新型干法水泥生產(chǎn)的分布式控制

　　1  引  言

　　水泥生產(chǎn)做為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已有160多年的發(fā)展歷史，其生產(chǎn)技術(shù)從最早的立窯、回轉(zhuǎn)窯、立波爾窯發(fā)展到了預(yù)分解窯技術(shù)，從而使水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)有了重大突破。立磨、輥壓機(jī)、原料預(yù)均化、生料均化以及X射線(xiàn)熒光分析等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使水泥生產(chǎn)的熟料質(zhì)量明顯提高，能耗進(jìn)一步降低，由于應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)，許多先進(jìn)的水泥廠(chǎng)都已經(jīng)采用了全廠(chǎng)集中控制，巡回檢測(cè)的方式，在礦山開(kāi)采、生料和燒成車(chē)間、以及包裝和發(fā)運(yùn)等工序都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。隨著水泥企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，截至2007年底新型干法生產(chǎn)技術(shù)的比例已達(dá)55％。大多新型干法廠(chǎng)生產(chǎn)工藝流程多采用技術(shù)成熟的DCS(Distributed Control System)即分散性控制系統(tǒng)，也稱(chēng)集散型控制系統(tǒng)。DCS是以分散的控制設(shè)備來(lái)適應(yīng)分散的過(guò)程對(duì)象，并將它們通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接，一起實(shí)施實(shí)時(shí)工業(yè)過(guò)程的控制與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散、負(fù)荷分散，從而危險(xiǎn)也分散，克服了集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的負(fù)荷集中、危險(xiǎn)集中的弱點(diǎn)。

　　從80年代以來(lái)DCS經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，各種控制技術(shù)融合、集成的DCS系統(tǒng)不斷被應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，在水泥行業(yè)出現(xiàn)了基于PLC(可編程控制器)的DCS系統(tǒng)、基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的DCS系統(tǒng)等分布式控制方式，另外先進(jìn)的智能控制技術(shù)例如模糊控制等也應(yīng)用到了水泥生產(chǎn)控制中，隨著計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)，傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)分層控制方式也開(kāi)始向智能終端與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)方向發(fā)展。

　　本文討論了目前最先進(jìn)的基于PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的水泥生產(chǎn)DCS控制模式，同時(shí)提出了應(yīng)用于新型干法水泥生產(chǎn)的FCS的結(jié)構(gòu)型式。

　　2  基于PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的DCS

　　2．1 PLC技術(shù)的應(yīng)用

　　PLC(Programmable Logic Controller)是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動(dòng)控制設(shè)備，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD／DAM)之一。PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器(ROM和RAM)、I／O接口以及編程器四部分組成。PLC系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：工作可靠，運(yùn)行速度快；積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡(jiǎn)單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、條件控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模／數(shù)(A／D)、數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

　　由于水泥生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化控制開(kāi)關(guān)量約占總的輸入輸出點(diǎn)的75％，且控制過(guò)程主要以順序控制、連鎖控制為主，而且，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了具有智能I／O模塊的PLC，它可以將順序控制和過(guò)程控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，因此PLC可以作為DCS系統(tǒng)的過(guò)程控制層的控制站。

　　2．2  現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

　　控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了自動(dòng)化領(lǐng)域的深刻變革。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐步形成全分布式網(wǎng)絡(luò)集成自控系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(fieldbus)正是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。目前，比較具有影響力的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(FF，F(xiàn)oundation Fieldbus)、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之一，也是最適合應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制的一種總線(xiàn)型式，而且為全數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。

　　PROFIBUS是德國(guó)90年代初制定的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。代號(hào)DINl9245。PROFIBUS于1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，1999年底成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分，已被全世界接受。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)控制儀表中，使它們各自都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)作為總線(xiàn)，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通訊協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)控設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　2.2.1  現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

