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以來，經歷了20多年的時間，DCS不斷走向成熟并獲得了廣泛的應用，已成為現代工業生產過程監控的基本裝備，也是現代工業企業CIPS/CIMS的重要核心與基礎部分。DCS集計算機技術、過程控制技術、網絡通信技術于一身，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、合作自治的結構形式，極大程度上滿足了現代化生產和管理要求。本文利用某水泥廠對老生產線進行改造的時機，采用基于AB PLC的兩級 DCS控制系統，實現對生產過程的自動監控。改造后大大改善了原簡易控制系統在備件、維護、管理等諸方面的弊端，生產效率提高，產品質量穩定，取得了良好效果和經濟效益。[1]
1 生產流程及工藝要求
生產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窯對生料連續加熱，使其經過一系列物理化學反應變成熟料。整個熟料生產過程可以分為以下四個階段：①干燥、預熱。生料經卸料、計量系統，再經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窯進行煅燒。④冷卻。煅燒后的熟料進入窯頭蓖冷機系統進行熟料冷卻，再經盤式輸送機輸送到熟料儲庫。
為保證窯系統的良好的燃料燃燒和熱傳遞條件，從而保證窯系統的最佳的穩定的熱工制度，工藝要求模擬量輸入(AI)165點，模擬量輸出(AO)32點，數字量輸入(DI)282點，數字量輸出(DO)163點。模擬量輸入信號包括設備調速、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速、擋板開度等信號的輸出給定;數字量輸入信號包括備妥、設備運行、故障、各種限位開關、保護開關等發出的信號;數字量輸出信號包括各臺設備的驅動信號。[2]
2 控制系統組成
考慮到水泥生產線自控系統開關量占I/O總量的75%以上，自動調節回路數占模擬量I/O的3%，因此，從經濟角度出發，自控系統采用基于PLC的兩級DCS控制系統，由下位機(PLC)和上位機(工控機)構成。系統設備選用美國Allen-Brdley公司制造生產的ControlLogix5550系列產品，控制網絡為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，負責完成數據的采集和處理，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，完成生產工藝過程的監視、操作、控制，每個工控機之間由ETHERNET連接，形成局域網，并且每個工控機分別由KTC(A、B網)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，隨時將相關設備的狀態和運行數據通過激光打印機輸出，當參數超限時，顯示屏顯示報警信息，并通過聲音警示。控制網絡采用Allen-Brdley同軸專用網線、冗余的雙網星型結構，速率為5Mbps，網絡掃描時間設定為15ms，系統通訊通過ControlNet網絡實現下位機 PLC與上位機工作站之間的信息交換，網絡節點地址為18個。
從控制精度、I/O點數和掃描速度等方面考慮，下位機選用美國Allen-Brdley公司制造生產的ControlLogix5550系列PLC。鑒于水泥工業粉塵較大的特點，為保證 DCS系統電器動作的可靠性，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產品(加拿大生產)，用于煤粉稱重倉、原料均化稱重倉計量轉換(將mV/V信號變換為PLC系統接收的數字信號)。AO模板采用標準型，可組態為：4～20mA或1～5V及0～10V。
上位機作為操作員終端監控站，用以實現集中監測、控制和管理的思想。上位工控機選用Pentium Ⅲ處理器、最小128M內存、八倍速SCSI光驅、最小9GB SCSI硬盤、30功能鍵鍵盤、3.5″軟驅、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]