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随着中国经济的迅速发展，各行各业对水泥的需求日益增加。目前国内外各大水泥企业纷纷在华兴建大型干法旋窑水泥生产线，这为水泥行业的发展提供了前所未有的机遇。ABB公司已经为水泥生产线准备了佳的工业自动化解决方案，帮助建设具有国际先进水平、高产出、低消耗、环保高效的生产线。
水泥生产工艺简述
一般来讲，水泥行业生产的是硅酸盐水泥，硅酸盐水泥是一种通常为灰色的细致粉末，它由钙(来自石灰石)、硅酸盐、铝酸盐( 黏土)以及铁酸盐组成。在一个硅酸盐水泥工厂中，水泥生产工艺的主要过程是原料破碎粉磨后制成生料，再把生料送入到高温窑炉中用燃料将其煅烧成熟料，后将熟料与适量石膏混合磨细制成水泥，需要经过矿山开采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨及成品包装等多道工序，见图1所示。
图 1 水泥工厂的典型生产流程
其生产过程通常可概括为“三磨一窑”，可分为生产制备、煤粉制备、熟料煅烧和水泥粉磨及出厂四个步骤。
1.生料制备
将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比例配合、磨细并调配为成份合适、量质均匀的生料。
2.煤粉制备
水泥生料煅烧所需的煤炭，必须制备成煤粉，提供煤粉燃烧所要求的粒度，以便于充分燃烧，得到足够的燃烧反应能力。
3.熟料煅烧
熟料球形结块的直径必须在3.2~50mm范围之内，它们是在原料之间的化学反应中产生的。将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到硅酸盐水泥熟料，并储存至熟料料仓。
4.水泥粉磨及出厂
将熟料加入适量石膏、混合材或添加剂共同磨细为水泥，并包装出厂。粉磨过程在封闭系统中进行，该系统配备了一个空气分离机，用来按大小将水泥颗粒分开，没有完全磨细的材料被重新送入该系统。
设计分析
通过对工艺过程的介绍，不难看出这是一个典型的顺序控制工程（原材料入库、输送—水泥粉磨—水泥出库及包装系统）。我们完全可以通过对控制对象——各运转设备电动机的依次起动、停止和正反转控制，以及各种报警指示、开关信号和模拟量信号的采集和编程处理来实现对工艺过程的自动化控制。
生产线上主要的设备控制、监视、报警及打印报表等管理功能都由中控室执行，控制硬件分布在原料粉磨、窑尾和窑头3个过程现场站内，过程站与中控室之间由数据通信系统提供双向信息处理和信息传送。
按控制要求划分，主要功能包括：数据采集功能、开关量控制功能和顺序控制功能。
系统配置
系统的构成包括过程控制站、操作员站、工程师站以及通信系统（Modbus，ProfiBusDP/PA）。
AC500系列PLC的功能灵活、可拓展性强。传统PLC产品的小型、中型和大型的软硬件差别非常大，系统的拓展性很有局限。而AC500仅通过3、4种不同内存和速度的CPU中央处理单元就可以实现系统的全面升级，这样可以保护客户的现有投资。控制系统的网络原理如图2所示。
图 2 水泥厂控制系统网络原理图
水泥生产的各个控制站极为分散，此时系统的安全很大程度上取决于控制网络的稳定性。冗余光纤环网技术的设计与采用使得过程控制网络极为可靠，大大提高了整个系统的安全系数。
1.级——监控管理
由中央控制室的操作站与工程师站实现。选用工控计算机，以TCP/IP工业以太网与PLC系统通信，实行集中控制。通过工控组态软件实时监视整个生产线工艺参数变化、设备运行和故障发生等情况，负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
2.第二级——过程控制
由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现。以AC500PLC系统作为现场控制核心，按场区配置分站。通过FBP分布式扩展I/O通信对流量、压力、温度、电机等参数进行采集和控制。
3.第三级——单机就地控制
由现场电气控制系统实现。采用ABB公司的S500系列产品组成分布I/O，采集现场参数，执行上一级PLC主站的控制命令。
结束语
