水泥厂自动化系统的应用及分析

水泥厂自动化系统的应用及分析

摘要：随着工业化生产的不断加快，水泥厂对于各项经济指标的要求也是越来越高，传统的人工分析的检测方法已经不能满足当前的系统应用。在以后的水泥厂的生产过程中，采用自动化系统已经逐渐成为了一种必然的发展趋势，将生产工艺更加的稳定合理，进而取得更好的经济效益和发展效益。本文针对于水泥厂自动化系统在生产中的应用进行了简要的分析和说明。

关键词：自动化系统；应用分析；分散控制系统

前言

现代水泥生产工艺设备的单机容量相对于较大，生产连续性较强，在生产的过程中对于快速性和协调性的要求也相对于较高。为了提高企业的竞争力，自动控制的实施就显得尤为重要。在新型的干法水泥生产过程中，自动化控制生产起着非常重要的作用，它能保证生产稳定、降低耗能和成本、提高产品的质量。

1.水泥厂控制系统的发展

1.1可编程逻辑控制器在水泥厂的应用

60年代末，随着可编程逻辑控制器的出现，在水泥厂的控制中获得了广泛的应用，可编程逻辑控制器是一种数字控专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械和工作程序，目的是取代传统的继电逻辑控制，建立柔性控制系统。80年代初，随着新型干法生产线的引进，其生产控制要求设立中央控制室，把过去分散的车间控制集中到中央控制室进行集中操作与监督，电机开停逻辑控制广泛采用可编程逻辑控制器进行控制，过程变量则在中控室采用张型仪表盘，实现集中监控。

1.2分散控制系统

80年代开始，随着计算机的发展，在水泥厂控制的系统中也有分散控制系统，分散控制系统主要就是集分散控制和集中操作管理的控制的系统于一体。分散控制系统是以分散的控制设备来适应分散的过程，并且将他们通过数据高度公路和基于阳极放射冠的显示器操作相互连接，一起实施对整个工程过程的控制和监督。水泥厂在采取分散控制系统之后，取代了传统的二次模拟表，大型仪表屏及用于设备控制之间联锁用的大量继电器和电缆，中央控制室的面积与原来的相比也缩小了几倍，此时工程设计、接线、线路检查简单，方便，输入、输出量仅划分为两类，省去了二次仪表的维护。

传统分散控制系统各过程控制站和数据采集站的物理分布在很大程度上仍然是集中的，即系统的过程I/O部份是以板卡的形式集中在机柜内，通过并行总线同主CPU进行通信。过程控制站的这种结构形式造成了危险的集中，同时，

一对一的信号接线方式导致了工程周期长，安装费用高等，另外，分散控制系统软件的关键部份—组态软件都有是分散控制系统厂商自己开发的，开放程度差，很难与第三方软件兼容。

1.3现场总线控制系统

现场总线是一个计算机网络，是用于现场仪表或控制装置与控制室控制系统之间的一种全数字化、双向、多站的通信系统。由于在网上传输的是数字信号，因此，提高了信号的传输精度及可靠性，传统的通信是基于模拟或离散技术，只能一个方向传输参数，而现场总线支持双向多变量通信，因此，大大地降低了信号传输的成本。

现场总线的核心是总线协议，基础为智能现场装置，多功能智能化现场装置具备以下功能：①与自动控制装置之间的双向数字通信功能；②信息差错检测功能；③控制器功能。

2.水泥厂自动化系统和互联网的结合

过程控制自动化经历了由简单计算机控制到综合网络化控制的发展历程。这主要分为两点：①直接数字控制系统用计算机控制取代操作指导系统，提升了工业控制的自动化水平；②分布式集中智能分散控制系统采用分布式网络化控制，提升了企业综合自动化的水平。可以预见的是，物联网作为新的技术革命必然在过程自动化领域具有重要的意义，它将提升企业的综合智能化水平。现有水泥厂自动化系统多采用分布式集中智能，这种智能的实现是自上而下的，一般处于金字塔模型的上层。究其原因，主要是由于仪器或设备缺乏主动交互的能力。物联网的架构下，故障诊断是自下而上进行的，故障仪器将主动与维修人员取得联系并汇报故障的类型和时间地点，因而形成一种分布式地自下而上的智能模式。

3.Ethernet/IP和现场总线技术的分散控制系统设计的结合

照传统的分散控制系统，我们设计了一套基于Ethernet/IP和现场总线技术的集散控制系统，该系统继承了传统的分散控制系统冗余结构，引人了当前较新的方案和现场总线技术。在软件的设计上，我们选用市场上已成熟的组态软件，进一步提高了系统的开放性和可靠性，缩短了开发时间。这种形式的分散控制系统有效的克服了传统分散控制系统的不足，使分散控制系统成为了一个全开放，全分布的工业过程控制系统。

3.1控制结构

（1）现场级

现场级由常规仪表和现场总线仪表构成，现场级设备是各类传感器、变送器和执行器，它们将生产过程中的各种物理量转换为电信号，送往控制站和数据采集站，或者将控制站输出的控制量送至执行机构，实现对生产过程的控制。

（2）控制级

控制级主要由过程控制站和数据采集站构成，在水泥厂中，把几个控制站设在不同的控制室中，过程控制站接收由现场设备送来的信号，按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去。过程控制站完成连接控制，顺序控制或逻辑控制功能。

监控级的主要设备有运行员操作站人机界面，工程师工作站电子商务作业平台和计算站。工程师工作站电子商务作业平台是为了控制工程师对分散控制系统进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。计算机站的主要任务是实现对生产过程的监督控制，完成复杂的数据处理和运算功能。

（3）管理级

管理级管理信息系统系统包括厂级管理计算机，过程控制组的管理计算机，它所面向的使用者是厂长、经理、总工程师、值班长等行政管理或运行管理人员。厂级管理系统的主要任务是监测企业各部份的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决策，帮助企业实现规划目标。

3.2系统硬件结构的设计

分散控制系统系统在硬件上可以得出，这种系统与传统分散控制系统在结构上的最大差别在于I/O部分从分散处理单元控制柜中分离了出来，形成了进一步分散的结构。过程控制站和分散处理单元由多个基本控制单元BCU组成，基本控制单元包括CPU、离散I/O、远程I/O、模拟量I/O、通信模块、电源模块、现场总线模块等构成。

3.3系统软件设计

（1）软件的功能

人机界面由其相应的组态软件在工程师站组态，下载到操作员站并在其上运行，它提供了友好的流量图显示，实时历史趋势报告、报表、时间管理等功能。其基本功能如下：①图形画面显示功能：能够使画面目标移动、整形、旋转、组合、分割、缩放等等，能够利用和编辑内部的动态符号库，并且可以模拟传统仪表进行画面设计，各画面之间可任意交换有关图形。②动态图形：能模拟现场工艺流程，使画面处于动态显示状态，并可设置所有参数。③报警：报警提供时间、报警描述、报警类型、报警时现场数据及相关的工艺操作画面的高级和易于理解的信息，并能形成报警历史库，供用户查证。

（2）逻辑控制