现代化水泥工业自动控制技术的发展与展望

      一、现状及问题
      随着电子技术，特别是计算机技术的迅猛发展，于1975年出现了DCS(分散型控制系统)，随后又出现了PLC(可编程控制系统)，这些新的控制系统无论是功能、系统灵活性、升级等多方面均优于传统的单体仪表和继电器控制，因此得到了广泛的应用。在水泥行业，目前新建的水泥厂基本上都采用了DCS或PLC控制，一些老厂也进行了相应的技术改造，提高了控制水平。但目前的DCS或PLC系统仍然存在不少缺陷，如：

   　1.目前的DCS或PLC系统，绝大部分的DCS或PLC制造厂的产品由各自的硬件和软件构成自己产品的体系，其中多少都含有自己的专利技术，彼此封锁，只能通过网关等接口才能与其他厂商的系统进行通信，通讯速度普遍偏低。传统的DCS或PLC系统，是将现场的IO(AI、AO、DI、DO等)，全部接入系统的IO卡件，当系统规模增大，如此众多的检测信号汇集到DCS或PLC的入口处，不可避免地会出现“瓶颈”现象，导致信

号堵塞，降低了系统的安全性和可靠性。

　　有的DCS或PLC系统仍然采用自己的数据库，不利于其他系统的访问(如管理系统等)发展以太网将成为工业控制网的主流，甚至取代其他网络。

    　1990年以太网成为国际标准，以前大多数业内人士认为，它是为用于信息工业而设计的，采用碰撞检测方式进行通信的，当甲方需要与乙方进行通信时，如乙方正与丙方在通信，则甲方就必须等待，当再次检测到乙方已经通信完毕，甲乙双方才能进行通信，不能满足工业控制在实时性上的要求。但随着网络技术的发展，以太网的通讯速度以从10MB发展到了100MB、数100MB、甚至上1000MB，再加上交换设备(交换机)的出现，大大减少了碰撞的机率，网络实时性不再成为问题。而且，它是一个开放性很好的通讯协议，各大DCS或PLC厂商均推出了相应的以太网产品，在实际的工业控制系统也取得了良好的效果(如我院设计的拉法基-都江堰水泥厂8000余点的大型控制系统)管控一体化随着管理水平的提高，管理意识的增强，希望从管理中增加效益，现代企业管理者希望从DCS或PLC控制系统中得到相关的数据,如数据记录、报警记录、设备状态记录、操作记录等，根据历史数据记录和其强大的数据分析能力，可计算各个车间的日平均产量和耗电、耗煤量，以及一个月的总产量、耗电量和耗煤量等，这为提高总产量降低总成本提供了科学依据。

　　通过其数理统计功能可对历史数据进行统计分析，通过报警记录分析对潜在的质量问题发出警告，使用管理人员和技术人员以从专注于质量程序的改进阶段中解放出来。当生产线事故发生后，可根据报警记录、操作记录及时查清事故原因。并各台工艺设备的运行时间、起动次数和故障次数进行统计分析，当设备使用期已过时发出警告信号，可在检修期内及时更换，避免在生产中频繁故障。并能通过Web网关功能使管理人员能够在世界上的任何地方通过Internet访问工厂的数据。工厂管理人员在办公室，家里或是宾馆房间，获取工厂的生产数据就象打一个电话那样简单，使工厂管理人员能随时掌握工厂生产的实际情况(这些数据的获取必需通过密码确认后才能进入，确保系统安全)。

       2. 数据库的标准化
       目前一些DCS或PLC制造商已经采用了国际上通用的数据库系统(如Microsodt SQL),并提供了相应的API接口。

　　3.现场控制总线FCS系统
       现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向通信与多站的通信系统。现场总线在企业网(Intranet)内仅处于最低层的控制系统(Infranet)。检测和控制的点数不断增加时，使众多的检测信号汇集到DCS的入口处，不可避免地会出现“瓶颈”现象，导致信号堵塞，降低了系统的安全性和可靠性。而且如此大量点到点的电缆，不但增加了线路敷设设计的难度和施工的复杂性，同时也增加了投资和安装、调试与维护的费用。因此用户迫切需要现场总线与智能化的现场仪表，以便将60-80%的控制功能下放到现场仪表，减少DCS处理信息的压力，增强系统的可靠性和安全性，同时也可减少电缆及其相关费用。

 　　采用现场控制总线FCS系统具有如下优点：
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bsp; ⑴ 现场总线开放性好，可互操作性与可互换性，全数字化，用不着象DCS或PLC那样需A/D或D/A转换(精确度可以从±0.5%提高到±0.1%)，双向通信，智能化的现场仪表。

  　　⑵ 可以减少1/2-2/3的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子，这样就节省了I/O装置及装置室的空间。

  　　⑶ 可以减少电缆的用量，费用可以节省66%或更多(电缆费用)。

  　　⑷ 由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2-3次增加到每秒调节10-20次，从而改善了调节性能。

   　　⑸ 组态简单，安装、运行、维护简便。

   　　⑹ 用户可以自己择优选择，达到最佳集成。

   　　当然，目前的现场控制总线也还存在一些缺陷，如通讯协议不统一，如美国Rockwell公司支持的ControlNet、德国西门子公司支持的Profibus-DP/PA、丹麦Proce

ss 、Data公司支持的P-Net、Fisher-Rosemount公司支持的FF HSE、美国波音公司支持的Swift Net、法国Alstom公司支持的World FIP、德国Phoenix  Contact公司支持的Interbus。一些国外的大公司还推出自己的标准，如日本三菱的CC-LINK、法国Shneider公司的Modbus等，国际上一些公司与组织正在紧锣密鼓地在进行用以太网(Ethernet)来做现场总线的研究与开发工作。

          另外目前每一条现场总线通讯速度较低而且只能带十几台防爆型智能变送器、价格偏贵等。

   　　现场总线固然会给用户带来效益，但它毕竟处于企业网的最低层，局部虽有效益，但有时却不能为企业带来整体效益。因此，现场总线必须与企业的管理自动化(如采用ERP……)相结合，也就是所谓管控要一体化。

   　　三、展望
          从发展趋势看，目前虽然传统的DCS或PLC系统，将受到现场控制总线FCS系统的严重挑战，但不会被消灭，今后在相当长的时间内随着电子技术和信息技术的发展，DCS或PLC系统同现场控制总线FCS系统会相互渗透、相辅相成共同发展，但现场控制总线FCS系统将成为现场仪表和设备的信息交换和控制的主流；以太网将现场控制总线的主流通讯协议，甚至取代其它通讯协议；Web服务器将大量进入工业控制网。