現(xiàn)代化水泥工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展與展望

一、現(xiàn)狀及問題
　　隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，于1975年出現(xiàn)了DCS(分散型控制系統(tǒng))，隨后又出現(xiàn)了PLC(可編程控制系統(tǒng))，這些新的控制系統(tǒng)無論是功能、系統(tǒng)靈活性、升級(jí)等多方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的單體儀表和繼電器控制，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在水泥行業(yè)，目前新建的水泥廠基本上都采用了DCS或PLC控制，一些老廠也進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，提高了控制水平。但目前的DCS或PLC系統(tǒng)仍然存在不少缺陷，如：
　　1.目前的DCS或PLC系統(tǒng)，絕大部分的DCS或PLC制造廠的產(chǎn)品由各自的硬件和軟件構(gòu)成自己產(chǎn)品的體系，其中多少都含有自己的專利技術(shù)，彼此封鎖，只能通過網(wǎng)關(guān)等接口才能與其他廠商的系統(tǒng)進(jìn)行通信，通訊速度普遍偏低。傳統(tǒng)的DCS或PLC系統(tǒng)，是將現(xiàn)場(chǎng)的IO(AI、AO、DI、DO等)，全部接入系統(tǒng)的IO卡件，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大，如此眾多的檢測(cè)信號(hào)匯集到DCS或PLC的入口處，不可避免地會(huì)出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)堵塞，降低了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
　　有的DCS或PLC系統(tǒng)仍然采用自己的數(shù)據(jù)庫，不利于其他系統(tǒng)的訪問(如管理系統(tǒng)等)發(fā)展以太網(wǎng)將成為工業(yè)控制網(wǎng)的主流，甚至取代其他網(wǎng)絡(luò)。
　　1990年以太網(wǎng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以前大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，它是為用于信息工業(yè)而設(shè)計(jì)的，采用碰撞檢測(cè)方式進(jìn)行通信的，當(dāng)甲方需要與乙方進(jìn)行通信時(shí)，如乙方正與丙方在通信，則甲方就必須等待，當(dāng)再次檢測(cè)到乙方已經(jīng)通信完畢，甲乙雙方才能進(jìn)行通信，不能滿足工業(yè)控制在實(shí)時(shí)性上的要求。但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)的通訊速度以從10MB發(fā)展到了100MB、數(shù)100MB、甚至上1000MB，再加上交換設(shè)備(交換機(jī))的出現(xiàn)，大大減少了碰撞的機(jī)率，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性不再成為問題。而且，它是一個(gè)開放性很好的通訊協(xié)議，各大DCS或PLC廠商均推出了相應(yīng)的以太網(wǎng)產(chǎn)品，在實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)也取得了良好的效果(如我院設(shè)計(jì)的拉法基-都江堰水泥廠8000余點(diǎn)的大型控制系統(tǒng))管控一體化隨著管理水平的提高，管理意識(shí)的增強(qiáng)，希望從管理中增加效益，現(xiàn)代企業(yè)管理者希望從DCS或PLC控制系統(tǒng)中得到相關(guān)的數(shù)據(jù),如數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警記錄、設(shè)備狀態(tài)記錄、操作記錄等，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)記錄和其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，可計(jì)算各個(gè)車間的日平均產(chǎn)量和耗電、耗煤量，以及一個(gè)月的總產(chǎn)量、耗電量和耗煤量等，這為提高總產(chǎn)量降低總成本提供了科學(xué)依據(jù)。
　　通過其數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過報(bào)警記錄分析對(duì)潛在的質(zhì)量問題發(fā)出警告，使用管理人員和技術(shù)人員以從專注于質(zhì)量程序的改進(jìn)階段中解放出來。當(dāng)生產(chǎn)線事故發(fā)生后，可根據(jù)報(bào)警記錄、操作記錄及時(shí)查清事故原因。并各臺(tái)工藝設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、起動(dòng)次數(shù)和故障次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)設(shè)備使用期已過時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，可在檢修期內(nèi)及時(shí)更換，避免在生產(chǎn)中頻繁故障。并能通過Web網(wǎng)關(guān)功能使管理人員能夠在世界上的任何地方通過Internet訪問工廠的數(shù)據(jù)。工廠管理人員在辦公室，家里或是賓館房間，獲取工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)就象打一個(gè)電話那樣簡(jiǎn)單，使工廠管理人員能隨時(shí)掌握工廠生產(chǎn)的實(shí)際情況(這些數(shù)據(jù)的獲取必需通過密碼確認(rèn)后才能進(jìn)入，確保系統(tǒng)安全)。