以本文的研究结果为基础的技术方案，已在山西某水泥生产线具体实施。由于采用了计算机控制技术和PLC控制技术相结合的方法，大大提高了水泥生产系统的生产效率，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的自动化管理水平，有效地防止了人身意外的发生，也为公司节约了大量的资金。
1龙门刨床的机械传动控制要求
图1所示的龙门刨床的机械传动示意图。传动系统从原点启动，中速行驶到1000mm，开始高速行驶，高速行驶到3000mm，开始低速爬行，低速爬行到终点（3200mm）停车。停顿2s。反向高速行驶，高速行驶到距原点200mm处开始低速爬行。到达原点停车，停顿2s后重新开始往返。在原点和终点低速爬行的目的是为了避免系统惯性带来的定点误差，做到原点和终点的jingque定位停车。
图1 往返式机械传动示意图
2龙门刨床机械传动的PLC控制系统硬件设计
2.1系统对变频器的控制要求
变频器的正反转由继电器K1、K2控制，速度的切换由继电器K3、K4完成。变频器故障报警输出触点（30A、30C触点）用于立即停止高速计数器运行，并由指示灯HR指示。
变频器具有多段速度设定功能，当K3、K4两个继电器触点都断开时，高速行驶（速度）;K3闭合，K4断开时，中速行驶（第二速度）;K3断开，K4闭合时，低速行驶（第三速度）;K3、K4都闭合时，手动调节行驶（第四速度）。
旋钮SF用于手动/自动切换，并用指示灯HG1表示自动状态。手动时，能够通过按钮SA1（电机正转）和SA2（电机反转）手动调节传动系统的位置。
按钮SA用于传动系统在自动状态下的启动/停止控制。采用“一键开关机”方式实现启动/停止控制，用指示灯HG2表示启动状态。
行程开关SQ用于自动启动时，确定传动系统在原点位置，自动停止时，传动系统必须返回原点。行程开关SQ1、SQ2用于传动系统的两端限位，确保传动系统不能脱离设备。
2.2PLC系统硬件系统的构成及连接
为了实现对龙门刨床机械传动的jingque定位，本系统采用PLC作为控制器，通过变频器进行速度调节，采用光电编码器和PLC高速计数器进行定位控制。根据龙门刨床的机械传动控制要求，系统中有开关量输入点8个，开关量输出点7个，光电编码器A相输入一个，选用SIEMENS的CPU224作为控制器，其I/O点的分配及系统接线如图2所示。
图2 龙门刨床机械传动PLC控制系统接线图
3PLC梯形图程序的设计
PLC的梯形图程序设计包含主程序（用于实时调用手动子程序SBR_0和自动子程序SBR_1）、子程序SBR_0（用于实现对系统的手动控制）和SBR_1（用于实现对系统的自动控制）和中断处理程序INT_0程序（用于处理高速计数器计数当前值到达不同预置值的处理）。由于篇幅所限，以下将以中断处理程序INT_0程序为例，说明变频器对速度的控制和调节。其梯形图如下。
4梯形图设计过程中要注意的几个关键问题
4.1通过多次更改高速计数器的中断和预置值实现多点定位
实现多点定位控制的关键包括两点，点是设置高速计数器中断事件12（计数器当前值=计数器预置值），另一点就是在中断处理程序中更改高速计数器预置值。
定位控制需要测量定位点与原点的距离，将单位距离（mm）转换成脉冲量，通过光电编码器和PLC高速计数器记录脉冲量的变化。本系统中，光电编码器的机械轴和电动机同轴。传动比=10，用于驱动设备的传动辊直径=100mm，光电编码器每转脉冲数=600个/转。可以计算出每毫米距离的脉冲数为：
每毫米距离的脉冲数=600÷（10×100×3.14）≈0.19108脉冲/mm
定点位和预置值比较，必须采用高速计数器中断方式，而不能采用一般的比较指令。因为一般的比较指令无法捕捉高速变化的事件。
必须通过ATCH和ENI指令将高速计数器中断事件号12（（计数器当前值=计数器预置值）与中断处理程序INT_0连接。在中断处理程序INT_0中，到达预置值时，重新装载下一次的预置值，并执行工艺要求的继电器输出，处理变频器的运行速度。
在自动子程序SBR_1中，将高速计数器HC0设置为单相计数输入，没有外部控制功能。在原点和终点通过更改计数方向，便于中断处理程序INT_0判断变频器的运行方向。
4.2在中断处理程序INT_0中不能使用等于比较指令
由于在一个中断处理程序INT_0中判断处理多个预置值。需要比较指令和计数方向来判断目前高速计数器计数当前值在哪个阶段，根据判断来决定执行那一段指令。判断不能使用等于比较指令，应该使用大于或小于指令判断。
