1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)結構如圖1所示：系統(tǒng)在總體上是縱向分層、橫向分散的結構，系統(tǒng)從結構上可分為廠長管理級、工程師管理級、操作員管理級、過程控制級和現(xiàn)場設備級。

圖1系統(tǒng)原理圖

該系統(tǒng)總體設計的指導思想是技術先進、生產(chǎn)可靠、節(jié)省投資、提高效益。基于這種思想該生產(chǎn)線采用了PLC型集散控制系統(tǒng)，完成了從生料進窯到熟料入庫的整條生產(chǎn)線的自動控制。采用集散控制后，真正做到分散控制、集中管理、危險分散。設備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)能夠按照預先編制好的程序自動停止相關設備，并發(fā)出聲光報警，提醒操作人員及時處理，以免影響生產(chǎn)。對一些重要的參數(shù)和報警，系統(tǒng)能夠自動生成歷史記錄和歷史趨勢。操作人員和技術人員可以隨時查詢歷史數(shù)據(jù)，隨時了解生產(chǎn)情況。通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析提出新工藝，新方法，以不斷提高水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1.2水泥生產(chǎn)工藝簡介

水泥的新型干法生產(chǎn)線由生料制備系統(tǒng)、生料均化系統(tǒng)、窯尾燒成系統(tǒng)、窯頭燒成系統(tǒng)和成品包裝系統(tǒng)組成。生料制備系統(tǒng)由原料配料和生料粉磨組成，用于生產(chǎn)合格的生料。粉磨過的生料由提升機經(jīng)庫頂空氣輸送斜槽送入生料均化庫。來自均化庫的生料通過氣力提升泵輸送到旋風式預熱器內(nèi)，通過五級預熱器的負壓作用使物料充分預熱后進入回轉(zhuǎn)窯進行煅燒。窯頭燒成系統(tǒng)由喂媒系統(tǒng)和熟料生成系統(tǒng)組成。原煤由煤磨磨制成煤粉后存儲在煤粉倉中，通過流量計由煤風機和凈風機將煤粉和空氣的混合物向窯頭喂煤。經(jīng)過煅燒和化學反應的生料在窯頭形成球狀熟料。球狀熟料經(jīng)窯頭罩進入單筒冷卻機冷卻后由鏈式輸送機送到熟料磨進行粉磨，然后由提升機入熟料庫。Zui后成品包裝系統(tǒng)將散裝庫中不同型號的水泥通過包裝機包裝成成品[4]。該系統(tǒng)的主要設備包括：螺旋給料機、各種風機、增濕塔、窯主電機、各種調(diào)節(jié)閥和變頻器，還有眾多的智能檢測儀器。設備布局比較分散，因此應該選用能夠遠距離傳輸?shù)募⒖刂葡到y(tǒng)。生產(chǎn)過程的關鍵部分生料均化系統(tǒng)、窯尾燒成系統(tǒng)和窯頭燒成系統(tǒng)采用了自動化控制，由操作員在中控室集中進行操作和監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件設計

圖2系統(tǒng)硬件結構圖

系統(tǒng)硬件結構如圖2所示，該系統(tǒng)的硬件設計方案采用層次化結構，將整個系統(tǒng)自下而上分為三個層次：現(xiàn)場設備層、過程控制層、集中操作監(jiān)視層。每個層次在結構上又是橫向分散的，具有良好的可擴展性。每層在設計上是獨立的他們通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡構成一個有機的整體。

2.1 現(xiàn)場設備層

該系統(tǒng)的現(xiàn)場設備大部分位于燒成系統(tǒng)和均化庫附近。模擬量設備包含壓力變送器、流量變送器、電流變送器、以及測量轉(zhuǎn)速和檢測其他信號的一次儀表。它們將不同的物理量變換為標準的電信號送到過程控制站，同時接收PLC發(fā)出的控制信號，實現(xiàn)對這些信號的調(diào)節(jié)。由于信號的傳輸距離較遠，現(xiàn)場電磁干擾較大，所以現(xiàn)場檢測信號采用4～20mA標準直流信號。系統(tǒng)的溫度測量點集中在燒成部分，溫度范圍在100～1200℃所以選用K和E分度的熱電偶。開關量設備主要有控制電磁閥、繼電器、指示燈、報警器等只具有開、關兩種狀態(tài)的設備。

2.2 過程控制層

過程控制層各站對由現(xiàn)場檢測儀表（如各種傳感器、變送器等）送來的各種過程信號進行實時的數(shù)據(jù)采集、濾除噪聲信號、進行非線性校正及各種補償運算、折算成相應的工程量，然后通過通信網(wǎng)絡傳送到集中操作監(jiān)視層的數(shù)據(jù)庫，供實時顯示、優(yōu)化計算、報警打印等。在過程控制層根據(jù)生產(chǎn)要求還要進行各種閉環(huán)反饋控制、批量控制與順序控制等，并可接受操作站發(fā)來的手動操作命令進行手動控制，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接調(diào)節(jié)控制功能。

由于該生產(chǎn)線的自動化控制開關量占總的輸入輸出點數(shù)的百分之七十五左右，且控制過程主要以順序控制、連鎖控制為主，PID調(diào)節(jié)回路及模擬量相對較少，因此該系統(tǒng)采用三菱A系列PLC作為該系統(tǒng)的過程控制層的控制站。根據(jù)現(xiàn)場層的I/O點數(shù)統(tǒng)計以及各點的地域分布情況，將過程控制層分為窯頭控制站、窯尾控制站、均化庫控制站，三個站之間通過CC-LINK模塊A1SJ61BT11聯(lián)接，實現(xiàn)各站間數(shù)據(jù)交換。同時主控中心與現(xiàn)場控制站間通過計算機通訊模塊A1SJ71UC24-R4實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。