（金刚（集团）水泥有限公司吉林省白山市134300）
摘要：DCS是分布式控制系统的简称，本文基于笔者的工作经验，以新型干法水泥的生产流程为基础，对DCS控制系统在水泥生产线上的应用做出了整体方面的设计。
关键词：DCS系统；新型干法水泥；应用
新型干法水泥生产工艺是传统的干法水泥生产的基础上加以改进，减少了燃料的消耗，同时产品质量也有所提升。同时将DCS技术应用到新型干法水泥的生产中，能够有效地减少控制变量多、连锁复杂、作业环境恶劣、温度和时间控制难等问题，进一步提升生产效率和产品质量。
一、新型干法水泥生产工艺
新型干法水泥生产，主要分为三个阶段：生料制配，生料煅烧和水泥制成。
1.生料配置
制粉系统主要包括：石灰石取料、辅料取料、煤输送、石膏取料、各类收尘设备、原料磨、原料辊压机以及煤磨、风机、存储仓等设备，首先，需要完成个各原料的准备，为了使煤充分燃烧，需要将煤通过煤磨磨成满足需要的合适大小的煤粉，储存在煤粉仓中，以备燃烧使用。石灰石经过破碎，与砂石，炉灰等原材料按比例混合，进入生料磨，磨成符合要求的生料颗粒，储存在生料库中。
2.生料煅烧
煅烧是水泥生产中的重要环节，煅烧工艺中，一般需要的设备包括：罗茨鼓风机、收尘设备、均化库气动阀、固体流量计、高温风机、回转窑电机、回转窑风机、篦冷机及其冷却系统、熟料输送及收尘设备。回转窑内的风机，主要是使窑尾保持负压，保证空气流动方向的正确性，篦冷机主要完成熟料的冷却功能，窑是进行烧制的场所。
3.水泥制成
满足工艺要求的粉状熟料，需要加入各种辅料，按不同比例混合后，才能形成了各种不同属性的水泥产品。因此水泥制成部分需要的设备包括：熟料电动推杆、输送皮带、磨机及冷却设备、辊压机及冷却设备、包装机组、收尘设备。
二、DCS系统规划
该生产线所使用的DCS软件，包括系统软件和应用软件两大部分，因为笔者所在企业使用的控制器主要是采用的ABB公司的产品，因此系统软件使用的是DCS厂家ABB公司的CBF（ControlBuildF），本文也是基于该系统所撰写。
1.控制网络设计
本套系统采用的是ABBIndustrialIT模式，ABBIndustrialIT系统网络由中央监控网络和现场网络两部分组成，现场网络主要是各工艺的控制站与设备之间的网络连接，通过网络将分散的控制站、远程站等相互连接成一体，构成通信网络，以满足工业控制对实时反应速度以及可靠性的要求，还能更好的适应恶劣的生产环境。中央监控网络包含了企业层与操作层，实现了对系统运行情况的监测与操作功能，现场网络包括了控制层与现场层，主要是进行现场数据采集转换，并通过控制器对数据的处理，实现对生产线的自动控制，各层之间依据现场情况不同，采用符合现场情况通信网络结构与连线方式，保证网络的通畅运行。
采用TCP/IP协议的以太网作为中央监控网络与现场网络间的进行通信的网络，选用多模光缆作为传输通道，多模光缆传输速率高，抗干扰能力强，完全可以满足通信要求。现场控制器，设备都可支持PROFIBUS等各种现场总线通讯，因此过程控制站的内部通讯，以及控制器与I/O等设备、现场仪表间的通讯，统一选择PROFIBUS作为现场总线通讯方式。
水泥生产线DCS控制系统操作站都位于中央操作室内，各配置一名操作工人作为监控操作人员，控制管辖范围内的设备运行。服务器与个操作站之间采用双绞线连接，现场总线选用的PROFIBUSDP电缆。整套系统总共配置3个过程站，6个操作站，1台工程师站，4台交换机，中央监控网由控制站、工程师站、操作站、趋势服务器这几个设备组成，本系统的趋势服务器与工程师站共用一台电脑，每个站点都得配置自己的专属IP与资源ID。
