★杭州優穩自動化系統有限公司

1　背景

工業以太網與光纖通信技術的進步，正驅動著控制系統網絡架構向扁平化、智能化方向演進。然而，傳統控制工程因其對物理電纜的高度依賴，普遍存在實施周期長、靈活性差、綜合成本高等固有局限，嚴重制約了大型工業項目的工程效率與全生命周期效益，電子布線技術應運而生。目前，由優穩公司實現的全國產化電子布線DCS系統已在多個行業取得應用突破。通過其在某水泥生產線改造項目中的具體應用，實證分析該技術在助力企業降本、增效、提升自動化水平方面的綜合價值。

2　項目介紹

本項目實施方（某水泥公司）現運營有兩條全國產化、配套脫硫脫硝環保設施的全干法熟料生產線，分別為日產4000噸和2000噸規模，并配套建設了15MW與6MW低溫余熱發電機組，具備年產450萬噸水泥的生產能力。為響應城市發展規劃及廠區遷建要求，企業規劃新建一條技術升級的6000t/d水泥熟料生產線，該生產線實現了從礦山破碎、原料預處理、生料制備、熟料燒成、水泥粉磨到成品包裝及發運的全流程覆蓋，同時完整包含余熱發電等輔助工段。在本項目中，優穩公司提供的UW500控制系統實現了從控制硬件、軟件平臺至工程服務的全流程100%純國產化DCS交付。通過雙方緊密協作，該生產線已于2025年初順利投產，并持續保持安全、穩定、高效運行。

3　項目系統配置及規模

杭州優穩自動化系統有限公司專業專注于新一代工業控制系統的研究開發、生產制造與工程服務，為客戶提供DCS+SIS+PLC+電子布線+工控安全產品+數字孿生NGM的全流程工業自動化及智能化解決方案，本項目配置優穩公司的UW500控制系統為生產保駕護航。

3.1　UW500控制系統

UW500大規模分布式控制系統，通過冗余容錯硬件與多領域模型化軟件平臺，集成了高可靠性、高安全性與高適應性，專為大型復雜流程工業而設計。

UW500控制系統全面支持電子布線技術，電子布線技術是一種利用“電子線路或總線網絡”消除或取代物理布線的技術，其具有軟件定義數據鏈接、軟件定義信號類型、光通信替代電纜鏈接三大技術特點。

UW500集散控制系統采用三層網絡結構，分別是管理網絡MNet、控制網絡SNet和控制網絡CNet。如圖1所示。

3.2　項目規模

該項目規模為11臺操作站、13臺控制站、8臺電子布線站以及59塊UGT通信協議網關（通訊協議包括ModbusRTU、ProfibusDP、OPC）；其中，ModbusRTU通訊設備678臺、ProfibusDP通訊設備643臺、通訊設備共1321臺，通訊點位8000余點，I/O物理點位10156點，共計20,000余點。

圖1 UW500集散控制系統系統結構圖

4　控制方案

該項目新建的6000t/d水泥熟料生產線集成低溫余熱發電與協同處置功能，并配套建設年產350萬噸的水泥磨粉系統。其核心裝置涵蓋了從原料制備到水泥成品的關鍵工段，包括原料磨、生料入窯、煤磨、燒成系統、水泥磨、環保及余熱發電等。

（1）全線設備設置啟動聯鎖、保護聯鎖、工藝聯鎖、運行聯鎖、跳停聯鎖等

為確保全生產線安全、穩定、連續運行，系統為所有工藝設備配置了多層次、全方位的聯鎖保護體系，構成了生產線的“自動防護網”。

·啟動聯鎖：確保設備只有在所有前提條件滿足后才能啟動；

·保護聯鎖：與緊急停機、拉繩開關等安全儀表系統（SIS）聯動，最高優先級保障人身設備安全；

·工藝聯鎖：保證物料流與工藝邏輯的合理性，防止誤操作導致的工藝紊亂；

·運行聯鎖：實時監控設備運行參數（如溫度、振動、電流），異常時預警或跳停；

·跳停聯鎖：在任一設備故障停機時，自動按安全順序停止相關設備，防止故障擴大。

（2）破碎工段：石灰石破碎、堆料及取料、輔料破碎、堆料及取料，組啟、組停一鍵控制

在破碎工段，系統將石灰石與輔料的破碎、堆料及取料等分散操作整合為統一的流程單元。操作員只需在中央控制室點擊一個按鈕，即可實現整個工段的一鍵式組啟/組停。啟動時，系統按逆物流順序（如先啟動取料機，再啟動堆料皮帶，最后啟動破碎機）延時啟動設備，避免堵料；停機時，則順物流方向延時停機，確保線上物料排空。這極大地簡化了操作，降低了勞動強度與誤操作風險，提高了工段運行效率。