　　(1)系統(tǒng)的開(kāi)放性

　　開(kāi)放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開(kāi)性。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)可以與世界上任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)連接。通信協(xié)議一致公開(kāi)，各不同廠(chǎng)家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠(chǎng)底層網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放系統(tǒng)，用戶(hù)可按自己的需要和考慮，把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。

　　(2)互可操作性與互用性

　　互可操作性是指能實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通訊，而互用則意味著不同廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)相互替換。

　　(3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治

　　它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就可以完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷并上傳設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

　　(4)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的高度分散性

　　由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可以完成自動(dòng)控制的基本功能，使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)的體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

　　(5)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

　　工作在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)前端，作為工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，是專(zhuān)為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線(xiàn)制實(shí)現(xiàn)供電與通訊，并可以滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆要求等。

　　2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。

　　(1)節(jié)省硬件數(shù)量與投資

　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備能夠直接執(zhí)行多種傳感控制報(bào)等和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜接線(xiàn)，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。并可以減少控制室的占地面積。

　　(2)節(jié)省安裝費(fèi)用

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單，一對(duì)雙絞線(xiàn)或一根電纜上通常可以將整個(gè)控制系統(tǒng)的測(cè)量控制設(shè)備物理連接，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線(xiàn)設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，無(wú)需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原來(lái)的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。

　　(3)節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)

　　由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶(hù)可以查詢(xún)所有設(shè)備的運(yùn)行、診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化，連線(xiàn)簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用。

　　(4)用戶(hù)具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)

　　用戶(hù)可以自由選擇不同廠(chǎng)商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng)，避免了因選擇某一品牌的產(chǎn)品而被“框死”了使用設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展。系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在用戶(hù)手中。

　　(5)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性

　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，從根本上提高了測(cè)量與控制的精度，減少了傳送誤差。同時(shí)由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，從設(shè)備與連線(xiàn)減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號(hào)餓往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

　　2.3  基于PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的DCS系統(tǒng)

　　隨著PLC技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，多種控制技術(shù)集成的DCS作為向FCS過(guò)渡的控制技術(shù)在現(xiàn)階段顯示出了其優(yōu)異的控制性能。目前最為完善的就是基于PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的第四代DCS。

　　2．3．1系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

　　如圖l所示。整個(gè)DCS系統(tǒng)分為三層，最上層為操作管理級(jí)，由監(jiān)督計(jì)算機(jī)、工程師站、操作員站和CRT等設(shè)備組成，第二層為控制管理級(jí)，由PLC組成兩個(gè)控制站，第三層為采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的過(guò)程控制級(jí)組成。根據(jù)水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)，分成了生料磨、煤磨、窯尾廢氣處理、窯頭和水泥磨五個(gè)過(guò)程站。

圖1  基于PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的DCS結(jié)構(gòu)

　　2．3．2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成

　　根據(jù)水泥生產(chǎn)線(xiàn)的工藝特點(diǎn)，我們?cè)诟G尾預(yù)熱器、窯頭篦冷機(jī)等熱工測(cè)控點(diǎn)集中的區(qū)域，原料立磨、原料調(diào)配秤等數(shù)據(jù)量較大的配套設(shè)備中局部采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方案，而在測(cè)控點(diǎn)較為分散的其它區(qū)域仍采用傳統(tǒng)的DCS分布式控制。這樣就可以充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，減少大量隔離器、端子柜、I／O模塊及大量電纜和電纜橋架，而且現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用還可以提高信號(hào)的測(cè)量、傳輸和控制精度，以及系統(tǒng)與設(shè)備的性能，真正形成分散在現(xiàn)場(chǎng)的完整的控制系統(tǒng)，增強(qiáng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也不會(huì)造成對(duì)原有DCS系統(tǒng)中儀表和控制設(shè)備的大量浪費(fèi)，同時(shí)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的開(kāi)放性問(wèn)題、系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表的通信問(wèn)題。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)混合型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)層的通信采用PROFIBUS-DP主／從協(xié)議，使用屏蔽雙絞線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)，不同的子網(wǎng)和不同介質(zhì)之間可通過(guò)藕合器或接口模塊連接。

