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摘要:通过中小型水泥厂采用的基于PLC的DCS生产控制系统，重点从施工图设计、软件设计、软硬件安装调试方面，结合自己的工作经历，通过实例总结经验，提出了在中小型水泥厂推广PLC控制系统的必要性。
1 现状
近十几年来，随着计算机技术的迅猛发展，PLC的功能和结构不断改进，应用范围从原来的逻辑控制发展到连续和分批量过程控制，以高可靠、低成本的特点，深受广大用户好评，特别是以PLC为基础的DCS发展更快，目前PLC与DCS相互渗透，相互融合，相互竞争，已成为当今工业控制系统的生力军。
全国现有的大部分水泥企业生产设备落后，能源消耗高，污染较严重，自动化控制水平低，仍然采用常规的继电器、接触器加模拟仪表控制方式，影响了产品质量的提高。
目前由于纯DCS控制系统侧重于多种PID算法、比值控制、串级调节等功能，成本较高，而基于PLC的DCS控制系统(下称PLC控制系统)侧重于顺序控制等功能，成本相对较低。对于整个控制过程中以开关量输入、输出约占80%的中小型水泥厂来讲，从节省投资的角度来考虑，选择PLC控制系统是比较合理的。例如:目前700t/d的水泥厂控制系统采用DCS的投资大约需要250万元，而采用PLC控制系统只需190万元，节约投资约24%。表1列出了江西珠山水泥厂PLC计算机控制系统I/O点数分布情况，该厂PLC计算机控制系统开关量输入、输出占79.6%，投资为180万元。
水泥厂从项目立项开始到建成投产，通常要经过可行性研究、初步设计、施工图设计、软件设计、工程施工、单机试车、软件调试、联动试车、试生产等各阶段工作，其中施工图设计和软件设计阶段对整体控制水平起着决定性作用，软件调试阶段是通过对设计的修正和完善，达到设计目标。同样，若采用PLC控制系统，也必须做好这些工作，才能实现水泥厂各阶段的过程衔接，使工程项目有条不紊地进行下去，从而保证顺利建成投产。下面我们结合实例，重点从施工图设计、软件设计、软硬件安装调试方面进行分析和探讨。
2 施工图设计
2.1 控制方式及设备选型
水泥厂生产过程自动化控制包括顺序控制和过程控制两方面。顺序控制主要是实现对全厂进入PLC的电动机、电控设备进行成组起动、停车以及设备运行时的相互联锁等；过程控制主要是实现对全厂进入PLC的温度、压力、速度、流量、料位等工艺参数进行采集，并通过对诸如阀门开度、速度给定等对生产过程进行调节和控制。
2.1.1 控制方式选择
水泥厂的电动机控制方式有两种，集中优先控制方式和机旁优先控制方式。
选择集中控制方式时，计算机根据工艺流程图及保护要求，将按预先安装好的程序，由操作员对需要的分组进行起停控制。
选择机旁控制方式时，人工在机旁单独开、停机，以利于单机试车。
选择零位控制方式时，集中和机旁均不能开车，以确保检修人员的安全。
设备出现严重异常或伤害事故时，机旁可以立刻停车；同样，中控室可以进行一个子系统范围内的紧急停车。
2.1.2 电气设备选型
本着技术成熟、运行可靠、指标先进、经济合理的原则，又充分考虑到国内电气设备的制造水平及现状，主要电气设备及元器件采用进口产品或引进技术生产制造的产品。对要求调速的场合，目前较多采用交流变频调速装置，滑差电磁调速装置已逐步趋于淘汰。少数容量大且对起动力矩要求较高的地方，如窑主传动、冷却机等可采用直流调速装置。
为了提高可靠性，随设备配带的控制箱、控制柜，如稀油站、除尘器、水电阻柜以及高压开关柜等均采用小PLC或常规的继电器完成其自身必要的顺序控制和过程控制，并安装控制方式选择开关，提供给计算机远方控制方式接口，以尽量减少主控系统的开销，并可就地试车。
2.1.3 自动化设备选型
压力变送器尽量选用测量范围大的产品，减少型号种类，以方便日常维护或备件准备。一般场合的温度测点选用热电阻、热电偶监测元件，大型机械设备或大型电动机的保护热电阻温度信号，如回转窑托轮、主电动机绕组温度等热电阻信号，全部进入计算机由中控室集中监视。窑筒体测温装置、窑尾预热器一级筒出口处气体分析仪、生料质量控制系统、窑头和篦冷机用监控工业电视系统通常为独立完整的监控系统，其部分必要的信号应进入计算机。
2.2 计算机控制系统
计算机系统应选用开放性集散型控制系统。目前PLC控制系统已经完全能够实现集散控制的功能。
表2例举了PLC集散控制系统在水泥工业中一些实际应用情况，这些厂现均已正式投产，计算机控制系统运行状况良好。
由于各厂的系统构成很相似，下面以某700t/d水泥厂为例作简要介绍。
