★杭州优稳自动化系统有限公司

1　背景

工业以太网与光纤通信技术的进步，正驱动着控制系统网络架构向扁平化、智能化方向演进。然而，传统控制工程因其对物理电缆的高度依赖，普遍存在实施周期长、灵活性差、综合成本高等固有局限，严重制约了大型工业项目的工程效率与全生命周期效益，电子布线技术应运而生。目前，由优稳公司实现的全国产化电子布线DCS系统已在多个行业取得应用突破。通过其在某水泥生产线改造项目中的具体应用，实证分析该技术在助力企业降本、增效、提升自动化水平方面的综合价值。

2　项目介绍

本项目实施方（某水泥公司）现运营有两条全国产化、配套脱硫脱硝环保设施的全干法熟料生产线，分别为日产4000吨和2000吨规模，并配套建设了15MW与6MW低温余热发电机组，具备年产450万吨水泥的生产能力。为响应城市发展规划及厂区迁建要求，企业规划新建一条技术升级的6000t/d水泥熟料生产线，该生产线实现了从矿山破碎、原料预处理、生料制备、熟料烧成、水泥粉磨到成品包装及发运的全流程覆盖，同时完整包含余热发电等辅助工段。在本项目中，优稳公司提供的UW500控制系统实现了从控制硬件、软件平台至工程服务的全流程100%纯国产化DCS交付。通过双方紧密协作，该生产线已于2025年初顺利投产，并持续保持安全、稳定、高效运行。

3　项目系统配置及规模

杭州优稳自动化系统有限公司专业专注于新一代工业控制系统的研究开发、生产制造与工程服务，为客户提供DCS+SIS+PLC+电子布线+工控安全产品+数字孪生NGM的全流程工业自动化及智能化解决方案，本项目配置优稳公司的UW500控制系统为生产保驾护航。

3.1　UW500控制系统

UW500大规模分布式控制系统，通过冗余容错硬件与多领域模型化软件平台，集成了高可靠性、高安全性与高适应性，专为大型复杂流程工业而设计。

UW500控制系统全面支持电子布线技术，电子布线技术是一种利用“电子线路或总线网络”消除或取代物理布线的技术，其具有软件定义数据链接、软件定义信号类型、光通信替代电缆链接三大技术特点。

UW500集散控制系统采用三层网络结构，分别是管理网络MNet、控制网络SNet和控制网络CNet。如图1所示。

3.2　项目规模

该项目规模为11台操作站、13台控制站、8台电子布线站以及59块UGT通信协议网关（通讯协议包括ModbusRTU、ProfibusDP、OPC）；其中，ModbusRTU通讯设备678台、ProfibusDP通讯设备643台、通讯设备共1321台，通讯点位8000余点，I/O物理点位10156点，共计20,000余点。

图1 UW500集散控制系统系统结构图

4　控制方案

该项目新建的6000t/d水泥熟料生产线集成低温余热发电与协同处置功能，并配套建设年产350万吨的水泥磨粉系统。其核心装置涵盖了从原料制备到水泥成品的关键工段，包括原料磨、生料入窑、煤磨、烧成系统、水泥磨、环保及余热发电等。

（1）全线设备设置启动联锁、保护联锁、工艺联锁、运行联锁、跳停联锁等

为确保全生产线安全、稳定、连续运行，系统为所有工艺设备配置了多层次、全方位的联锁保护体系，构成了生产线的“自动防护网”。

·启动联锁：确保设备只有在所有前提条件满足后才能启动；

·保护联锁：与紧急停机、拉绳开关等安全仪表系统（SIS）联动，最高优先级保障人身设备安全；

·工艺联锁：保证物料流与工艺逻辑的合理性，防止误操作导致的工艺紊乱；

·运行联锁：实时监控设备运行参数（如温度、振动、电流），异常时预警或跳停；

·跳停联锁：在任一设备故障停机时，自动按安全顺序停止相关设备，防止故障扩大。

（2）破碎工段：石灰石破碎、堆料及取料、辅料破碎、堆料及取料，组启、组停一键控制

在破碎工段，系统将石灰石与辅料的破碎、堆料及取料等分散操作整合为统一的流程单元。操作员只需在中央控制室点击一个按钮，即可实现整个工段的一键式组启/组停。启动时，系统按逆物流顺序（如先启动取料机，再启动堆料皮带，最后启动破碎机）延时启动设备，避免堵料；停机时，则顺物流方向延时停机，确保线上物料排空。这极大地简化了操作，降低了劳动强度与误操作风险，提高了工段运行效率。