　　2. 數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化
　　目前一些DCS或PLC制造商已經(jīng)采用了國(guó)際上通用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如Microsodt SQL),并提供了相應(yīng)的API接口。
　　3.現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS系統(tǒng)
　　現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線在企業(yè)網(wǎng)(Intranet)內(nèi)僅處于最低層的控制系統(tǒng)(Infranet)。檢測(cè)和控制的點(diǎn)數(shù)不斷增加時(shí)，使眾多的檢測(cè)信號(hào)匯集到DCS的入口處，不可避免地會(huì)出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)堵塞，降低了系統(tǒng)的安全性和可靠性。而且如此大量點(diǎn)到點(diǎn)的電纜，不但增加了線路敷設(shè)設(shè)計(jì)的難度和施工的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了投資和安裝、調(diào)試與維護(hù)的費(fèi)用。因此用戶迫切需要現(xiàn)場(chǎng)總線與智能化的現(xiàn)場(chǎng)儀表，以便將60-80%的控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)儀表，減少DCS處理信息的壓力，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)也可減少電纜及其相關(guān)費(fèi)用。
　　采用現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
　?、?現(xiàn)場(chǎng)總線開放性好，可互操作性與可互換性，全數(shù)字化，用不著象DCS或PLC那樣需A/D或D/A轉(zhuǎn)換(精確度可以從±0.5%提高到±0.1%)，雙
向通信，智能化的現(xiàn)場(chǎng)儀表。
　?、?可以減少1/2-2/3的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子，這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間。
　?、?可以減少電纜的用量，費(fèi)用可以節(jié)省66%或更多(電纜費(fèi)用)。
　?、?由于可以將PID功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2-3次增加到每秒調(diào)節(jié)10-20次，從而改
善了調(diào)節(jié)性能。
　?、?組態(tài)簡(jiǎn)單，安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)便。
　?、?用戶可以自己擇優(yōu)選擇，達(dá)到最佳集成。
　　當(dāng)然，目前的現(xiàn)場(chǎng)控制總線也還存在一些缺陷，如通訊協(xié)議不統(tǒng)一，如美國(guó)Rockwell公司支持的ControlNet、德國(guó)西門子公司支持的Profibus-DP/PA、丹麥Process Data公司支持的P-Net、Fisher-Rosemount公司支持的FF HSE、美國(guó)波音公司支持的Swift Net、法國(guó)Alstom公司支持的World FIP、德國(guó)Phoenix Contact公司支持的Interbus。一些國(guó)外的大公司還推出自己的標(biāo)準(zhǔn)，如日本三菱的CC-LINK、法國(guó)Shneider公司的Modbus等，國(guó)際上一些公司與組織正在緊鑼密鼓地在進(jìn)行用以太網(wǎng)(Ethernet)來做現(xiàn)場(chǎng)總線的研究與開發(fā)工作。
　　另外目前每一條現(xiàn)場(chǎng)總線通訊速度較低而且只能帶十幾臺(tái)防爆型智能變送器、價(jià)格偏貴等。
　　現(xiàn)場(chǎng)總線固然會(huì)給用戶帶來效益，但它畢竟處于企業(yè)網(wǎng)的最低層，局部雖有效益，但有時(shí)卻不能為企業(yè)帶來整體效益。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線必須與企業(yè)的管理自動(dòng)化(如采用ERP……)相結(jié)合，也就是所謂管控要一體化。
　　三、展望
　　從發(fā)展趨勢(shì)看，目前雖然傳統(tǒng)的DCS或PLC系統(tǒng)，將受到現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS系統(tǒng)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，但不會(huì)被消滅，今后在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，DCS或PLC系統(tǒng)同現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS系統(tǒng)會(huì)相互滲透、相輔相成共同發(fā)展，但現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS系統(tǒng)將成為現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備的信息交換和控制的主流；
　　以太網(wǎng)將現(xiàn)場(chǎng)控制總線的主流通訊協(xié)議，甚至取代其它通訊協(xié)議；
　　Web服務(wù)器將大量進(jìn)入工業(yè)控制網(wǎng)。（中國(guó)水泥網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）