CN219085314U - 一种石灰窑dcs控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种石灰窑DCS控制系统，包括：主机CPU、备用CPU、工程师站PC机ES‑PC、操作站PC机OS‑PC、边缘服务器Edge‑PC、过程控制网SCnet交换机SC‑Switch、I/O总线E‑BUS交换机E‑Switch、控制子站SSR以及第三方控制器O‑PLC；所述主机CPU和所述备用CPU的控制器的SCnet口用以太网线连接至所述过程控制网SCnet交换机SC‑Switch，在所述过程控制网SCnet交换机SC‑Switch上同时连接所述工程师站PC机ES‑PC、所述操作站PC机OS‑PC以及所述边缘服务器Edge‑PC。

Description

一种石灰窑DCS控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制系统的技术领域，具体而言，尤其涉及一种石灰窑DCS控制系统。

背景技术

目前，我国石灰产业结构不断优化，煅烧工艺落后以及环保、能耗不达标的产能不断退出，特别是近几年，多种行业对先进装备愈加重视，一批产能置换、环保搬迁、产业转移等项目，普遍配套单体产能高、工艺装备先进的双膛竖型石灰窑、回转窑、套筒窑等石灰窑炉。其中双膛竖型石灰窑因其节能环保优势明显致其市场占比60％以上，而双膛竖型石灰窑的控制系统多采用进口的西门子PLC系统，但当前国际芯片产能受限，进口品牌的控制器产品货期被迫延长，不能满足我国工业快速发展的要求。我国自主研发的多种DCS控制系统，性能稳定可靠，芯片自主研发产制，价格较进口产品有很大优势，国产DCS控制器逐渐被用户认可，在化工和冶炼行业的应用越来越多。同时DCS控制系统与PLC控制系统相比，DCS是基于冗余链路进行开发设计的，其稳定性和可靠性更高，更适合在化工和冶炼行业中的应用，易于满足我国国家的工程项目控制系统验收规范要求，因此我们开发了一种适用于石灰窑的DCS控制系统。

实用新型内容

根据上述背景技术中提到的双膛竖型石灰窑依赖进口PLC控制系统技术问题，而提供一种石灰窑DCS控制系统。本实用新型采用的技术手段如下：

一种石灰窑DCS控制系统，包括：

主机CPU、备用CPU、工程师站PC机ES-PC、操作站PC机OS-PC、边缘服务器Edge-PC、过程控制网SCnet交换机SC-Switch、I/O总线E-BUS交换机E-Switch、控制子站SSR以及第三方控制器O-PLC；

所述主机CPU和所述备用CPU的控制器的SCnet口用以太网线连接至所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch，在所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch上同时连接所述工程师站PC机ES-PC、所述操作站PC机OS-PC以及所述边缘服务器Edge-PC。

进一步地，所述SCnet网络连接方式为冗余星型。

进一步地，所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch根据A/B网分为：过程控制A网SCnet交换机SC-Switch和过程控制B网SCnet交换机SC-Switch；所述I/O总线E-BUS交换机E-Switch根据A/B网分为：I/O总线E-BUS交换机E-Switch和I/O总线E-BUS交换机E-Switch。

更进一步地，所述主机CPU和所述备用CPU的控制器的I/O总线E-BUS口用以太网线连接至I/O总线E-BUS交换机E-Switch，交换机采用冗余星型网络方式同时连接多个控制子站SSR、第三方控制器O-PLC；所述远程子站方式将控制子站设置在窑上和配电室内，所述I/O总线E-BUS需通过光纤传输。

进一步地，所述控制子站SSR108包括：窑顶控制子站、窑中控制子站、窑底控制子站、公辅控制子站、低压配电室控制子站。

进一步地，所述第三方控制器O-PLC通过以太网通讯方式与主机CPU和备用CPU进行数据交换。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型采用过程控制网和I/O总线的各自独立冗余的网络配置方式，又在硬件配置等多个方面对控制系统进行了冗余配置，提高了整体系统的稳定性；本实用新型中系统选用我国自主研制的DCS控制系统，不受国际芯片产能限制，较进口PLC有很大的工期优势；同事本实用新型所述的系统较进口PLC国产的DCS价格更优，降低石灰窑项目的成本，提升效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体系统架构示意图。

