摘要：闡述了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息自動化技術(shù)推動水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級改造的重要性，探討了水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、硬件結(jié)構(gòu)和軟件方案，分析了系統(tǒng)應(yīng)用后的社會經(jīng)濟(jì)效益。
　　關(guān)鍵詞：水泥生產(chǎn) 全集成自動控制 PLC DCS
　　中圖分類號：X951文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（c）-0064-02
　　水泥大規(guī)模集成自動化生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的理化反應(yīng)過程，不僅其調(diào)控系統(tǒng)具有大慣性、純滯后、非線性等特點，同時整個生產(chǎn)線的運(yùn)行工況較為復(fù)雜多變、設(shè)備相互間聯(lián)鎖眾多、各種檢測信號間相互影響較大，如果采用常規(guī)的現(xiàn)地人工控制或繼電器儀表靜態(tài)監(jiān)視控制，很難達(dá)到現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)工藝自動化控制要求。本文針對水泥生產(chǎn)線自動控制需求，采用以PLC可編程控制器為核心的DCS控制系統(tǒng)，設(shè)計具有面向水泥全廠總生產(chǎn)過程在線監(jiān)控的全廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過實現(xiàn)水泥生產(chǎn)全過程各階段動態(tài)監(jiān)控管理一體化，使水泥在生產(chǎn)過程中不僅具有先進(jìn)的過程控制自動化水平，同時為水泥生產(chǎn)管理信息化提供重要信息源。
　　1 全集成自動控制系統(tǒng)總體方案
　　水泥生產(chǎn)線中主流控制系統(tǒng)依然以PLC+DCS控制系統(tǒng)為主，且PLC+DCS控制系統(tǒng)將會在很長一段時間內(nèi)在水泥全集成生產(chǎn)線中發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果。尤其在網(wǎng)絡(luò)集成集約化功能需求的當(dāng)今，具有聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息通信共享的PLC控制器已成為控制系統(tǒng)的核心，能夠有效支持現(xiàn)場總線協(xié)議，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)線中DCS與PLC在全過程在線監(jiān)視控制系統(tǒng)中的有效集成。根據(jù)現(xiàn)代化水泥集成自動化生產(chǎn)線實際功能需求，筆者提出一套水泥生產(chǎn)線全過程各環(huán)節(jié)計算機(jī)在線監(jiān)控與管理方案，全線采用具有聯(lián)網(wǎng)通信功能的PLC控制器+DCS構(gòu)筑完善的水泥生產(chǎn)線在線監(jiān)控系統(tǒng)。基于CAN總線的水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
　　從圖1可知，以PLC為核心的現(xiàn)場站完成控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的模擬量/數(shù)字量數(shù)據(jù)采集和集中控制功能。工程師站和操作員工作站主要實現(xiàn)在中控室對現(xiàn)地所有監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程操控、故障報警、運(yùn)行狀態(tài)仿真顯示、運(yùn)算數(shù)據(jù)分析存儲、統(tǒng)計分析報表、趨勢顯示，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求和調(diào)控要求定時或隨時打印出監(jiān)控人員所需的各種運(yùn)行工況狀態(tài)數(shù)據(jù)信息?？稍O(shè)總工程師和廠長指揮信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等，使總工程師和廠長能夠?qū)崟r掌握和了解現(xiàn)場水泥生產(chǎn)線的運(yùn)行工況狀態(tài)，便于其制定科學(xué)合理的調(diào)控決策，提高全廠科學(xué)合理、高效經(jīng)濟(jì)的管理水平。
　　2 全集成自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　根據(jù)水泥生產(chǎn)線操作、監(jiān)視、控制等實際功能需求，在全集成自動化控制系統(tǒng)設(shè)計過程中力求功能結(jié)構(gòu)的簡明清晰、投資性價比較高、運(yùn)行安全可靠性較高、功能集成完善的特性，按照分層分布式結(jié)構(gòu)構(gòu)筑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)按照功能結(jié)構(gòu)要求，分為現(xiàn)場設(shè)備層、過程控制層、以及主站監(jiān)控層三層?，F(xiàn)場設(shè)備層通過過程控制層通信網(wǎng)絡(luò)與主站監(jiān)控層進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實時共享。采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)，通訊速率可以達(dá)到100Mbps，同時具有非常良好的抗干擾能力。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用成熟的SuperInfo2.0數(shù)據(jù)采集智能模塊，其可以滿足水泥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息接口、實驗室調(diào)速數(shù)據(jù)接口、人工輸入數(shù)據(jù)接口等相關(guān)工單元共同構(gòu)成，其中自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口主要采集水泥生產(chǎn)線中已運(yùn)行和正在實施的DCS分散集控系統(tǒng)、PLC現(xiàn)地控制單元等控制系統(tǒng)中的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，同時按照擴(kuò)容擴(kuò)展功能需求預(yù)留控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)間交互通信的接口，接口均按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要求配置獨立網(wǎng)關(guān)模式，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議就可以完成不同控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)連接。
