0 引言
自從美國的Honey Well公司于1975年成功地推出了世界上第一套集散型控制系統(tǒng)以來，經(jīng)歷了20多年的時間，DCS不斷走向成熟并獲得了廣泛的應用，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控的基本裝備，也是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)CIPS/CIMS的重要核心與基礎部分。DCS集計算機技術(shù)、過程控制技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)于一身，采用危險分散、控制分散，而操作與管理集中設計思想，多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，極大程度上滿足了現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理要求。本文利用某水泥廠對老生產(chǎn)線進行改造的時機，采用基于AB PLC的兩級 DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動監(jiān)控。改造后大大改善了原簡易控制系統(tǒng)在備件、維護、管理等諸方面的弊端，生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，取得了良好效果和經(jīng)濟效益。[1]
1 生產(chǎn)流程及工藝要求
生產(chǎn)水泥熟料采用的主要原料是石灰石、粘土和鐵粉，將這些原料按一定比例配合粉磨后，制成生料，然后，以煤為燃料用水泥回轉(zhuǎn)窯對生料連續(xù)加熱，使其經(jīng)過一系列物理化學反應變成熟料。整個熟料生產(chǎn)過程可以分為以下四個階段：①干燥、預熱。生料經(jīng)卸料、計量系統(tǒng)，再經(jīng)氣力輸送和高效斗提機喂入五級旋風筒預熱器，由熱風進行干燥、加熱到一定溫度。②分解。經(jīng)干燥預熱后的物料進入分解爐，從冷卻機抽來的熱風送入分解爐旋渦室，使物料進一步升溫，完成分解。③煅燒。經(jīng)預熱器、分解爐后大體完成了碳酸鹽分解的物料進入水泥回轉(zhuǎn)窯進行煅燒。④冷卻。煅燒后的熟料進入窯頭蓖冷機系統(tǒng)進行熟料冷卻，再經(jīng)盤式輸送機輸送到熟料儲庫。
為保證窯系統(tǒng)的良好的燃料燃燒和熱傳遞條件，從而保證窯系統(tǒng)的最佳的穩(wěn)定的熱工制度，工藝要求模擬量輸入(AI)165點，模擬量輸出(AO)32點，數(shù)字量輸入(DI)282點，數(shù)字量輸出(DO)163點。模擬量輸入信號包括設備調(diào)速、擋板開度、溫度、壓力、流量、電機功率、電機電流等信號的輸出給定;模擬量輸出信號包括設備調(diào)速、擋板開度等信號的輸出給定;數(shù)字量輸入信號包括備妥、設備運行、故障、各種限位開關(guān)、保護開關(guān)等發(fā)出的信號;數(shù)字量輸出信號包括各臺設備的驅(qū)動信號。[2]
2 控制系統(tǒng)組成
考慮到水泥生產(chǎn)線自控系統(tǒng)開關(guān)量占I/O總量的75%以上，自動調(diào)節(jié)回路數(shù)占模擬量I/O的3%，因此，從經(jīng)濟角度出發(fā)，自控系統(tǒng)采用基于PLC的兩級DCS控制系統(tǒng)，由下位機(PLC)和上位機(工控機)構(gòu)成。系統(tǒng)設備選用美國Allen-Brdley公司制造生產(chǎn)的ControlLogix5550系列產(chǎn)品，控制網(wǎng)絡為A-B ControlNet。過程控制級包括四個控制站：原料站、煤磨站、窯尾站和窯頭站，負責完成數(shù)據(jù)的采集和處理，并接受上位機指令對電磁閥、高低壓電機、交直流電機、喂煤計量稱等設備進行控制。過程管理級(操作站)由四臺工控機組成，完成生產(chǎn)工藝過程的監(jiān)視、操作、控制，每個工控機之間由ETHERNET連接，形成局域網(wǎng)，并且每個工控機分別由KTC(A、B網(wǎng))卡連接下位的PLC控制器，每個框架之間也通過KTC卡相連接，可按操作員指令信息，隨時將相關(guān)設備的狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)通過激光打印機輸出，當參數(shù)超限時，顯示屏顯示報警信息，并通過聲音警示?？刂凭W(wǎng)絡采用Allen-Brdley同軸專用網(wǎng)線、冗余的雙網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)，速率為5Mbps，網(wǎng)絡掃描時間設定為15ms，系統(tǒng)通訊通過ControlNet網(wǎng)絡實現(xiàn)下位機 PLC與上位機工作站之間的信息交換，網(wǎng)絡節(jié)點地址為18個。
從控制精度、I/O點數(shù)和掃描速度等方面考慮，下位機選用美國Allen-Brdley公司制造生產(chǎn)的ControlLogix5550系列PLC。鑒于水泥工業(yè)粉塵較大的特點，為保證 DCS系統(tǒng)電器動作的可靠性，DI/DO模板均采用220V AC類型。AI模板主要類型為：差分雙端4～20mA型、熱電阻(PT-100)型、熱電偶(mV)型、稱重(mV)模板4種類型。其中“稱重型” 模板為Allen-Brdley OEM產(chǎn)品(加拿大生產(chǎn))，用于煤粉稱重倉、原料均化稱重倉計量轉(zhuǎn)換(將mV/V信號變換為PLC系統(tǒng)接收的數(shù)字信號)。AO模板采用標準型，可組態(tài)為：4～20mA或1～5V及0～10V。
上位機作為操作員終端監(jiān)控站，用以實現(xiàn)集中監(jiān)測、控制和管理的思想。上位工控機選用Pentium Ⅲ處理器、最小128M內(nèi)存、八倍速SCSI光驅(qū)、最小9GB SCSI硬盤、30功能鍵鍵盤、3.5″軟驅(qū)、支持1024×768×65K色顯卡，并配置彩色漢化顯示屏及激光打印機。[3]