图中：101、主机CPU；102、备用CPU；103、工程师站PC机ES-PC；104、操作站PC机OS-PC；105、边缘服务器Edge-PC；106、过程控制网SCnet交换机SC-Switch；106-A、过程控制A网SCnet交换机SC-Switch；106-B、过程控制B网SCnet交换机SC-Switch；107、I/O总线E-BUS交换机E-Switch；107-A、I/O总线E-BUS交换机E-Switch；107-B、I/O总线E-BUS交换机E-Switch；108、控制子站SSR；108-1、窑顶控制子站；108-2、窑中控制子站；108-3、窑底控制子站；108-4、公辅控制子站；108-5、低压配电室控制子站；109、第三方控制器O-PLC；110、Profibus-DP模块与变频器VVVF。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本实用新型提供了一种石灰窑DCS控制系统实际物理连接如图1所示，双膛竖型石灰窑硬件网络架构图，包括：主机CPU101、备用CPU102、工程师站PC机ES-PC103、操作站PC机OS-PC104、边缘服务器Edge-PC105、过程控制网SCnet交换机SC-Switch106、I/O总线E-BUS交换机E-Switch107、控制子站SSR108、第三方控制器O-PLC109。其中，过程控制网SCnet交换机SC-Switch106按A/B网又分为过程控制A网SCnet交换机SC-Switch106-A和过程控制B网SCnet交换机SC-Switch106-B；I/O总线E-BUS交换机E-Switch107按A/B网又分为I/O总线E-BUS交换机E-Switch107-A和I/O总线E-BUS交换机E-Switch107-B。

主机CPU101和备用CPU102控制器选用中控ECS-700系列产品，该系统是中控InPlant整体解决方案的核心平台，具有管理大型联合装置的一体化能力，ECS-700系统应用冗余的供电系统、冗余的通信网络、互为备用的操作员站、冗余控制站和全冗余的输入/输出模块来保证系统的连续正常运行。任一路电源故障不会影响系统的整体供电，任意单一部件的故障不影响系统的正常运行，在冗余配置情况下，模块可以快速在线无扰切换，无需任何人工干预，这大大提高了本双膛竖型石灰窑控制系统的稳定性。同时，ECS-700系统具备灵活的系统结构，支持持续的在线系统扩容和并网，实现了系统的无扰动在线扩容，这又为未来项目扩展提供了便利。

主机CPU101和备用CPU102控制器的SCnet口用以太网线连接至过程控制网SCnet交换机SC-Switch106，在该交换机上同时连接工程师站PC机ES-PC103、操作站PC机OS-PC104、边缘服务器Edge-PC105。SCnet网络连接方式采用冗余星型。

主机CPU101和备用CPU102是控制站执行控制任务的核心部件，依据石灰窑工艺要求可组态的控制策略对现场对象进行实时控制，实现连续控制、顺序控制、逻辑控制等各种类型的回路控制任务，并可实现数据采集、运算输出、故障检测与报警、信息传送等功能。将收集到的现场信息与三台PC机进行数据交互，完成直流矿热炉生产过程设备的基本控制。

工程师站PC机ES-PC103用于系统组态与编程的维护平台，通过工程师站可进行项目组态、组态发布、组态网络同步、组态备份和还原，工程师站配置硬盘镜像以增强组态数据安全性。

操作站PC机OS-PC104是操作人员监视、控制生产过程、维护设备和处理事故的人机接口，对生产过程进行集中操作与监视。操作员站直接从控制站获得实时数据，以流程图、趋势图等形式动态显示实时/历史数据，操作人员通过连接到操作站的鼠标、键盘等操作终端向控制站发送操作命令。

边缘服务器Edge-PC105为控制系统中部署的本地服务器，用于大数据分析特征计算及提取，分析学习，智能预警模型的生成及优化、存储，结果信息数据与同处在过程控制网SCnet上的CPU、OS-PC进行实时交互，达到智能预警的目的。在边缘服务器Edge-PC105中进行数据边缘计算，是由硬件和软件组成的开放系统，可以灵活地执行基于高级语言的封装应用程序；直观的集成工厂功能，用于针对自动化采集、处理和交换数据，在工厂的基础上实现数据的智能使用。

主机CPU101和备用CPU102控制器的I/O总线E-BUS口用以太网线连接至I/O总线E-BUS交换机E-Switch107，交换机采用冗余星型网络方式同时连接多个控制子站SSR108、第三方控制器O-PLC109。根据最终用户的要求我们可以选择集中控制方式和远程子站方式两种，因集中布置方案控制子站是并排相邻放置，无需光电转换介质；远程子站方式将控制子站108放在窑上和配电室内，此时I/O总线E-BUS需采用光纤等传输介质，最大传输距离可达20km。

