子存檔，便于長期保存和管理。
5.可以把CPO系列控制系統(tǒng)融合在一起。如：
(1)CPO-QCS配料質量控制系統(tǒng)
(2)CPO-MOS磨機優(yōu)化控制系統(tǒng)
(3)CPO-KOS水泥窯優(yōu)化控制系統(tǒng)
(4)CPO-PMS生產管理系統(tǒng)
(5)CPO-OSC稀油站控制系統(tǒng)
五、適用對象
CPO-PCS系統(tǒng)是一個開放的、以水泥生產控制為主要對象集成的通用計算機控制系統(tǒng)，它充分考慮了水泥生產中高溫、高粉塵等現場較為惡劣環(huán)境的影響，以及水泥生產以一燒二磨為中心、連續(xù)生產、分布區(qū)域較廣等工藝特點，具有可靠性高、價格低、技術先進、使用維護方便等特點。其主要適用對象為水泥生產過程。尤其對中小規(guī)模水泥生產企業(yè)，較好地解決了提高生產控制、管理水平與高投資之間的矛盾。
六、投資與效果
CPO-PCS具有低投入的特點，同時也節(jié)省了相關投資，其綜合經濟效果更為顯著。
1.減少了現場崗位，優(yōu)化人員組合，降低了人工費用。
2.減輕勞動強度、優(yōu)化生產環(huán)境。
3.系統(tǒng)可靠性高，從而提高了設備運轉率和壽命，降低消耗，減少生產成本。
4.集中操作節(jié)省了現場控制室的土建投資。
5.分散控制節(jié)省了現場電纜及電纜橋架、保護管、電纜溝等設備投資及安裝、維護費用。
應用CPO-PCS系統(tǒng)的綜合一次性投資，比傳統(tǒng)DCS減少40%以上；比國產儀表系統(tǒng)僅增加約20%左右；比進口儀表系統(tǒng)減少10%以上。如果結合其產生的效益和長期運行費用，則其投資回報率遠高于儀表系統(tǒng)。
七、應用實例
CPO-PCS系統(tǒng)控制水泥生產線的應用實例已有20多家，生產規(guī)模從300t/d到2000t/d，生產工藝包括預分解窯、窯外分解窯、立波爾窯、濕法窯等各種類型。以下簡述二例：
1.關水泥廠700t/d窯外分解窯應用CPO-PCS系統(tǒng)。
控制對象：700t/d窯外分解窯燒成系統(tǒng)、煤粉制備及喂煤系統(tǒng)。
系統(tǒng)組成：由Profibus現場總線、二個操作站和二個控制站組成。
操作站采用工業(yè)控制PC機，配備21″彩色監(jiān)視器，彩色打印機等。二個操作站互為備用，同時兼作工程師站。二個操作站設置在窯頭控制室。
控制站采用德國西門子公司SIMATIC S7-412控制器。窯頭控制站控制窯頭、篦冷機、煤粉制備及喂煤系統(tǒng)，窯尾控制站控制窯尾、預熱器、分解爐及喂料系統(tǒng)等。
用Profibus現場總線把二個操作站和二個控制站連成一個CPO-PCS計算機控制系統(tǒng)。
2.山東魯碧建材有限公司1000t/d窯外分解窯應用CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系統(tǒng)集成。
山東魯碧建材有限公司1000t/d窯外分解窯生產線上集成了CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系統(tǒng)。
生料制備中采用了CPO-QCS系統(tǒng)控制生料配料，CPO-OSC控制磨機減速機及主軸承油站；燒成系統(tǒng)中采用了CPO-KOS窯優(yōu)化系統(tǒng)進行回轉窯胴體掃描、燒成帶溫度、窯頭工業(yè)電視等監(jiān)控；CPO-OSC控制窯尾高溫風機油站。
對應設置了五個現場控制站和三個操作站，其中一個操作站兼作工程師站。采用Profibus把幾個系統(tǒng)集成為一體。
操作站采用工業(yè)控制PC機，配備21″彩色監(jiān)視器，彩色打印機等。控制站采用德國西門子公司SIMATIC S7-313控制器。
CPO-PCS過程控制系統(tǒng)是合肥水泥研究設院自動化所運用最新計算機技術與控制技術，結合多年來在水泥生產電氣及過程控制方面積累的經驗，以低投入、優(yōu)化控制、管控一體化和可靠性為主要目標，針對國內不同規(guī)模、不同工藝水泥生產線開發(fā)的計算機控制系統(tǒng)。
CPO-PCS系統(tǒng)在傳統(tǒng)DCS分散控制、集中操作的基礎上，采用現場總線技術，不但可以使現場控制更加分散、可靠與安全，而且更能節(jié)省電纜及其施工費用；操作層面采用開放的標準網絡，可以直接與生產管理系統(tǒng)連接。
CPO-PCS系統(tǒng)可以把CPO系列的各項優(yōu)化控制技術與裝備“無逢” 集成在同一系統(tǒng)中，比如：通過現場總線直接把CPO-QCS 生料質量控制系統(tǒng)融合在一起。這樣既避免了不同系統(tǒng)之間銜接上的技術問題，提高了控制水平，又減少了多個控制系統(tǒng)重復的資源浪費，降低了自動化的整體投資。