　　2.1 現(xiàn)場設(shè)備層
　　從圖1可知，水泥生產(chǎn)線中的現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備較多，需要采集的數(shù)據(jù)信號量種類較繁雜、數(shù)量較多，主要包含壓力、流量、電流、轉(zhuǎn)速等信號。數(shù)據(jù)采集智能模塊先通過內(nèi)部A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將壓力、流量等模擬量信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)點信號后，通過通信通道遠(yuǎn)程傳送到水泥生產(chǎn)線集控中心，同時主站監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信信號直接額接收現(xiàn)地PLC控制單元發(fā)出的對應(yīng)控制信號，實現(xiàn)對現(xiàn)地設(shè)備系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視調(diào)控。由于水泥生產(chǎn)線較大，有些信號傳輸距離較遠(yuǎn)，且現(xiàn)場電磁干擾較為嚴(yán)重，所以在控制系統(tǒng)設(shè)計時其現(xiàn)場檢測信號宜采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號表；而溫度測量點是水泥生產(chǎn)線控制的核心，其溫度傳感器集中布設(shè)在燒成部分，且溫度范圍在100～1200℃大范圍內(nèi)波動，因此選用K和E分度的熱電偶和高精度的溫度控制器。
　　2.2 過程控制層
　　由于水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)字量、開關(guān)量約占控制系統(tǒng)總輸入輸出接點數(shù)的80%左右，同時整個控制過程主要以順序控制、連鎖控制為主，因此，控制系統(tǒng)在設(shè)計時選用三菱A系列PLC作為整個水泥生產(chǎn)線過程控制層的控制站，以完成對現(xiàn)地設(shè)備數(shù)據(jù)信息的集成整理和主站控制層控制命令的遠(yuǎn)程傳達(dá)。
　　2.3 主站監(jiān)控層
　　主站監(jiān)控層主要完成整個水泥生產(chǎn)線的模擬仿真顯示、過程狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析處理、運(yùn)行趨勢分析、遠(yuǎn)程操控等功能。主站監(jiān)控層除了上述多種的可視化服務(wù)功能外，還可以通過計算機(jī)自動分析形成對應(yīng)的操控決策，通過通信網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)遠(yuǎn)程操控命令傳輸?shù)浆F(xiàn)代操現(xiàn)地電機(jī)和各種電器設(shè)備，遠(yuǎn)程操控完成電機(jī)的順序啟動、順序停車、以及事故緊急停車等遠(yuǎn)程操作。
　　3 全集成自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)中各控制子系統(tǒng)大多具有非線性滯后特性。非線性多變量滯后系統(tǒng)的回路間通常需要相應(yīng)功能的耦合匹配，因此常規(guī)現(xiàn)地分散控制很難滿足水泥生產(chǎn)線集成自動化控制功能。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP“自學(xué)習(xí)訓(xùn)練”算法，通過對NNC加權(quán)處理完成對非線性多變量滯后系統(tǒng)的實時調(diào)整，使水泥生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)適應(yīng)性和自整定特性，進(jìn)而達(dá)到全集成自動化控制功能。
　　4 系統(tǒng)應(yīng)用效果分析
　　水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)，是結(jié)合水泥企業(yè)實際生產(chǎn)功能進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，能在水泥企業(yè)實際生產(chǎn)線中成功應(yīng)用實施，能夠滿足現(xiàn)代化集成大規(guī)模水泥生產(chǎn)要求，有助于節(jié)省原料和能源量消耗，提高控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息綜合利用效率，確?？刂葡到y(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，降低單位產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本，顯著提高了水泥生產(chǎn)企業(yè)水泥生產(chǎn)的社會經(jīng)濟(jì)效益。與改造實施前相比，噸水泥所消耗的能源資源下降了5%，產(chǎn)量提高了65%，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高了5%，工人勞動強(qiáng)度大大降低，所取得的社會經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，具有非常好的應(yīng)用前景。
　　5 結(jié)語
　　水泥生產(chǎn)現(xiàn)代化、集成化、集約化功能需求，發(fā)展基于PLC+DCS總線的全集成自動化控制系統(tǒng)以及生產(chǎn)流程的智能自動化控制算法，將成為水泥行業(yè)自動化研究發(fā)展的重點。在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，只有真正了解水泥生產(chǎn)工藝流程和物料特性，并優(yōu)選先進(jìn)而成熟的監(jiān)控設(shè)備和軟硬件系統(tǒng)，才能確保水泥生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到全集成高自動化程度，推動水泥企業(yè)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行水泥產(chǎn)品生產(chǎn)。
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