工程师站，作为功能最齐全，权限最高的操作站点，需能完成系统的组态变更与全场站的监控，因此需要同时安装ControlBuilderF组态软件与Digivis。ControlBuilderF软件支持离线编程，在线修改参数，工程师站通过该软件，可对整套DCS系统软件、现场过程站所使用的的程序进行编程修改，在离线模式下，软件对被修改的参数进行自动备份，方便用户回复到最初的编辑状态，还可对现场总线智能仪表参数进行设置，对操作员站组态画面进行调整，在软件上进行的任何修改，都可及时下载更新到生产线的对应站点上，系统还提供自动提示告警以及检查的功能，防止非对应程序被下载到现场控制器中，对整个生产过程的正常运行造成影响。
现场设备网络可以用来连接现场仪表设备，采用PROFIBUSDP通信总线标准，还可以直接为现场总线仪表提供电源，可便捷的解决某些场合仪表供电不方便的问题，现场总线网络之间通过PROFIBUSDP耦合器连接，最多可支持下挂的现场总线设备为127台。本套生产线的现场设备网络，共计4条现场总线设备网络，主要分布在窑尾控制室和窑头电气室PROFIBUS作为一种开放的、不依赖生产商的现场总线标准，传输速率在9.6k/s～12M/s，主要受网络拓扑结构与总线长度的影响。PROFIBUS总线技术由三个主要通讯类型组成：PROFIBUSDP，一种高速低成本通信，主要用于控制设备与I/O口的通信；PROFIBUSPA，用于过程自动化，连接传感器与执行机构；PROFIBUSFMS，用于车间级别的监控网络，主要应用于大量的数据传输。
2.控制站点规划
按照生产工艺与现场实际生产环境对实际操作的影响，共设置3个控制站与3个远程站，分别为：窑尾控制站、水泥粉磨控制站、烧成窑头控制站、原料调配远程控制站、原料粉磨远程控制站、水泥包装远程站。
窑尾控制站，原料调配、原料粉磨远程控制站1公用一个窑尾电气室，该部分系统设计：配置1套AC800F16MB内存的控制器，2套PROFIBUS模件，其中窑尾控制站配置4个S800本地I/O站，原料调配远程站配置2个S800远程I/O站，原料磨粉远程站配置2个S800远程I/O站。窑头电气室设计配置：1套AC800F16MB内存控制器，1个PROFIBUS模件，配置6个S800本地I/O站。水泥粉磨控制站、水泥包装远程站共同安装在水泥粉磨电气室中，配置1套AC800F16MB内存控制器，2个PROFIBUS模件，6个S800本地I/O站，2个S800远程I/O站，各I/O站的模块配置与站点监控变量数量以及类型有关。
控制站的电器柜的最上层为控制器，以太网扩展模块，PROFIBUS接口模块，第二层为光纤接入控制环网的转换器，中间为控制器供电单元，双回路交流电源转换模块，第三层为空开，最下层为PROFIBUS模件与分布式I/O站。
对于控制器的控制策略，考虑到生产线上的监测量众多，控制量也不尽相同，对于耦合程度低的控制变量，如风量、阀门开度、管道流量、仓重等的控制，选用工程上常用的简单且易于实现的控制方式，对于复杂的、耦合程度高的变量，如分解炉温度，回转窑窑头、窑尾温度等的控制，选择精细控制，即结合实际情况，在影响变量都使用高精度控制的前提下，综合考虑各因素的影响比重，提出考虑多影响变量的控制方案，从而使控制变量的控制精度满足要求。
参考文献：
[1]申汉杰.水泥厂DCS控制系统设计[D].武汉理工大学，2013.
[2]李立峰.新型干法水泥生产线混合控制系统设计与研究[D].武汉理工大学，2008.