（3）原料磨工段：通過OPC-UA通訊接收化驗室、中子儀化驗結果，實時調整生產配比

原料磨工段實現了生料質量的閉環優化控制。通過標準的OPC-UA通訊協議，系統實時接收來自在線中子儀（原料成分分析儀）和化驗室管理系統的原料、出磨生料化學元素分析數據。系統內置的質量控制算法自動將這些實時數據與目標配方值進行比對，并動態計算原料的配比調整量，實時下發指令至各原料皮帶秤，實現生料配比的精準、自動微調，從根本上保證了入窯生料成分的均齊穩定。

（4）生料入窯工段：均化庫自動循環下料，根據喂料倉重自動調節下料速度，保證連續均勻供料

在生料入窯工段，系統控制均化庫下的卸料裝置進行自動循環切換，實現庫內生料的充分重力均化。同時，系統通過實時監測入窯喂料倉的料位（或重量），采用PID等控制算法，自動調節均化庫下方卸料電機的轉速或氣動流量閥的開度，從而精準控制下料量。這一閉環控制確保了向窯尾預熱器系統的喂料連續、均勻、穩定，為回轉窯的穩定熱工制度提供了至關重要的前提條件。

（5）煤磨工段：原煤取料，煤磨喂料、粗粉輸送、細粉輸送等工藝段組啟、組停一鍵控制，跳停抬輥不停機

煤磨工段實現了從原煤取料到煤粉輸送的全流程一鍵式自動化控制。組啟/組停邏輯確保了各設備按嚴格的安全順序啟停。其核心亮點在于故障冗余設計：當煤磨后部的粗粉輸送或細粉輸送設備發生跳停時，系統會立即聯動煤磨主機執行“抬輥”操作（減少研磨壓力），同時停止喂料，但煤磨主機及其潤滑系統等關鍵設備保持運行。此舉避免了煤粉在停運的輸送管道內堆積堵塞，待故障排除后可直接快速恢復生產，最大限度減少停機時間。

（6）燒成窯尾工段：入窯設備故障自動倒庫，根據喂煤量自動調整窯轉速

燒成窯尾工段具備高度的自適應能力。當正在向窯尾供料的生料入庫設備發生故障時，系統能自動無擾切換至備用生料均化庫及輸送路徑，保證向窯的持續喂料，實現“自動倒庫”，確保回轉窯運行的連續性。同時，系統建立了喂煤量與窯轉速的優化比例模型，根據實時喂煤量自動微調回轉窯的轉速，從而穩定窯內熱工制度，提高熟料產質量。

（7）燒成窯頭工段：根據風量設定自動調節篦冷機風機頻率，高效節能

在燒成窯頭，篦冷機的控制實現了智能化節能。操作員設定所需的冷卻風總量，系統根據篦床上的熟料厚度、溫度以及各風室的壓力參數，通過先進算法自動、精準地調節各段篦冷機風機的運行頻率（而非簡單的工頻啟停或手動閥門調節）。這不僅為熟料提供了恰到好處的冷卻效果，保證了熟料質量與熱回收效率，更通過風機的大幅節電運行，實現了生產過程的高效節能。

（8）水泥磨工段：提升機電流控制循環風機頻率，控制出磨量，提高選粉效率

水泥磨工段實現了磨內負荷的自動平衡。系統以磨尾提升機的運行電流作為反映磨內物料循環量的關鍵指標。當提升機電流升高，系統自動降低循環風機頻率，減小系統風量，從而減緩物料流速；反之則增加風量。這種閉環控制有效穩定了磨內工況，防止“飽磨”或“空磨”，間接控制了出磨量，使選粉機在最佳工況下運行，從而顯著提高了選粉效率和粉磨系統的整體產量。

（9）環保工段：除霧沖洗一鍵自動循環沖洗，持續穩定排放參數

在環保工段，系統為除霧器設計了全自動循環沖洗程序。操作員一鍵啟動后，系統可根據時間設定或壓差參數，自動、循環地控制各沖洗閥門的啟停，確保除霧器葉片持續清潔，維持其最佳氣液分離效率。這保證了環保設施始終高效運行，從而使得煙氣中的粉塵、霧滴等污染物含量被持續控制在超低排放標準內。

（10）余熱發電工段：鍋爐給水單沖量、三沖量、前饋切換控制，汽機DEH穩定運行

余熱發電工段體現了高水平的自動化控制。在鍋爐部分，給水控制系統能根據鍋爐負荷自動切換控制策略：低負荷時采用單沖量控制；穩定高負荷時切換至三沖量的精準串級控制，極大穩定了汽包水位。在汽機部分，數字電液調節系統（DEH）穩定運行，精確控制汽輪機的轉速、負荷以及各項安全保護，確保發電機組與水泥生產主線安全、高效、聯動運行。

