计算机工程
COMPUTER ENGINEERING 
1999年 第25卷 第5期 Vol.25 No.5 1999



水泥企业控制和管理系统的网络化设计
张永明 刘新宇
摘要：论述在某一水泥企业的控制和管理系统的网络化工程设计中，立足长远规划，充分考虑到控制系统和管理系统结合问题，分期将该企业的控制和管理系统发行为集散式控制与网络管理相结合的综合系统。
关键字：网络化设计 管理信息系统 集散型控制
Network Design for Cement Factory Control and Management System
Zhang yongming Liu Xinyu
（Umiversity of Science and Technology of China Hefei 230027）
[Abstract] This paper describes how to transform a comtrol and management system into a comperehensive system combining centralized and decentralized control with network management 
[Key words] Network design；Centralized and decentralized conteol
1 控制系统和管理系统的网络规划
　对我国的许多老企业来说，因原先采用集中式测控系统，如果一下子重新安装调试新的集散式测控系统 (DCS) ，不但需要巨额投资，还会影响企业的生产而造成巨大经济损失。因此我们在某水泥股份有限公司的测控管理系统网络化的设计规划中，采取着手长远，充分利用原有设备，逐步分期对企业进行设备更新、人员培训、控制系统改造等原则，作了如下规划。 
　　(1)   使用局域网络将公司上层管理部门的管理工作计算机化、网络化和自动化。设计功能主要有：设备管理系统、财务管理系统、质量管理系统、销售管理系统、技术管理系统、生产调度管理系统、办公室管理系统、物资供应公司管理系统、人事管理系统、劳资管理系统、企业管理系统、总经理查询系统等。一期工程的服务对象为厂主要管理部门的工作人员，要求用户界面友好，不需要计算机专业的专门训练即可使用该系统。系统可以在提高企业管理决策自动化的同时，经培训提高管理人员的计算机水平，为后期的工作打好基础。 
　　(2)  扩大网络规模，将网络延伸到企业的各个基层部门、车间和矿山，使企业计算机管理系统包含企业第一线的原始数据的输入，同时将网络管理系统和企业原有的集中式控制系统相连接，自动采集水泥生产线上的各种原始信息，系统自动将原始数据汇总、处理、自动制作数据报表，使企业控制管理系统成为一个有机的整体。将传统的手工管理方式提高为计算机自动处理，提高企业管理决策层对企业生产情况、经营情况的总体把握能力，加快企业内部信息的流通速度，提高企业生产率。 
　　(3)  采用各种智能仪表、可编程控制器 (PLC) 、微机控制系统 (如微机核子配料系统、微机核子预加水成球系统等) 等，使企业生产过程控制实现智能化，然后将这些智能控制器通过工业数据通道 (RS422 、GPIB 等) 与现场控制机相连，现场控制机再使用高速数据通道 (工业网络系统) 与管理计算机联网，形成企业集散式控制管理系统。这样管理计算机就直接与过程联接，完成生产、计划、管理、决策的最优化，从而实现整个生产过程的最优化自动控制。 
　　企业网络规划如图 1 ，主干网通过网关将 Novell 局域网和 MAP 局域网连成一个整体，实现工厂生产自动化和办公管理系统自动化的集成。子网连接工业控制机、可编程序控制器等设备，实现水泥生产过程的自动化控制。挂在子网上的控制设备可以通过现场总线 (RS－422 、GPIB 等 ) 连接若干被控设备和测量采集设备，构成网络的最底层。子网可以有多个，主干网通过桥或路与子网相连。一些远距离的子网 ( 矿山 ) 用电话线连接。另外主干网可通过 TCP/IP 网关连接到 Internet 。 

图1 网络工程规划示意图
 2  集散控制系统设计 
　　集散型控制是现代企业控制系统的发展趋势，其特点是：①使用以微处理器为核心的基本控制器，真正实现分散控制；②备有多功能 CRT 操作台，可集中监视和集中操作；③管理计算机通过高速数据通道直接与过程联结，完成生产、计划、管理、决策的最优化，从而实现整个生产过程的最优化自动控制；④应用灵活，扩展方便，可分期投资，逐步扩大；⑤调试方便。 
　　水泥生产过程是连续的生产过程，在自动化控制方面类似于石油化工、冶金等企业，宜采用集散式控制系统，这样有利控制系统与管理系统的有机结合及网络化。水泥生产流程中集散控制系统设计如图 2 。由微机电子皮带秤构成原料入库和成品水泥出厂计量系统，分别由微机核子计量配料系统构成水泥生料配料和水泥熟料配料及熟料计量系统，由基于单片机的专家模糊控制器进行窑温偏火控制。下面就水泥生产流程中的主要测量控制环节的规划设计作一简述。 

图2 水泥生产流程中集散控制示意图
　　(1)  微机水泥生料 ( 或熟料 ) 配料控制系统 
　　水泥生料和熟料中各种物料成分配制比例控制准确与否直接影响水泥成品的质量 ( 标号 ) 。我们研制的微机核子计量配料系统可用于该环节。系统框图如图 3 ，系统由辐射输出器、称重传感器、测速传感器、调速皮带机、控制器及工业控制计算机构成。 

