1 系统组成及工作原理
1.1系统工作原理
系统结构如图1所示：系统在总体上是纵向分层、横向分散的结构，系统从结构上可分为厂长管理级、工程师管理级、操作员管理级、过程控制级和现场设备级。
图1系统原理图
该系统总体设计的指导思想是技术先进、生产可靠、节省投资、提高效益。基于这种思想该生产线采用了PLC型集散控制系统，完成了从生料进窑到熟料入库的整条生产线的自动控制。采用集散控制后，真正做到分散控制、集中管理、危险分散。设备出现故障后，系统能够按照预先编制好的程序自动停止相关设备，并发出声光报警，提醒操作人员及时处理，以免影响生产。对一些重要的参数和报警，系统能够自动生成历史记录和历史趋势。操作人员和技术人员可以随时查询历史数据，随时了解生产情况。通过对数据的统计和分析提出新工艺，新方法，以不断提高水泥的产量和质量。
1.2水泥生产工艺简介
水泥的新型干法生产线由生料制备系统、生料均化系统、窑尾烧成系统、窑头烧成系统和成品包装系统组成。生料制备系统由原料配料和生料粉磨组成，用于生产合格的生料。粉磨过的生料由提升机经库顶空气输送斜槽送入生料均化库。来自均化库的生料通过气力提升泵输送到旋风式预热器内，通过五级预热器的负压作用使物料充分预热后进入回转窑进行煅烧。窑头烧成系统由喂媒系统和熟料生成系统组成。原煤由煤磨磨制成煤粉后存储在煤粉仓中，通过流量计由煤风机和净风机将煤粉和空气的混合物向窑头喂煤。经过煅烧和化学反应的生料在窑头形成球状熟料。球状熟料经窑头罩进入单筒冷却机冷却后由链式输送机送到熟料磨进行粉磨，然后由提升机入熟料库。最后成品包装系统将散装库中不同型号的水泥通过包装机包装成成品[4]。该系统的主要设备包括：螺旋给料机、各种风机、增湿塔、窑主电机、各种调节阀和变频器，还有众多的智能检测仪器。设备布局比较分散，因此应该选用能够远距离传输的集散控制系统。生产过程的关键部分生料均化系统、窑尾烧成系统和窑头烧成系统采用了自动化控制，由操作员在中控室集中进行操作和监控。
2 系统硬件设计
图2系统硬件结构图
系统硬件结构如图2所示，该系统的硬件设计方案采用层次化结构，将整个系统自下而上分为三个层次：现场设备层、过程控制层、集中操作监视层。每个层次在结构上又是横向分散的，具有良好的可扩展性。每层在设计上是独立的他们通过数据网络构成一个有机的整体。
2.1 现场设备层
该系统的现场设备大部分位于烧成系统和均化库附近。模拟量设备包含压力变送器、流量变送器、电流变送器、以及测量转速和检测其他信号的一次仪表。它们将不同的物理量变换为标准的电信号送到过程控制站，同时接收PLC发出的控制信号，实现对这些信号的调节。由于信号的传输距离较远，现场电磁干扰较大，所以现场检测信号采用4～20mA标准直流信号。系统的温度测量点集中在烧成部分，温度范围在100～1200℃所以选用K和E分度的热电偶。开关量设备主要有控制电磁阀、继电器、指示灯、报警器等只具有开、关两种状态的设备。
2.2 过程控制层
过程控制层各站对由现场检测仪表（如各种传感器、变送器等）送来的各种过程信号进行实时的数据采集、滤除噪声信号、进行非线性校正及各种补偿运算、折算成相应的工程量，然后通过通信网络传送到集中操作监视层的数据库，供实时显示、优化计算、报警打印等。在过程控制层根据生产要求还要进行各种闭环反馈控制、批量控制与顺序控制等，并可接受操作站发来的手动操作命令进行手动控制，从而实现对生产过程的直接调节控制功能。
由于该生产线的自动化控制开关量占总的输入输出点数的百分之七十五左右，且控制过程主要以顺序控制、连锁控制为主，PID调节回路及模拟量相对较少，因此该系统采用三菱A系列PLC作为该系统的过程控制层的控制站。根据现场层的I/O点数统计以及各点的地域分布情况，将过程控制层分为窑头控制站、窑尾控制站、均化库控制站，三个站之间通过CC-LINK模块A1SJ61BT11联接，实现各站间数据交换。同时主控中心与现场控制站间通过计算机通讯模块A1SJ71UC24-R4实现数据互联。