系统采用美国Modicon公司的Quantum系列可编程控制器组成集散控制系统，对主要工艺流程生产线的设备进行控制。结合本厂工艺流程及生产特点，全厂共设四个现场站和4个操作站(含工程师站)，控制范围从工艺生产线的原料调配站、生料制备、烧成系统、煤粉制备至水泥制成车间，各现场站及中控室均配有UPS备用电源。
2.2.1 计算机运行环境及系统配置
操作系统:Microsoft WindowsNT中文版
组态软件:Monitor Pro开发版
运行软件:Monitor Pro运行版
系统配置:Pentium-II400，64M内存，4.3G硬盘，3.5″软驱，32速光驱，
Philips 21″彩色显示器
通讯网络:Modbus+(Modbus Plus)
下位机软件:Concept Version2.1 XL
2.2.2 控制管理级
控制管理级是由1个中央控制室和1个局部控制室的多台操作站、工程师站等组成。
中央控制室:设置3台操作站，分别作为生料粉磨、烧成窑尾及烧成窑头工艺过程的监视、控制用，操作站间互为备用。其中1台操作站兼作工程师站，可用于软件开发和调试之用。
局部控制室:由于水泥粉磨车间位置距离中央控制室较远，且工艺上独立性较强，因此单独设置一台操作站，作为水泥粉磨工艺过程的监视、控制用操作站，该操作站仅限于本车间操作之用，中央控制室的工程师站作为备用，经授权能够实现该操作站的操作、软件开发和调试任务。
2.2.3 过程控制级
过程控制级包括生料粉磨控制站、烧成窑尾控制站、烧成窑头控制站和水泥粉磨控制站，实现对所辖设备的过程控制和顺序控制。
2.2.4 通讯网络
计算机网络系统将过程控制站、操作站以及工程师站相连，达到集散控制系统的分散控制、集中监视和操作管理的目的。
3 软件设计
计算机系统的软件应具有以下功能:
1)开关量和模拟量数据的采集和处理；
2)电动机和成套电控装置的顺序起动、顺序停车、故障复位以及设备联锁等；
3)PID回路的控制及参数修改；
4)阀门控制及各种给定操作回路的控制；
5)具有动态参数和动态符号的工艺流程图画面的显示；
6)实时趋势曲线和历史趋势曲线画面的显示；
7)异常工况的报警窗口显示及报警报告打印；
8)工厂日、月、季、年及随机报告打印。
计算机系统的需要安装的软件通常分为两部分:上位机组态监控运行软件和下位机运行软件，一般由计算机制造商负责提供。软件的编制设计也就相应分为上位机和下位机两部分进行。1)～3)项通过下位机软件编制实现，4)～8)项由上位机软件设计完成，这两部分应充分衔接。
该计算机控制系统的软件功能及特点如下:操作员通过操作站上显示的工艺流程及控制画面，可随时监视全厂的电气设备运行情况，在起动画面内对各车间的电气设备分组进行集中起停控制，必要时可由工程师站在线监控、强制电气设备运行和修改有关设定参数；对全厂的热工参数和电气设备的运行状况进行监视、控制，并可以通过打印机输出各种生产报表和报警信息。
3.1 流程画面
流程画面是操作的主要界面，操作员可在流程画面上对每一个过程参数进行实时监控，并作出相应操作以保证正常生产。画面上部分设备具有动态显示效果，操作员可在操作站上对全厂生产过程进行监控。画面的切换方式是通过用鼠标点按相应的流程画面切换按钮，或利用功能键来快速切换。
以不同颜色的箭头线表示气流、料流的方向；储库与料仓剖面图形中的填充色显示料位的变化，并设有料位报警；参数的位号及量程范围实时显示；阀门操作面板可显示现场测量值和开度设定，并具有超时报警和复位功能；转速操作面板可显示测量值和速度设定值。
3.2 配料控制
生料和熟料配料系统均可完成系统起停、选秤、显示运行状态、瞬时流量、设定流量等功能。
3.3 设备起停
通过工艺流程画面，打开相应的“设备起停”控制面板，可实现对各车间的设备进行分组起动和停止，并通过电动机上的指示灯来显示各设备电动机的运行状态。按工艺要求的不同每个操作站分为若干组进行起停操作，并且开停机均设有必要的时间间隔。
3.4 电气联锁
设备控制方式分为机旁单机控制和集中联锁控制两种。正常生产时，每组电气设备均须切换至集中联锁控制方式，程序中设有设备状态检查、设备组状态检查、起动及运行中设备过程联锁控制等。参加联锁控制的某台电气设备在起动或停机出现误操作时，该组设备均不能起
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日期：2007-05-30
来源：中国测控网 作者：管理员 