中断事件（计数器当前值=计数器预置值）发生时，PLC立即中断当前主程序、子程序，执行中断处理程序INT_0中的指令。在中断处理程序INT_0中，PLC仍然是按照逐条逐行的扫描机制执行。而高速变化的计数值不可能和中断处理程序执行同步，如果采用等于比较指令，PLC在执行中断处理程序时，可能会错过等于值，使PLC在中断处理程序中无法判断设备运行到哪个阶段。
4.3在自动运行时，高速计数器的初始值寄存器写入必须禁止
由于多点定位需要多次装载预置值，写入预置值必须执行HSC指令。
执行HSC写入指令，不单单是写入预置值，如果在控制字节中不加以限制，初始值寄存器SMD38中的值同样写入。而SMD38=0，这样，就会使高速计数器计数当前值置0。在自动运行时，必须设置控制字节SMB37的第七位SM37.6为0，在装载预置值时，禁止写入初始值。
在高速计数器初始设置和返回原点重新开始运行时，又必须写入初始值，使初始值置0，避免机械原因带来的误差。控制字节必须多次修改。遵循的原则是：允许写入初始值、执行HSC指令后，必须马上修改控制字节，禁止初始值写入，并执行HSC指令，中间不能有其它指令存在。
4.4多点定位的输出线圈尽量采用立即指令
采用高速计数器进行多点定位，主要为了jingque定位。定位精度既决定于高速计数器的测量，也决定于执行机构的执行快速性。
如果采用普通输出指令，在一个扫描周期的程序执行阶段，改变的仅仅是输出映像存储器，PLC的输出点不会立即刷新，只有在程序执行完毕后，PLC的输出映像存储器才能对输出点刷新，执行输出。
为了增加定位精度，尽量采用立即输出指令。立即输出指令不受PLC扫描周期阶段的限制，在改变输出映像存储器的立即刷新PLC输出点。
4.5自动/手动程序采用For-Next循环指令和子程序指令实现
本系统中的自动/手动功能通过采用For-Next指令和子程序指令实现。自动程序和手动程序实际上就是两个循环指令的循环体。而循环指令仅执行一次循环扫描刷新。
手动子程序SBR_0和自动子程序SBR_1用于整个程序的分段，便于程序的理解，增加程序的可读性。For-Next循环指令的作用是使输出线圈能够重复使用，简化程序。
中断处理程序：INT_0
当变频器正向运行（由SM36.5判断，增计数为正向运行，SM36.5=1），高速计数器当前值等于19108（1000mm）时，继电器K3（Q0.2）、K4（Q0.3）断开，变频器速度设定为高速正向行驶（速度）。将高速计数器预置值更改为57325（3000mm）。
当变频器正向运行，高速计数器当前值等于59325（3000mm）时，继电器K3（Q0.2）断开、K4（Q0.3）接通，变频器速度设定为低速正向爬行行驶（第三速度）。将高速计数器预置值更改为61146（3200mm）。
当变频器正向运行，高速计数器当前值等于61146（3200mm）时，表明达到终点，继电器K1（Q0.0）、K2（Q0.1）、K3（Q0.2）、K4（Q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。发出终点到达信号M0.1，让子程序SBR_1处理停顿2s时间，并由SBR_1处理反向运行设置。
当变频器反向运行（由SM36.5判断，减计数为反向运行，SM36.5=0），高速计数器当前值等于3822（200mm）时，继电器K3（Q0.2）断开、K4（Q0.3）接通，变频器速度设定为低速反向爬行行驶（第三速度）。将高速计数器预置值更改为0。
当变频器反向运行（由SM36.5判断，减计数为反向运行，SM36.5=0），高速计数器当前值等于0时，表明变频器返回到达原点。继电器K1（Q0.0）、K2（Q0.1）、K3（Q0.2）、K4（Q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。发出原点到达信号M0.0，让子程序SBR_1处理停顿2s时间，并由SBR_1处理正向重新运行设置。
本文创新点：
往返式传动控制系统的多点定位是一个较难解决的问题，本系统采用PLC作为控制器，通过变频调速，利用光电编码器和PLC高速计数器进行定位控制，克服了往返式传动控制系统中由于机械惯性的作用给系统带来的定点误差，从而实现了jingque定位。