2.3 集中操作监视层
集中操作监视层分为操作员站和工程师站。在中央控制室放置三个操作员站和一个工程师站完成对现场的操作管理。工程师站主要完成现场数据的采集和工程转换，报警数据存盘以及数据库的建立和维护等，因此它作为系统的I/O服务器和报警服务器以及用户的登录服务器。操作员站是系统和操作员的对话窗口，操作员通过键盘、鼠标和显示器等设备完成对整个系统的监控。操作员站的显示管理功能可以分为两大类：标准显示和用户自定义显示。标准显示是在系统设计时设定的显示功能，通常有记录详细显示、报警信息显示、控制回路或回路组显示、趋势显示等。用户自定义显示是那些与特定应用有关的显示功能。这些显示通常由用户自己的根据需要生成。因此操作员站显示的主要内容有：模拟流程和总貌显示、过程状态、特殊数据记录、历史趋势、实时趋势、统计结果和生产状态的显示。操作员可通过网络打印机在工程师站完成下述打印功能:生产过程记录报表、生产统计报表、系统运行状态信息打印、报警信息的打印。操作员工作站还可在线控制电机和各种电器设备，可完成电机的顺序启动、顺序停车、紧急停车等操作。完成对各种喂料量的给定，对阀门等机构的操作等。
2.4 通信接口设计
过程控制层与集中监视操作层的数据通信是通过由计算机通信模块A1SJ71UC24构成的RS422通信链路完成的。通信模块A1SJ71UC24的使用和设置主要有一下几点：
① 通信模块A1SJ71UC24必须安装在主基板的插槽中。
② 通过模块面板的拨码开关SW设置RS422通信的协议，在本系统中使用的协议如下表所示。
波特率 | 数据位 | 奇偶校验 | 停止位 |
19200 | 8 | 偶校验 | 1 |
表1 通信协议表
③ 工作模式“MODE”拨盘选择到8的位置，采用通信模式4[5]。
3 系统软件设计
该集散控制系统的软件设计分为下位机（现场控制站）软件设计和上位机软件（组态软件）设计。而整个系统过程控制软件包括：过程数据输入输出，数据表示（又称为实时数据库），连续控制调节，顺序控制，历史数据的存储，过程画面显示和管理，报警信息的管理，生产记录报表的管理和打印，参数列表显示，人机接口控制，实时数据处理功能。其中具有报警检测的过程数据的输入输出，连续控制调节，顺序控制是在过程控制层的现场控制站实现的。过程画面的显示和报警记录打印等在集中操作监视层通过组态软件完成。
3.1上位机（组态软件）软件
根据系统集中监视操作层的主要功能及其硬件结构，其上位机软件包括工程师站组态和操作员站组态两部分。在水泥厂的中央控制室通过以太网将工程师站和操作员站有机的联系起来构成集中操作监视层，完成对其生产线运行的监视和控制。因此集中操作监视层软件分为工程师站软件和操作员站软件。
工程师站软件主要负责采集PLC数据、发布PLC命令、实时数据处理、数据库的维护以及向操作员站发送实时数据和历史记录，所以工程师站软件包括实时调试画面的建立，数据点的建立和组态，区域数据库的的设计和管理，登录服务器的建立等。它包含了所有建立过程数据库的必备功能。操作员通过过程数据库用来实现对生产过程的监视和控制，并且进行异常情况的处理。
操作员站软件包括了所有对生产过程进行操作的功能。通过它，操作员可以存取所有所需的数据。通过监控画面、操作显示和报警显示，操作员可以高效的控制所属的区域。
同时在工程师站和操作员站编制了系统诊断软件，通过它系统技术人员可以快速的诊断和解除系统故障。
3.2下位机（现场控制站）软件设计
该DCS监控系统的现场控制站采用三菱A系列PLC提供的软件开发工具Gx Developer进行梯形图编程。主要完成设备的逻辑控制以及各种热工参数的采集。因此现场控制软件由A/D、D/A、温度和通信模块的初始化程序、系统的逻辑控制程序和回路控制程序组成。
逻辑控制部分主要完成设备的启停以及相关的故障处理。生产线上所有设备的运行方式可分为本地控制和集中控制两种方式。本地控制是为现场设备安装、调试和维修方便而设计。集中控制又分为连锁控制和单机控制。在正常生产过程中，设备处在集中控制的连锁模式下。电机和各种阀按程序进行启停控制，当出现紧急事故时可以全线停车，以保证人身和设备的安全。单机控制方式是指非连锁方式下，各设备可以单独启动和停止，不需要严格的启停顺序。这种方式适用于DCS系统对设备的单机试车、设备安装和调试。
在本系统中回路控制较多，主要有窑尾喂料量控制，窑头喂煤量控制，分解炉温度控制，增湿塔回水控制等。下面以窑尾喂料量控制为例：窑尾喂料量主要是通过变频器给料机来控制。控制回路根据冲板流量计检测到的生料流量FIQ301对变频器给料机的速度进行调节，来维持窑尾喂料量等于设定值。控制框图如图3所示。
图3 窑尾喂料量控制框图
为了防止喂料量过大导致压料，当流量计的流量信号超出限定值时，PID调节回路自动输出4mA信号，关闭给料机，然后自动切换到手动模式，并发出报警提醒操作人员处理。当检测到给料机转速小于10RPM时，自动关闭生料仓卸料阀，防止堵塞变频给料机。