本实用新型中，中控制子站SSR108又分为窑顶控制子站108-1、窑中控制子站108-2、窑底控制子站108-3、公辅控制子站108-4、低压配电室控制子站108-5。窑顶控制子站108-1完成窑顶料位、旋转料斗、可逆皮带、振动给料机、窑顶区域温度、窑顶区域压力等信号的采集和液压系统电磁阀的控制；窑中控制子站108-2完成窑中喷枪温度、环管压力、环管气体流量、悬挂缸温度等信号的采集和空气炮电磁阀的控制；窑底控制子站108-3完成窑通道压力、窑通道温度、火焰探测、出灰温度、称重传感器、料仓料位等信号采集和液压出料系统电磁阀的控制；公辅控制子站108-4完成原料和成品部分料位、限位开关等信号的采集和电磁阀类的控制；低压配电室控制子站108-5完成动力回路的信号采集和输出控制，在本子站内配置一Profibus-DP模块与变频器VVVF110通讯实现对电动机驱动速度的调节。

第三方控制器O-PLC109，完成对直流炉辅助设备的信号采集与控制，采用以太网通讯方式与主机CPU101和备用CPU102进行数据交换。

过程控制网SCnet交换机SC-Switch106和I/O总线E-BUS交换机E-Switch107处于不同的工业以太网网段，实现了网络的隔离，各自网络内部的实时交互数据不相互干扰。其中过程控制网SCnet交换机SC-Switch106连接的设备主要完成对双膛竖型石灰窑生产的管理控制功能；I/O总线E-BUS交换机E-Switch107连接的设备主要完成对双膛竖型石灰窑现场的数据采集、逻辑控制功能。边缘服务器Edge-PC105基于开放式的工业以太网通讯，兼容多种以太网通讯协议，支持TCP、UDP、ISO-On-TCP、I-Device、S7-Routing通信协议，同时支持SNMP、Web、FTP、NTP等IT通信服务，可方便的将本预警系统的数据处理和算法模块等功能直接移植对接到类似的其他工业控制系统中。

冗余控制系统具有极佳的控制性能：生产运维的高可用性，避免停产；避免非计划的生产中断，非计划停机会导致生产中的产品损坏；减少维护成本；防止数据丢失，保持数据的完整性，减少失效后长时间等待重启；无人值守，维护计划可以更好的规划。

扁平化的网络结构设计，将I/O总线E-BUS与过程控制网SCnet进行不同网段上的隔离，保证了系统数据传输的稳定性；使用全数字式实时以太网技术，保证数据的高度一致性；在CPU中设置专用的智能预警用的数据独立存储区，数据打包传送至边缘服务器Edge-PC105，进一步保证了数据的高度一致性。

作为一种优选的实施方式，本申请所述的石灰窑DCS控制系统，主要针对的是双膛竖型石灰窑，其中部分相关技术可部分应用扩展至套筒窑、回转窑等控制系统，该部分技术也在本方案保护范围内，均受此技术方案的约束。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，包括：

主机CPU(101)、备用CPU(102)、工程师站PC机ES-PC(103)、操作站PC机OS-PC(104)、边缘服务器Edge-PC(105)、过程控制网SCnet交换机SC-Switch(106)、I/O总线E-BUS交换机E-Switch(107)、控制子站SSR(108)以及第三方控制器O-PLC(109)；

所述主机CPU(101)和所述备用CPU(102)的控制器的SCnet口用以太网线连接至所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch(106)，在所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch(106)上同时连接所述工程师站PC机ES-PC(103)、所述操作站PC机OS-PC(104)以及所述边缘服务器Edge-PC(105)。

2.根据权利要求1所述的一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，所述过程控制网SCnet的网络连接方式为冗余星型。

3.根据权利要求1所述的一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，

所述过程控制网SCnet交换机SC-Switch(106)根据A/B网分为：过程控制A网SCnet交换机SC-Switch(106-A)和过程控制B网SCnet交换机SC-Switch(106-B)；所述I/O总线E-BUS交换机E-Switch(107)根据A/B网分为：I/O总线E-BUS交换机E-Switch(107-A)和I/O总线E-BUS交换机E-Switch(107-B)。

4.根据权利要求1所述的一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，

所述主机CPU(101)和所述备用CPU(102)的控制器的I/O总线E-BUS口用以太网线连接至I/O总线E-BUS交换机E-Switch(107)，交换机采用冗余星型网络方式同时连接多个控制子站SSR(108)、第三方控制器O-PLC(109)；远程子站方式将控制子站SSR(108)设置在窑上和配电室内，所述I/O总线E-BUS需通过光纤传输。

5.根据权利要求1所述的一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，

所述控制子站SSR(108)包括：窑顶控制子站(108-1)、窑中控制子站(108-2)、窑底控制子站(108-3)、公辅控制子站(108-4)、低压配电室控制子站(108-5)。

6.根据权利要求1所述的一种石灰窑DCS控制系统，其特征在于，

所述第三方控制器O-PLC(109)通过以太网通讯方式与主机CPU(101)和备用CPU(102)进行数据交换。

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