5　實現功能

（1）環形冗余控制網絡架構，網絡斷線不影響系統通訊

本系統采用了先進的工業級環形光纖以太網作為核心控制網絡的物理架構，其高可靠性的核心在于冗余協議的實現，有效避免了因網絡問題導致的系統癱瘓或生產中斷，極大提升了全生產線的連續運行能力。

（2）現場設備通過電子布線現場智能UIO箱和UGT通訊網關接入系統，節省控制電纜80%，縮短施工周期30%

傳統控制方案中，每個現場的電機、閥門、儀表等設備都需要鋪設獨立的電力電纜和控制電纜回中央控制室，線纜數量龐大、成本高昂、施工周期長、維護復雜。

本系統采用電子布線柜和UGT通訊模塊，構建了一套高效的數字化設備層網絡。現場大量設備（如閥門、電機啟動器、變頻器等）就近接入現場電子布線現場智能UIO箱遠程，再通過光纖遠程接入控制室，以及使用UGT通訊網關通過通訊總線接入系統，替代了以往數以百計的傳統硬接線，實現了以下突破：

極大節約成本：減少了約80%的現場控制電纜、橋架及相應輔材的用量，顯著降低了項目初期投資。

簡化工程與維護：布線工程變得簡潔明了，故障排查時只需在總線網絡上進行診斷，無需檢查大量單體線路，極大提升了維護效率。

（3）全線設備組啟組停、一鍵自動，減少人員操作

為實現生產流程的自動化，系統設計了基于嚴格的工藝聯鎖邏輯的順控程序。操作員無需再對單個設備進行逐一操作。

組啟：當操作員發出“啟動”指令時，系統會按照預設的工藝流程，從物流的最終端（或最末端）設備開始，逆物流方向或按安全時序逐臺延時啟動設備。例如，先啟動出料皮帶機，再啟動破碎機，最后啟動進料皮帶機。此舉可避免物料在未啟動的設備上堆積造成堵塞。

組停：當發出“停止”指令或流程末端收到停止信號時，系統順物流方向逐臺延時停止設備，確保線上殘余物料被完全清空，防止設備帶料停機。

一鍵自動：將復雜的組啟組停邏輯封裝成簡單的“一鍵式”操作界面。操作員僅需一個指令，即可完成整條生產線或一個工藝段從休眠到全速運轉，或從運行到安全停機的全過程，極大降低了操作復雜度與人為誤操作風險，提升了啟動效率。

（4）關鍵設備故障自動減產、止料，防止意外停車有效減少生產損失和重啟成本

對于生產線中的關鍵設備（如主減速機、大型風機、回轉窯），其完全停機（意外停車）會造成巨大的生產損失和重啟成本。本系統設計了智能的故障分級響應機制。當檢測到關鍵設備出現非致命性預警信號時（如軸承溫度緩慢升高、振動值輕微超標），系統不會立即全線停車，而是自動執行降級運行策略：

自動減產：系統按預設邏輯自動降低生產線總產量（如減小主電機負荷、降低給料量），使關鍵設備在較輕負荷下運行，為維護人員爭取診斷和干預的時間。

順序止料：同時，系統會按邏輯順序停止向該設備供料的相關設備，防止物料堆積。例如，若回轉窯驅動有預警，系統會先停止生料喂料，再根據情況調整窯速。

（5）生產設備運行中投入啟動聯鎖、安全聯鎖、工藝聯鎖、運行聯鎖、跑偏聯鎖，實時多層次、全方位的聯鎖保護體系，確保設備與人身安全。

6　總結

本項目實施方（某水泥公司）此次使用優穩公司UW500系統進行技術升級的6000t/d水泥熟料生產線，自2025年初投入生產使用以來，該生產線一直保持平穩高效運行。UW500控制系統在本項目中的成功應用，顯著提升了用戶的生產運營效率與智能化水平。具體體現在：其一，通過高度的自動化和精準的閉環控制，降低了單位產品能耗與關鍵工藝參數波動，直接助力生產成本的優化；其二，其強大的數據處理與設備狀態監測能力，為預測性維護與科學決策提供了支撐，提高了裝置運行的可靠性。

這一成效充分表明，該全國產化DCS系統不僅能滿足現代大型水泥生產線對控制規模、復雜性和可靠性日益提升的要求，更通過賦能用戶實現“節能降耗、提質增效”的核心目標，積極響應了國家關于推動制造業智能化改造、數字化轉型和綠色低碳發展的戰略導向，為水泥行業的高質量發展提供了可資借鑒的可靠路徑。

摘自《自動化博覽》2025年10月刊