（3）原料磨工段：通过OPC-UA通讯接收化验室、中子仪化验结果，实时调整生产配比

原料磨工段实现了生料质量的闭环优化控制。通过标准的OPC-UA通讯协议，系统实时接收来自在线中子仪（原料成分分析仪）和化验室管理系统的原料、出磨生料化学元素分析数据。系统内置的质量控制算法自动将这些实时数据与目标配方值进行比对，并动态计算原料的配比调整量，实时下发指令至各原料皮带秤，实现生料配比的精准、自动微调，从根本上保证了入窑生料成分的均齐稳定。

（4）生料入窑工段：均化库自动循环下料，根据喂料仓重自动调节下料速度，保证连续均匀供料

在生料入窑工段，系统控制均化库下的卸料装置进行自动循环切换，实现库内生料的充分重力均化。同时，系统通过实时监测入窑喂料仓的料位（或重量），采用PID等控制算法，自动调节均化库下方卸料电机的转速或气动流量阀的开度，从而精准控制下料量。这一闭环控制确保了向窑尾预热器系统的喂料连续、均匀、稳定，为回转窑的稳定热工制度提供了至关重要的前提条件。

（5）煤磨工段：原煤取料，煤磨喂料、粗粉输送、细粉输送等工艺段组启、组停一键控制，跳停抬辊不停机

煤磨工段实现了从原煤取料到煤粉输送的全流程一键式自动化控制。组启/组停逻辑确保了各设备按严格的安全顺序启停。其核心亮点在于故障冗余设计：当煤磨后部的粗粉输送或细粉输送设备发生跳停时，系统会立即联动煤磨主机执行“抬辊”操作（减少研磨压力），同时停止喂料，但煤磨主机及其润滑系统等关键设备保持运行。此举避免了煤粉在停运的输送管道内堆积堵塞，待故障排除后可直接快速恢复生产，最大限度减少停机时间。

（6）烧成窑尾工段：入窑设备故障自动倒库，根据喂煤量自动调整窑转速

烧成窑尾工段具备高度的自适应能力。当正在向窑尾供料的生料入库设备发生故障时，系统能自动无扰切换至备用生料均化库及输送路径，保证向窑的持续喂料，实现“自动倒库”，确保回转窑运行的连续性。同时，系统建立了喂煤量与窑转速的优化比例模型，根据实时喂煤量自动微调回转窑的转速，从而稳定窑内热工制度，提高熟料产质量。

（7）烧成窑头工段：根据风量设定自动调节篦冷机风机频率，高效节能

在烧成窑头，篦冷机的控制实现了智能化节能。操作员设定所需的冷却风总量，系统根据篦床上的熟料厚度、温度以及各风室的压力参数，通过先进算法自动、精准地调节各段篦冷机风机的运行频率（而非简单的工频启停或手动阀门调节）。这不仅为熟料提供了恰到好处的冷却效果，保证了熟料质量与热回收效率，更通过风机的大幅节电运行，实现了生产过程的高效节能。

（8）水泥磨工段：提升机电流控制循环风机频率，控制出磨量，提高选粉效率

水泥磨工段实现了磨内负荷的自动平衡。系统以磨尾提升机的运行电流作为反映磨内物料循环量的关键指标。当提升机电流升高，系统自动降低循环风机频率，减小系统风量，从而减缓物料流速；反之则增加风量。这种闭环控制有效稳定了磨内工况，防止“饱磨”或“空磨”，间接控制了出磨量，使选粉机在最佳工况下运行，从而显著提高了选粉效率和粉磨系统的整体产量。

（9）环保工段：除雾冲洗一键自动循环冲洗，持续稳定排放参数

在环保工段，系统为除雾器设计了全自动循环冲洗程序。操作员一键启动后，系统可根据时间设定或压差参数，自动、循环地控制各冲洗阀门的启停，确保除雾器叶片持续清洁，维持其最佳气液分离效率。这保证了环保设施始终高效运行，从而使得烟气中的粉尘、雾滴等污染物含量被持续控制在超低排放标准内。

（10）余热发电工段：锅炉给水单冲量、三冲量、前馈切换控制，汽机DEH稳定运行

余热发电工段体现了高水平的自动化控制。在锅炉部分，给水控制系统能根据锅炉负荷自动切换控制策略：低负荷时采用单冲量控制；稳定高负荷时切换至三冲量的精准串级控制，极大稳定了汽包水位。在汽机部分，数字电液调节系统（DEH）稳定运行，精确控制汽轮机的转速、负荷以及各项安全保护，确保发电机组与水泥生产主线安全、高效、联动运行。