　　過(guò)程監(jiān)控層使用以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)帶有雙網(wǎng)卡的PLC進(jìn)行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，一塊網(wǎng)卡為PROFIBUS-DP網(wǎng)卡，另一塊為以太網(wǎng)卡。因此，PLC作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中的一個(gè)站，又作為以太網(wǎng)上的一個(gè)站點(diǎn)，而操作員站計(jì)算機(jī)和工程師站計(jì)算機(jī)不作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)。只作為以太網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)，此網(wǎng)上的各站點(diǎn)相互之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行，而現(xiàn)場(chǎng)的信息也通過(guò)以太網(wǎng)從PLC的寄存器中讀取，控制現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)也由以太網(wǎng)送到DP主站PLC的寄存器中，再通過(guò)主／從協(xié)議傳送到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中的各從站。

　　生產(chǎn)管理層的通信采用TCP/IP協(xié)議，為了隔離用于控制生產(chǎn)的以太網(wǎng)。服務(wù)器上也帶有兩塊網(wǎng)卡，一個(gè)網(wǎng)卡用于監(jiān)控層之間的數(shù)據(jù)傳輸，另一塊網(wǎng)卡與其他的局域網(wǎng)相連。這樣局城網(wǎng)中的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，一方面直接訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)控層中的服務(wù)器上的動(dòng)態(tài)監(jiān)視界面，訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史信息，還可與其他的系統(tǒng)如工資、人事系統(tǒng)等連接，實(shí)現(xiàn)所有信息共享，形成現(xiàn)代化企業(yè)的MIS系統(tǒng)。

　　這樣可以將水泥企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理、計(jì)劃調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)控制集成起來(lái)，進(jìn)行綜合信息處理。同時(shí)，為了優(yōu)化通信，減少信號(hào)的往返傳遞，盡可能將同一個(gè)控制系統(tǒng)中信號(hào)相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就近安排在同一總線(xiàn)段上，用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)放性好、可靠性高以及可以高度分散控制等優(yōu)勢(shì)，來(lái)彌補(bǔ)DCS布線(xiàn)復(fù)雜、開(kāi)放性差的缺陷；用PLC可靠性高、價(jià)格便宜、配置靈活、適合用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、控制設(shè)備價(jià)格較高的缺陷；用DCS編程運(yùn)算好、易于組態(tài)的優(yōu)勢(shì)，來(lái)彌補(bǔ)PLC不適用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制的不足，充分發(fā)揮三種控制技術(shù)的各自特點(diǎn)，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

　　3  FCS在新型干法水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS(fieldbus control system)，是繼基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的新一代控制系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是指制造、生產(chǎn)過(guò)程中從控制室到現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置之間的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表與計(jì)算機(jī)控制之間的全數(shù)字化、高性能、兩線(xiàn)制、多支路的通信網(wǎng)絡(luò)。

　　現(xiàn)場(chǎng)智能儀表使控制系統(tǒng)的接線(xiàn)變得簡(jiǎn)單。由于每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表就是一個(gè)控制站，測(cè)量和控制在現(xiàn)場(chǎng)由現(xiàn)場(chǎng)儀表來(lái)完成，而不依賴(lài)于系統(tǒng)的操作，與上位監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，這樣，現(xiàn)場(chǎng)儀表與系統(tǒng)的接線(xiàn)就簡(jiǎn)化了。從控制現(xiàn)場(chǎng)到控制中心只需要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)連接，而且可以多臺(tái)儀表共用一對(duì)電纜，這樣大大節(jié)約了電纜，以及相應(yīng)的接線(xiàn)盒等硬件資源，同時(shí)也為系統(tǒng)的硬件維護(hù)提供了方便，減少了出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。

　　3．1 FCS的結(jié)構(gòu)模式

　　圖2  現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)