CPO-PCS系統(tǒng)具有先進、可靠、價格低、使用維護方便等特點，為生產企業(yè)提高控制與管理水平，進一步提高勞動生產率提供了一種很好的解決方案。
二、系統(tǒng)組成
CPO-PCS系統(tǒng)可以分為基本系統(tǒng)和可選功能兩大部分。
1.基本系統(tǒng)。
CPO-PCS基本系統(tǒng)由操作站、控制站、控制軟件及網絡四大部分組成。
(1)操作站
采用工業(yè)控制PC機。基本配置：PⅢ/550，128M內存，15G硬盤；21″彩色監(jiān)視器；彩色打印機。
(2)控制站
采用原裝進口控制器。目前主要采用德國西門子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器。
(3)控制軟件。
包括操作站實時監(jiān)控軟件、控制站實時控制軟件及相應的通訊軟件。
(4)網絡
采用國際標準的、開放的網絡通訊方式。原則上在控制室一級采用802.3標準的ETHERNET網絡協(xié)議，現場采用PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工業(yè)現場總線。
2.可選功能
所有的可選功能均可以直接通過計算機網絡與基本系統(tǒng)融成一體。
(1)工程師站
根據工程應用及用戶的實際需要，可以單獨設立工程師站。工程師站可以用臺式PC，也可以用機動性較強的便攜機。在一次投資不足的工程中可以由操作站兼作工程師站。
(2)遠程診斷系統(tǒng)
通過撥號連接，實現對控制系統(tǒng)和（或）生產過程的遠程診斷。
(3)電子數據存檔系統(tǒng)
可以實現控制軟件、控制參數及生產數據的電子存檔。
(4)生產管理系統(tǒng)
CPO-PCS基本系統(tǒng)可以與生產管理系統(tǒng)直接相連，也可以選用CPO系列的CPO-PMS生產管理系統(tǒng)，實現管控一體化。
(5)CPO-QCS配料質量控制系統(tǒng)。
(6)CPO-KOS水泥窯優(yōu)化控制系統(tǒng)。
(7)CPO-MOS磨機優(yōu)化控制系統(tǒng)。
(8)CPO-OSC稀油站控制系統(tǒng)。
三、主要特點
1.可靠性高
(1)全部采用工業(yè)標準的產品
控制站用西門子公司SIMATIC S7系列控制器或施耐德公司的QUANTUM系列控制器，可靠性非常高。
(2)控制技術與設備經過工業(yè)現場惡劣條件的考驗。
(3)主要控制設備采用原裝進口的名牌產品。
(4)操作站互為備用，每個操作站可以操作全線的工藝過程，安全性提高。
2.投資低
由于CPO-PCS系統(tǒng)根據水泥生產過程特點開發(fā)，量體裁衣，充分利用了系統(tǒng)的軟硬件資源。同時，利用國內技術力量對進口設備進行系統(tǒng)集成，在保證質量的同時降低了系統(tǒng)成本。而其與CPO水泥生產專用優(yōu)化控制系統(tǒng)結合在一起，不但簡化整個控制系統(tǒng)，而且可以減少整體自動化投資。應用CPO-PCS系統(tǒng)，還可以節(jié)約基建投資，降低生產成本，提高勞動生產率。
3.開放性好
CPO-PCS系統(tǒng)開發(fā)伊始就考慮到開放性的重要意義，為此，整個系統(tǒng)各個主要組成部分都考慮到了開放、標準與通用的問題。
(1)采用開放的、符合802.3標準的ETHERNET網絡協(xié)議和PROFIBUS、MODBUS或MODBUS Plus工業(yè)現場總線作為系統(tǒng)網絡結構。
(2)操作站采用通用的工業(yè)PC機、WINDOWS環(huán)境，監(jiān)控軟件也可以連接其它各種通用的控制硬件。
(3)SIMATIC S7或QUANTUM系列控制器，不但可靠性高，而且速度快、容量大。是目前國內外工控領域的主流產品，編程軟件符合IEC1131-3標準。
該系統(tǒng)良好的開放性意味著良好的靈活性、兼容性及可擴充性，順應當前計算機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。且易于與其它系統(tǒng)或裝備聯網，如組成全廠計算機信息管理系統(tǒng)等。
4.操作、維護簡便
(1)大屏幕、高分辨率彩色監(jiān)視器所顯示的動態(tài)工藝過程等畫面形象逼真，信息集中，反映及時, 且全部漢化，便于操作員對工藝狀況作出快速、正確的判斷。
(2)通用的鍵盤和鼠標操作，并有各種菜單、操作提示，易學易會，操作員無須專門的計算機知識。
(3)各種報警提示，如畫面、語音、記錄、打印等，提高了操作的安全性，便于事故分析。
(4)系統(tǒng)有自檢功能，便于故障分析、查找。
(5)遠程診斷功能使技術人員隨時可以通過撥號進入CPO-PCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)的監(jiān)控、維護更加靈活和及時。