5　实现功能

（1）环形冗余控制网络架构，网络断线不影响系统通讯

本系统采用了先进的工业级环形光纤以太网作为核心控制网络的物理架构，其高可靠性的核心在于冗余协议的实现，有效避免了因网络问题导致的系统瘫痪或生产中断，极大提升了全生产线的连续运行能力。

（2）现场设备通过电子布线现场智能UIO箱和UGT通讯网关接入系统，节省控制电缆80%，缩短施工周期30%

传统控制方案中，每个现场的电机、阀门、仪表等设备都需要铺设独立的电力电缆和控制电缆回中央控制室，线缆数量庞大、成本高昂、施工周期长、维护复杂。

本系统采用电子布线柜和UGT通讯模块，构建了一套高效的数字化设备层网络。现场大量设备（如阀门、电机启动器、变频器等）就近接入现场电子布线现场智能UIO箱远程，再通过光纤远程接入控制室，以及使用UGT通讯网关通过通讯总线接入系统，替代了以往数以百计的传统硬接线，实现了以下突破：

极大节约成本：减少了约80%的现场控制电缆、桥架及相应辅材的用量，显著降低了项目初期投资。

简化工程与维护：布线工程变得简洁明了，故障排查时只需在总线网络上进行诊断，无需检查大量单体线路，极大提升了维护效率。

（3）全线设备组启组停、一键自动，减少人员操作

为实现生产流程的自动化，系统设计了基于严格的工艺联锁逻辑的顺控程序。操作员无需再对单个设备进行逐一操作。

组启：当操作员发出“启动”指令时，系统会按照预设的工艺流程，从物流的最终端（或最末端）设备开始，逆物流方向或按安全时序逐台延时启动设备。例如，先启动出料皮带机，再启动破碎机，最后启动进料皮带机。此举可避免物料在未启动的设备上堆积造成堵塞。

组停：当发出“停止”指令或流程末端收到停止信号时，系统顺物流方向逐台延时停止设备，确保线上残余物料被完全清空，防止设备带料停机。

一键自动：将复杂的组启组停逻辑封装成简单的“一键式”操作界面。操作员仅需一个指令，即可完成整条生产线或一个工艺段从休眠到全速运转，或从运行到安全停机的全过程，极大降低了操作复杂度与人为误操作风险，提升了启动效率。

（4）关键设备故障自动减产、止料，防止意外停车有效减少生产损失和重启成本

对于生产线中的关键设备（如主减速机、大型风机、回转窑），其完全停机（意外停车）会造成巨大的生产损失和重启成本。本系统设计了智能的故障分级响应机制。当检测到关键设备出现非致命性预警信号时（如轴承温度缓慢升高、振动值轻微超标），系统不会立即全线停车，而是自动执行降级运行策略：

自动减产：系统按预设逻辑自动降低生产线总产量（如减小主电机负荷、降低给料量），使关键设备在较轻负荷下运行，为维护人员争取诊断和干预的时间。

顺序止料：同时，系统会按逻辑顺序停止向该设备供料的相关设备，防止物料堆积。例如，若回转窑驱动有预警，系统会先停止生料喂料，再根据情况调整窑速。

（5）生产设备运行中投入启动联锁、安全联锁、工艺联锁、运行联锁、跑偏联锁，实时多层次、全方位的联锁保护体系，确保设备与人身安全。

6　总结

本项目实施方（某水泥公司）此次使用优稳公司UW500系统进行技术升级的6000t/d水泥熟料生产线，自2025年初投入生产使用以来，该生产线一直保持平稳高效运行。UW500控制系统在本项目中的成功应用，显著提升了用户的生产运营效率与智能化水平。具体体现在：其一，通过高度的自动化和精准的闭环控制，降低了单位产品能耗与关键工艺参数波动，直接助力生产成本的优化；其二，其强大的数据处理与设备状态监测能力，为预测性维护与科学决策提供了支撑，提高了装置运行的可靠性。

这一成效充分表明，该全国产化DCS系统不仅能满足现代大型水泥生产线对控制规模、复杂性和可靠性日益提升的要求，更通过赋能用户实现“节能降耗、提质增效”的核心目标，积极响应了国家关于推动制造业智能化改造、数字化转型和绿色低碳发展的战略导向，为水泥行业的高质量发展提供了可资借鉴的可靠路径。

摘自《自动化博览》2025年10月刊