0 引言
自從美國(guó)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(lái)，經(jīng)歷了20多年的時(shí)間，DCS不斷走向成熟并獲得了廣泛的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(chǔ)部分。DCS集計(jì)算機(jī)技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一身，采用危險(xiǎn)分散、控制分散，而操作與管理集中設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)、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(duì)老生產(chǎn)線進(jìn)行改造的時(shí)機(jī)，采用基于AB PLC的兩級(jí) DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控。改造后大大改善了原簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)在備件、維護(hù)、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(jì)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(duì)生料連續(xù)加熱，使其經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)變成熟料。整個(gè)熟料生產(chǎn)過(guò)程可以分為以下四個(gè)階段：①干燥、預(yù)熱。生料經(jīng)卸料、計(jì)量系統(tǒng)，再經(jīng)氣力輸送和高效斗提機(jī)喂入五級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)熱器，由熱風(fēng)進(jìn)行干燥、加熱到一定溫度。②分解。經(jīng)干燥預(yù)熱后的物料進(jìn)入分解爐，從冷卻機(jī)抽來(lái)的熱風(fēng)送入分解爐旋渦室，使物料進(jìn)一步升溫，完成分解。③煅燒。經(jīng)預(yù)熱器、分解爐后大體完成了碳酸鹽分解的物料進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒。④冷卻。煅燒后的熟料進(jìn)入窯頭蓖冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行熟料冷卻，再經(jīng)盤式輸送機(jī)輸送到熟料儲(chǔ)庫(kù)。
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(diǎn)，模擬量輸出(AO)32點(diǎn)，數(shù)字量輸入(DI)282點(diǎn)，數(shù)字量輸出(DO)163點(diǎn)。模擬量輸入信號(hào)包括設(shè)備調(diào)速、擋板開度、溫度、壓力、流量、電機(jī)功率、電機(jī)電流等信號(hào)的輸出給定;模擬量輸出信號(hào)包括設(shè)備調(diào)速、擋板開度等信號(hào)的輸出給定;數(shù)字量輸入信號(hào)包括備妥、設(shè)備運(yùn)行、故障、各種限位開關(guān)、保護(hù)開關(guān)等發(fā)出的信號(hào);數(shù)字量輸出信號(hào)包括各臺(tái)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。[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(dòng)調(diào)節(jié)回路數(shù)占模擬量I/O的3%，因此，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，自控系統(tǒng)采用基于PLC的兩級(jí)DCS控制系統(tǒng)，由下位機(jī)(PLC)和上位機(jī)(工控機(jī))構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)備選用美國(guó)Allen-Brdley公司制造生產(chǎn)的ControlLogix5550系列產(chǎn)品，控制網(wǎng)絡(luò)為A-B ControlNet。過(guò)程控制級(jí)包括四個(gè)控制站：原料站、煤磨站、窯尾站和窯頭站，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，并接受上位機(jī)指令對(duì)電磁閥、高低壓電機(jī)、交直流電機(jī)、喂煤計(jì)量稱等設(shè)備進(jìn)行控制。過(guò)程管理級(jí)(操作站)由四臺(tái)工控機(jī)組成，完成生產(chǎn)工藝過(guò)程的監(jiān)視、操作、控制，每個(gè)工控機(jī)之間由ETHERNET連接，形成局域網(wǎng)，并且每個(gè)工控機(jī)分別由KTC(A、B網(wǎng))卡連接下位的PLC控制器，每個(gè)框架之間也通過(guò)KTC卡相連接，可按操作員指令信息，隨時(shí)將相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)激光打印機(jī)輸出，當(dāng)參數(shù)超限時(shí)，顯示屏顯示報(bào)警信息，并通過(guò)聲音警示。控制網(wǎng)絡(luò)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(luò)掃描時(shí)間設(shè)定為15ms，系統(tǒng)通訊通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)下位機(jī) PLC與上位機(jī)工作站之間的信息交換，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址為18個(gè)。
從控制精度、I/O點(diǎn)數(shù)和掃描速度等方面考慮，下位機(jī)選用美國(guó)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(diǎn)，為保證 DCS系統(tǒng)電器動(dòng)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(cāng)、原料均化稱重倉(cāng)計(jì)量轉(zhuǎn)換(將mV/V信號(hào)變換為PLC系統(tǒng)接收的數(shù)字信號(hào))。AO模板采用標(biāo)準(zhǔn)型，可組態(tài)為：4～20mA或1～5V及0～10V。
上位機(jī)作為操作員終端監(jiān)控站，用以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)、控制和管理的思想。上位工控機(jī)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(jī)。[3]