四、主要功能
1.操作站在傳統(tǒng)DCS的基礎上增加了如多媒體、圖像處理等功能。
(1)生產總貌畫面
(2)動態(tài)控制流程圖
(3)動態(tài)趨勢圖
(4)設備啟停及控制回路的操作、參數修改
(5)功能鍵定義
(6)動態(tài)畫面彩色圖形拷貝及報警畫面顯示與打印
(7)報表、歷史參數的記錄、顯示與打印
(8)多媒體功能
(9)直接圖像處理
2.控制站除用IEC1131-3標準的編程軟件，
如：梯形邏輯圖、語句表、標準控制語言、連續(xù)功能圖等。對用戶的特殊需要，還可以用BASIC、C/C++等高級語言編程。
3.通過撥號連接方法，實現對控制系統(tǒng)和（或）生產過程的遠程診斷。便于系統(tǒng)及生產過程的監(jiān)控和及時維護。
4.通過電子數據存檔系統(tǒng)，可以對控制軟件、控制參數及生產數據進行電子存檔，便于長期保存和管理。
5.可以把CPO系列控制系統(tǒng)融合在一起。如：
(1)CPO-QCS配料質量控制系統(tǒng)
(2)CPO-MOS磨機優(yōu)化控制系統(tǒng)
(3)CPO-KOS水泥窯優(yōu)化控制系統(tǒng)
(4)CPO-PMS生產管理系統(tǒng)
(5)CPO-OSC稀油站控制系統(tǒng)
五、適用對象
CPO-PCS系統(tǒng)是一個開放的、以水泥生產控制為主要對象集成的通用計算機控制系統(tǒng)，它充分考慮了水泥生產中高溫、高粉塵等現場較為惡劣環(huán)境的影響，以及水泥生產以一燒二磨為中心、連續(xù)生產、分布區(qū)域較廣等工藝特點，具有可靠性高、價格低、技術先進、使用維護方便等特點。其主要適用對象為水泥生產過程。尤其對中小規(guī)模水泥生產企業(yè)，較好地解決了提高生產控制、管理水平與高投資之間的矛盾。
六、投資與效果
CPO-PCS具有低投入的特點，同時也節(jié)省了相關投資，其綜合經濟效果更為顯著。
1.減少了現場崗位，優(yōu)化人員組合，降低了人工費用。
2.減輕勞動強度、優(yōu)化生產環(huán)境。
3.系統(tǒng)可靠性高，從而提高了設備運轉率和壽命，降低消耗，減少生產成本。
4.集中操作節(jié)省了現場控制室的土建投資。
5.分散控制節(jié)省了現場電纜及電纜橋架、保護管、電纜溝等設備投資及安裝、維護費用。
應用CPO-PCS系統(tǒng)的綜合一次性投資，比傳統(tǒng)DCS減少40%以上；比國產儀表系統(tǒng)僅增加約20%左右；比進口儀表系統(tǒng)減少10%以上。如果結合其產生的效益和長期運行費用，則其投資回報率遠高于儀表系統(tǒng)。
七、應用實例
CPO-PCS系統(tǒng)控制水泥生產線的應用實例已有20多家，生產規(guī)模從300t/d到2000t/d，生產工藝包括預分解窯、窯外分解窯、立波爾窯、濕法窯等各種類型。以下簡述二例：
1.關水泥廠700t/d窯外分解窯應用CPO-PCS系統(tǒng)。
控制對象：700t/d窯外分解窯燒成系統(tǒng)、煤粉制備及喂煤系統(tǒng)。
系統(tǒng)組成：由Profibus現場總線、二個操作站和二個控制站組成。
操作站采用工業(yè)控制PC機，配備21″彩色監(jiān)視器，彩色打印機等。二個操作站互為備用，同時兼作工程師站。二個操作站設置在窯頭控制室。
控制站采用德國西門子公司SIMATIC S7-412控制器。窯頭控制站控制窯頭、篦冷機、煤粉制備及喂煤系統(tǒng)，窯尾控制站控制窯尾、預熱器、分解爐及喂料系統(tǒng)等。
用Profibus現場總線把二個操作站和二個控制站連成一個CPO-PCS計算機控制系統(tǒng)。
2.山東魯碧建材有限公司1000t/d窯外分解窯應用CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系統(tǒng)集成。
山東魯碧建材有限公司1000t/d窯外分解窯生產線上集成了CPO-QCS、CPO-OSC及CPO-KOS系統(tǒng)。
生料制備中采用了CPO-QCS系統(tǒng)控制生料配料，CPO-OSC控制磨機減速機及主軸承油站；燒成系統(tǒng)中采用了CPO-KOS窯優(yōu)化系統(tǒng)進行回轉窯胴體掃描、燒成帶溫度、窯頭工業(yè)電視等監(jiān)控；CPO-OSC控制窯尾高溫風機油站。
對應設置了五個現場控制站和三個操作站，其中一個操作站兼作工程師站。采用Profibus把幾個系統(tǒng)集成為一體。
操作站采用工業(yè)控制PC機，配備21″彩色監(jiān)視器，彩色打印機等。控制站采用德國西門子公司SIMATIC S7-313控制器。
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