图3 微机核子计量配料系统框图
　　(2)  窑温偏火控制系统 
　　水泥窑炉原料焙烧是生成熟水泥的关键，过热的操作能保证熟料质量和稳定操作，但能耗过大；过分烧结会增加后续工艺的负担，从而产量下降；燃烧不充分使产物活性不够，可引起操作事故。其机理复杂，常规的控制难以奏效，故采用专家模糊控制器进行窑温偏火控制。系统结构框图如图4 。 

图4 窑温偏火模糊控制框图
3  管理信息系统网络设计 
　　为使企业的生产管理更规范化、科学化，提高工作效率，公司网络管理信息系统的规划设计是基于微机平台的局域网 (LAN) ，采用集中式管理方式，即通过中心专用文件服务器控制各工作站之间的数据共享、信息交换和统计、查询、打印和控制输出等。 
3.1  网络拓扑结构的设计 
　　我们对公司网络系统拓扑结构的设计主要从网络的性能、安全性、安装难易度、价格等几方面进行综合考虑，最终确定采用总线＋星型的网络拓扑结构，见图 5  。网络主干采用 50W 同轴细缆(RG－58A/U) 连接，部分工作站以总线方式与服务器相连，其他大部分以集线器 (HUB) 和无屏蔽双绞线 (UTP) 连接组成 10BASE－T 星型结构。这种结构的优点是费用较低，布线灵活方便，且因为其故障点仅局限在 HUB 和工作站之间， HUB 本身具有容错功能 ( 故障隔离、线路碰撞检测 ) ，即使该区间某工作站发生故障也不致影响其他站点的正常工作，更不会导致整个系统中断，保证系统安全运行。 

图5 网络拓扑结构示意图
　　在实际实施中，有个别工作站分布较远，物理距离超出细缆的传输距离，为了扩展网络范围，我们在线路敷设和网络结构上除采用多种拓扑结构传输外，还采用中继器扩展传输距离。另外，企业矿山距离服务器距离 10km 以上，设计采用电话线连接矿山远程子网。 
3.2  网络操作系统的选型 
　　从企业的实际出发，考虑到微机操作系统的技术潮流和发展方向，做到：(1) 符合客户机 / 服务器体系 (Client/Server)，网络中绝大部分共享资源均放在网络服务器，同时服务器系统还能向客户提供 Client/Server 程序通信软件系统、内存管理和任务调度等功能，通过工作站和服务器的协同工作完成如文件和记录锁定、SQL查询等系列功能；(2) 支持多重协议，即除支持自己的协议，还支持其他各种流行的标准网络协议；(3) 支持多厂家产品互联，企业网络系统不但要实现自己内部各站点的连接通信，还要实现异种机、异种网之间的相互通信、资源共享，要求网络操作系统为开放式结构且应互联简单方便；(4) 具有强大的网络管理功能，首先要具有强大的网络服务功能，使管理者能方便地管理和控制网络系统上的各种系统资源，实现目录、文件、输出设备等的共享，并有高度的可靠性和保密性。我们选用了Novell公司著名的 Netware V3.12 操作系统，除了因为该系统符合上述各条件外，还具有升级的32位网络驱动程序、网络管理、打印和TCP/IP 服务、文件及访问CD－ROM 卷等先进功能，是比较成熟的网络操作系统，能够满足目前和今后一段时期使用的需要。 
3.3  网络系统安全的设计 
　　网络系统安全是根据网络系统的特点，利用各种安全措施防止系统被破坏( 包括操作系统、应用软件、硬件、数据等) ，防止计算机病毒入侵，防止雷电及其它干扰。采取的措施为：
　　(1) 系统容错   采用Netware二级容错(SFTⅡ) 中磁盘镜象技术 (DiskMirroring) 。
　　(2) 用 Netware 对文件服务器上数据4级保密手段达到对系统、用户、目录、文件保密的目的。同时在应用程序中设立用户权限及密码登录。
　　(3) 病毒的防治   除计算机主机房内的工作站外，全部采用无盘工作站，以阻塞病毒的传播途径。 
　　(4) 抗干扰措施   使用UPS电源作为服务器、工作站、HUB等的专用电源。
3.4  网络系统环境 
　　(1) 硬件环境 
　　服务器： HP专用服务器，64MB内存、4.3GB硬盘、SMARTCD－ROM、32位NetFlex－2网卡、内置服务器管理软件InsightManagerV2.0 ；
　　集线器：Accton的12口、8口中继型，内置CPU，具有信号放大、整形和故障隔离功能； 
　　工作站：Compaq 586/166无盘工作站，8-16MB内存；
　　打印机：20针宽行打印机、喷墨打印机、专用票据打印机、激光打印机等；
　　网卡：Novell公司NE－200016位网卡。
　　(2) 软件环境 
　　操作系统：MS－DOS 6.22、中文Windows3.2、中文Win95； 
　　汉字系统：UCDOS 6.0；
　　数据库：Foxpro 3.0、Clipper 5.0；
　　编程语言：Foxpro、Clipper、C++、VisualBasic。
作者简介：张永明 男，39岁，副教授，主要从事住处处理与核电学专业
作者单位：中国科学技术大学近代物理系 合肥230027
参考文献 
1 樊明伟，彭炳忠.  微型机网络技术及应用.  成都：四川大学出版 社，1994 
2 王长力，廖道文.  集散型控制系统的设计与应用.  北京：清华大学出版社，1995 
收稿日期：1998-06-25
