摘要:

1? 引? 言

水泥生產做為傳統產業，已有160多年的發展歷史，其生產技術從最早的立窯、回轉窯、立波爾窯發展到了預分解窯技術，從而使水泥工業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、以及包裝和發運等工序都實現了自動控制。隨著水泥企業生產結構調整，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，也稱集散型控制系統。DCS是以分散的控制設備來適應分散的過程對象，并將它們通過數據高速公路與基于CRT的操作站相連接，一起實施實時工業過程的控制與監視，實現了控制系統的功能分散、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展，各種控制技術融合、集成的DCS系統不斷被應用到生產實踐中，在水泥行業出現了基于PLC(可編程控制器)的DCS系統、基于現場總線技術的DCS系統等分布式控制方式，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展，水泥工業的自動控制系統正向著智能化、數字化和網絡化方向邁進，傳統的集散控制系統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場總線控制系統FCS(Fieldbus Control System)方向發展。

本文討論了目前最先進的基于PLC和現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，在工業自動化領域得到了相當廣泛的應用，被公認為現代工業自動化三大支柱(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系統能很好地完成工業實時順序控制、條件控制、計數控制、步進控制等功能；能夠完成模／數(A／D)、數／模(D／A)轉換、數據處理、通信聯網、實時監控等功能。

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，實現對生產過程的控制，因此PLC可以作為DCS系統的過程控制層的控制站。

2．2? 現場總線技術

控制、計算機、通信、網絡等技術的發展，導致了自動化領域的深刻變革。信息技術的飛速發展，使得自動化系統結構逐步形成全分布式網絡集成自控系統。現場總線(fieldbus)正是順應這一形勢發展起來的新技術。現場總線是應用在生產現場、微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。目前，比較具有影響力的現場總線有：基金會現場總線(FF，Foundation Fieldbus)、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是當前最為流行的現場總線技術之一，也是最適合應用于生產過程控制的一種總線型式，而且為全數字化現場總線協議。

PROFIBUS是德國90年代初制定的國家工業現場總線協議標準。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。

現場總線技術將專用微處理器置入傳統的測控制儀表中，使它們各自都具有數字計算和數字通訊能力，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，并按公開、規范的通訊協議，在位于現場的多個微機化測控設備之間以及現場儀表與遠程監控計算機之間實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。

2.2.1? 現場總線系統的技術特點

(1)系統的開放性

開放是指對相關標準的一致性、公開性。一個開放系統可以與世界上任何遵守相同標準的其他設備或系統連接。通信協議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現信息交換。現場總線的開發就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統，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，通過現場總線構筑自動化領域的開放互連系統。

(2)互可操作性與互用性

互可操作性是指能實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實現點對點、一點對多點的數字通訊，而互用則意味著不同廠家的性能類似的設備可以實現相互替換。

(3)現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場設備中完成，僅靠現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。