0 引言

自从美国的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统以来，经历了20多年的时间，DCS不断走向成熟并获得了广泛的应用，已成为现代工业生产过程监控的基本装备，也是现代工业企业CIPS/CIMS的重要核心与基础部分。DCS集计算机技术、过程控制技术、网络通信技术于一身，采用危险分散、控制分散，而操作与管理集中设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，极大程度上满足了现代化生产和管理要求。本文利用某水泥厂对老生产线进行改造的时机，采用基于AB PLC的两级 DCS控制系统，实现对生产过程的自动监控。改造后大大改善了原简易控制系统在备件、维护、管理等诸方面的弊端，生产效率提高，产品质量稳定，取得了良好效果和经济效益。[1]

1 生产流程及工艺要求

生产水泥熟料采用的主要原料是石灰石、粘土和铁粉，将这些原料按一定比例配合粉磨后，制成生料，然后，以煤为燃料用水泥回转窑对生料连续加热，使其经过一系列物理化学反应变成熟料。整个熟料生产过程可以分为以下四个阶段：①干燥、预热。生料经卸料、计量系统，再经气力输送和高效斗提机喂入五级旋风筒预热器，由热风进行干燥、加热到一定温度。②分解。经干燥预热后的物料进入分解炉，从冷却机抽来的热风送入分解炉旋涡室，使物料进一步升温，完成分解。③煅烧。经预热器、分解炉后大体完成了碳酸盐分解的物料进入水泥回转窑进行煅烧。④冷却。煅烧后的熟料进入窑头蓖冷机系统进行熟料冷却，再经盘式输送机输送到熟料储库。

为保证窑系统的良好的燃料燃烧和热传递条件，从而保证窑系统的最佳的稳定的热工制度，工艺要求模拟量输入(AI)165点，模拟量输出(AO)32点，数字量输入(DI)282点，数字量输出(DO)163点。模拟量输入信号包括设备调速、挡板开度、温度、压力、流量、电机功率、电机电流等信号的输出给定;模拟量输出信号包括设备调速、挡板开度等信号的输出给定;数字量输入信号包括备妥、设备运行、故障、各种限位开关、保护开关等发出的信号;数字量输出信号包括各台设备的驱动信号。[2]

2 控制系统组成

考虑到水泥生产线自控系统开关量占I/O总量的75%以上，自动调节回路数占模拟量I/O的3%，因此，从经济角度出发，自控系统采用基于PLC的两级DCS控制系统，由下位机(PLC)和上位机(工控机)构成。系统设备选用美国Allen-Brdley公司制造生产的ControlLogix5550系列产品，控制网络为A-B ControlNet。过程控制级包括四个控制站：原料站、煤磨站、窑尾站和窑头站，负责完成数据的采集和处理，并接受上位机指令对电磁阀、高低压电机、交直流电机、喂煤计量称等设备进行控制。过程管理级(操作站)由四台工控机组成，完成生产工艺过程的监视、操作、控制，每个工控机之间由ETHERNET连接，形成局域网，并且每个工控机分别由KTC(A、B网)卡连接下位的PLC控制器，每个框架之间也通过KTC卡相连接，可按操作员指令信息，随时将相关设备的状态和运行数据通过激光打印机输出，当参数超限时，显示屏显示报警信息，并通过声音警示。控制网络采用Allen-Brdley同轴专用网线、冗余的双网星型结构，速率为5Mbps，网络扫描时间设定为15ms，系统通讯通过ControlNet网络实现下位机 PLC与上位机工作站之间的信息交换，网络节点地址为18个。

从控制精度、I/O点数和扫描速度等方面考虑，下位机选用美国Allen-Brdley公司制造生产的ControlLogix5550系列PLC。鉴于水泥工业粉尘较大的特点，为保证 DCS系统电器动作的可靠性，DI/DO模板均采用220V AC类型。AI模板主要类型为：差分双端4～20mA型、热电阻(PT-100)型、热电偶(mV)型、称重(mV)模板4种类型。其中“称重型” 模板为Allen-Brdley OEM产品(加拿大生产)，用于煤粉称重仓、原料均化称重仓计量转换(将mV/V信号变换为PLC系统接收的数字信号)。AO模板采用标准型，可组态为：4～20mA或1～5V及0～10V。

上位机作为操作员终端监控站，用以实现集中监测、控制和管理的思想。上位工控机选用Pentium Ⅲ处理器、最小128M内存、八倍速SCSI光驱、最小9GB SCSI硬盘、30功能键键盘、3.5″软驱、支持1024×768×65K色显卡，并配置彩色汉化显示屏及激光打印机。[3]