摘要:

1? 引? 言

水泥生產(chǎn)做為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已有160多年的發(fā)展歷史，其生產(chǎn)技術(shù)從最早的立窯、回轉(zhuǎn)窯、立波爾窯發(fā)展到了預(yù)分解窯技術(shù)，從而使水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)有了重大突破。立磨、輥壓機、原料預(yù)均化、生料均化以及X射線熒光分析等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使水泥生產(chǎn)的熟料質(zhì)量明顯提高，能耗進一步降低，由于應(yīng)用了電子計算機和自動控制技術(shù)，許多先進的水泥廠都已經(jīng)采用了全廠集中控制，巡回檢測的方式，在礦山開采、生料和燒成車間、以及包裝和發(fā)運等工序都實現(xiàn)了自動控制。隨著水泥企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，截至2007年底新型干法生產(chǎn)技術(shù)的比例已達55％。大多新型干法廠生產(chǎn)工藝流程多采用技術(shù)成熟的DCS(Distributed Control System)即分散性控制系統(tǒng)，也稱集散型控制系統(tǒng)。DCS是以分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象，并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接，一起實施實時工業(yè)過程的控制與監(jiān)視，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散、負(fù)荷分散，從而危險也分散，克服了集中式計算機控制系統(tǒng)的負(fù)荷集中、危險集中的弱點。

從80年代以來DCS經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，各種控制技術(shù)融合、集成的DCS系統(tǒng)不斷被應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，在水泥行業(yè)出現(xiàn)了基于PLC(可編程控制器)的DCS系統(tǒng)、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS系統(tǒng)等分布式控制方式，另外先進的智能控制技術(shù)例如模糊控制等也應(yīng)用到了水泥生產(chǎn)控制中，隨著計算機、通信網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進，傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)和計算機分層控制方式也開始向智能終端與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)方向發(fā)展。

本文討論了目前最先進的基于PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)的水泥生產(chǎn)DCS控制模式，同時提出了應(yīng)用于新型干法水泥生產(chǎn)的FCS的結(jié)構(gòu)型式。

2? 基于PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS

2．1 PLC技術(shù)的應(yīng)用

PLC(Programmable Logic Controller)是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動控制設(shè)備，在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱(PLC、機器人、CAD／DAM)之一。PLC主要由CPU、存儲器(ROM和RAM)、I／O接口以及編程器四部分組成。PLC系統(tǒng)主要特點是：工作可靠，運行速度快；積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強。PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實時順序控制、條件控制、計數(shù)控制、步進控制等功能；能夠完成模／數(shù)(A／D)、數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等功能。

由于水泥生產(chǎn)線的自動化控制開關(guān)量約占總的輸入輸出點的75％，且控制過程主要以順序控制、連鎖控制為主，而且，近年來開發(fā)了具有智能I／O模塊的PLC，它可以將順序控制和過程控制結(jié)合在一起，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，因此PLC可以作為DCS系統(tǒng)的過程控制層的控制站。

2．2? 現(xiàn)場總線技術(shù)

控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了自動化領(lǐng)域的深刻變革。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐步形成全分布式網(wǎng)絡(luò)集成自控系統(tǒng)。現(xiàn)場總線(fieldbus)正是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。目前，比較具有影響力的現(xiàn)場總線有：基金會現(xiàn)場總線(FF，F(xiàn)oundation Fieldbus)、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，也是最適合應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制的一種總線型式，而且為全數(shù)字化現(xiàn)場總線協(xié)議。

PROFIBUS是德國90年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。代號DINl9245。PROFIBUS于1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，1999年底成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分，已被全世界接受。

現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測控制儀表中，使它們各自都具有數(shù)字計算和數(shù)字通訊能力，采用可進行簡單連接的雙絞線作為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通訊協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測控設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。

2.2.1? 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特點

(1)系統(tǒng)的開放性

開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開性。一個開放系統(tǒng)可以與世界上任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)連接。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實現(xiàn)信息交換。現(xiàn)場總線的開發(fā)就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)，用戶可按自己的需要和考慮，把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。

(2)互可操作性與互用性

互可操作性是指能實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實現(xiàn)點對點、一點對多點的數(shù)字通訊，而互用則意味著不同廠家的性能類似的設(shè)備可以實現(xiàn)相互替換。

(3)現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治

它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備就可以完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷并上傳設(shè)備的運行狀態(tài)。