摘要:
1? 引? 言
水泥生產做為傳統(tǒng)產業(yè)，已有160多年的發(fā)展歷史，其生產技術從最早的立窯、回轉窯、立波爾窯發(fā)展到了預分解窯技術，從而使水泥工業(yè)生產技術有了重大突破。立磨、輥壓機、原料預均化、生料均化以及X射線熒光分析等技術的發(fā)展和應用使水泥生產的熟料質量明顯提高，能耗進一步降低，由于應用了電子計算機和自動控制技術，許多先進的水泥廠都已經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)生產結構調整，截至2007年底新型干法生產技術的比例已達55％。大多新型干法廠生產工藝流程多采用技術成熟的DCS(Distributed Control System)即分散性控制系統(tǒng)，也稱集散型控制系統(tǒng)。DCS是以分散的控制設備來適應分散的過程對象，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)的負荷集中、危險集中的弱點。
從80年代以來DCS經歷了四個發(fā)展階段，隨著控制技術、計算機技術、網絡技術和信息技術的發(fā)展，各種控制技術融合、集成的DCS系統(tǒng)不斷被應用到生產實踐中，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)場總線技術的DCS系統(tǒng)等分布式控制方式，另外先進的智能控制技術例如模糊控制等也應用到了水泥生產控制中，隨著計算機、通信網絡等信息技術的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網絡化方向邁進，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絡結合的現(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)場總線技術的水泥生產DCS控制模式，同時提出了應用于新型干法水泥生產的FCS的結構型式。
2? 基于PLC和現(xiàn)場總線技術的DCS
2．1 PLC技術的應用
PLC(Programmable Logic Controller)是采用微電腦技術制造的通用的自動控制設備，在工業(yè)自動化領域得到了相當廣泛的應用，被公認為現(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；積木式結構，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網絡功能強。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)轉換、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網、實時監(jiān)控等功能。
由于水泥生產線的自動化控制開關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合在一起，實現(xiàn)對生產過程的控制，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
控制、計算機、通信、網絡等技術的發(fā)展，導致了自動化領域的深刻變革。信息技術的飛速發(fā)展，使得自動化系統(tǒng)結構逐步形成全分布式網絡集成自控系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線(fieldbus)正是順應這一形勢發(fā)展起來的新技術?，F(xiàn)場總線是應用在生產現(xiàn)場、微機化測量控制設備之間實現(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絡。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是當前最為流行的現(xiàn)場總線技術之一，也是最適合應用于生產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)議標準。代號DINl9245。PROFIBUS于1996年成為歐洲標準EN50170，1999年底成為國際標準IEC61158的組成部分，已被全世界接受。
現(xiàn)場總線技術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絡系統(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備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(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)的技術特點
(1)系統(tǒng)的開放性
開放是指對相關標準的一致性、公開性。一個開放系統(tǒng)可以與世界上任何遵守相同標準的其他設備或系統(tǒng)連接。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現(xiàn)信息交換?，F(xiàn)場總線的開發(fā)就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網絡的開放系統(tǒng)，用戶可按自己的需要和考慮，把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線構筑自動化領域的開放互連系統(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備可以實現(xiàn)相互替換。
(3)現(xiàn)場設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)場設備中完成，僅靠現(xiàn)場設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備的運行狀態(tài)。