　　如圖2所示，F(xiàn)CS通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)由DCS的三層控制模式改變?yōu)橛缮衔粰C(jī)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的二層控制模式。系統(tǒng)由過(guò)程控制級(jí)、操作管理級(jí)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成。

　　(1)  過(guò)程控制級(jí)

　　現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制級(jí)以過(guò)程控制站PS(Proces sion Station)作為硬件基礎(chǔ)，主要由完成自動(dòng)控制功能的控制單元、實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集功能的輸入輸出站及智能現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備三部分組成。

　　在水泥生產(chǎn)過(guò)程中為了便于控制，將生產(chǎn)過(guò)程按工藝流程劃分成五個(gè)PS，即煤磨站、生料磨站、窯尾廢氣處理站、窯頭站和水泥磨過(guò)程站，各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)備啟停及工藝參數(shù)均由相應(yīng)站控制，各過(guò)程站既相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，組成一個(gè)有機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制層，完成對(duì)水泥生產(chǎn)的自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制。各控制單元可以選擇掛接多類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議設(shè)備的總線(xiàn)控制器，它是由帶CPU的基本單元及各功能插件組成。整個(gè)控制站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)采集現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)處理，各PS的數(shù)據(jù)構(gòu)成統(tǒng)一的系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)處理后再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)輸出到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)上傳到操作管理層。

　　(2)操作管理級(jí)

　　操作管理級(jí)類(lèi)似于DCS系統(tǒng)，由監(jiān)督計(jì)算機(jī)、工程師站(ES)、操作員站(OS)和通信設(shè)備組成。操作員站是用于生產(chǎn)控制和監(jiān)視，操作時(shí)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)工程師站完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控；工程師站主要用于設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試、監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)，正常生產(chǎn)時(shí)完成與操作員站和現(xiàn)場(chǎng)站的數(shù)據(jù)傳輸，用于設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)各種控制策略，并將編制的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)站。

　　(3)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

　　系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)分為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，連接所有水泥生產(chǎn)的自動(dòng)控制設(shè)備，使各層之間、各層內(nèi)部智能設(shè)備之間既相對(duì)獨(dú)立又有機(jī)聯(lián)系。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)OS、ES和PS間的數(shù)據(jù)通訊，一般采用TCP／IP協(xié)議以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，傳輸介質(zhì)大多采用抗干擾能力強(qiáng)的光纖。

　　現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)PS中的控制器與相應(yīng)I／O站及總線(xiàn)儀表之間的通訊?？刹捎肞rofibus協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，傳輸介質(zhì)采用Profibus標(biāo)準(zhǔn)通信電纜。

　　3．2 FCS的控制過(guò)程

　　PS站的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程信息，并由控制單元進(jìn)行信號(hào)分析和處理，通過(guò)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)連接操作管理級(jí)，在操作管理級(jí)通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備控制生產(chǎn)過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化智能控制。

　　4  結(jié)論

　　目前，由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在國(guó)際上尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一、唯一的標(biāo)準(zhǔn)，另外總線(xiàn)智能儀表的價(jià)格很高，工程投資費(fèi)用也是一個(gè)大問(wèn)題，而且水泥行業(yè)具有調(diào)節(jié)回路較少、監(jiān)視參數(shù)多的特點(diǎn)，所以FCS完全替代DCS還有一個(gè)過(guò)程，所以有學(xué)者提出傳統(tǒng)儀表與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的兼容，即采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)——現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)轉(zhuǎn)換器把由傳感器采集來(lái)的DC 4～20mA的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合總線(xiàn)協(xié)議的數(shù)字信號(hào)。完成計(jì)算、控制等基本控制任務(wù)，還對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)地在線(xiàn)診斷；另外使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)——標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器將符合總線(xiàn)協(xié)議的信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU能夠識(shí)別的信號(hào)，再進(jìn)行計(jì)算處理，最后轉(zhuǎn)換為DC 4～20mA的模擬信號(hào)，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。