1  引  言

    水泥生产做为传统产业，已有160多年的发展历史，其生产技术从最早的立窑、回转窑、立波尔窑发展到了预分解窑技术，从而使水泥工业生产技术有了重大突破。立磨、辊压机、原料预均化、生料均化以及X射线荧光分析等技术的发展和应用使水泥生产的熟料质量明显提高，能耗进一步降低，由于应用了电子计算机和自动控制技术，许多先进的水泥厂都已经采用了全厂集中控制，巡回检测的方式，在矿山开采、生料和烧成车间、以及包装和发运等工序都实现了自动控制。随着水泥企业生产结构调整，截至2007年底新型干法生产技术的比例已达55％。大多新型干法厂生产工艺流程多采用技术成熟的DCS(Distributed Control System)即分散性控制系统，也称集散型控制系统。DCS是以分散的控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接，一起实施实时工业过程的控制与监视，实现了控制系统的功能分散、负荷分散，从而危险也分散，克服了集中式计算机控制系统的负荷集中、危险集中的弱点。

    从80年代以来DCS经历了四个发展阶段，随着控制技术、计算机技术、网络技术和信息技术的发展，各种控制技术融合、集成的DCS系统不断被应用到生产实践中，在水泥行业出现了基于PLC(可编程控制器)的DCS系统、基于现场总线技术的DCS系统等分布式控制方式，另外先进的智能控制技术例如模糊控制等也应用到了水泥生产控制中，随着计算机、通信网络等信息技术的飞速发展，水泥工业的自动控制系统正向着智能化、数字化和网络化方向迈进，传统的集散控制系统和计算机分层控制方式也开始向智能终端与网络结合的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)方向发展。

    本文讨论了目前最先进的基于PLC和现场总线技术的水泥生产DCS控制模式，同时提出了应用于新型干法水泥生产的FCS的结构型式。

2  基于PLC和现场总线技术的DCS

2．1 PLC技术的应用

    PLC(Programmable Logic Controller)是采用微电脑技术制造的通用的自动控制设备，在工业自动化领域得到了相当广泛的应用，被公认为现代工业自动化三大支柱(PLC、机器人、CAD／DAM)之一。PLC主要由CPU、存储器(ROM和RAM)、I／O接口以及编程器四部分组成。PLC系统主要特点是：工作可靠，运行速度快；积木式结构，组合灵活；良好的兼容性；程序编制及生成简单、丰富；网络功能强。PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模／数(A／D)、数／模(D／A)转换、数据处理、通信联网、实时监控等功能。

    由于水泥生产线的自动化控制开关量约占总的输入输出点的75％，且控制过程主要以顺序控制、连锁控制为主，而且，近年来开发了具有智能I／O模块的PLC，它可以将顺序控制和过程控制结合在一起，实现对生产过程的控制，因此PLC可以作为DCS系统的过程控制层的控制站。

2．2  现场总线技术

控制、计算机、通信、网络等技术的发展，导致了自动化领域的深刻变革。信息技术的飞速发展，使得自动化系统结构逐步形成全分布式网络集成自控系统。现场总线(fieldbus)正是顺应这一形势发展起来的新技术。现场总线是应用在生产现场、微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。目前，比较具有影响力的现场总线有：基金会现场总线(FF，Foundation Fieldbus)、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中，PROFIBUS是当前最为流行的现场总线技术之一，也是最适合应用于生产过程控制的一种总线型式，而且为全数字化现场总线协议。

PROFIBUS是德国90年代初制定的国家工业现场总线协议标准。代号DINl9245。PROFIBUS于1996年成为欧洲标准EN50170，1999年底成为国际标准IEC61158的组成部分，已被全世界接受。

    现场总线技术将专用微处理器置入传统的测控制仪表中，使它们各自都具有数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通讯协议，在位于现场的多个微机化测控设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

2.2.1  现场总线系统的技术特点

    (1)系统的开放性

    开放是指对相关标准的一致性、公开性。一个开放系统可以与世界上任何遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。现场总线的开发就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统，用户可按自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。

    (2)互可操作性与互用性

    互可操作性是指能实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实现点对点、一点对多点的数字通讯，而互用则意味着不同厂家的性能类似的设备可以实现相互替换。