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粉體配料系統(tǒng)是一種用于化工（如聚合物配料），建筑（如混凝土配料），農(nóng)業(yè)（如飼料配料）、塑料（如BOPP配料）生產(chǎn)過程自動化的配料設(shè)備，通常是由帶有自動配料算法軟件的電腦（微機）作為其自動配料的控制系統(tǒng)。

粉料配料往往是生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，充斥著粉塵甚至酸霧（如氫氟酸、磷肥等的生產(chǎn)），裝置控制水平較低，大多屬人工操作方式，而消耗往往較高。在化工、化學、油漆、油脂、藥品、飼料、日用化工、食品、制藥等物品的生產(chǎn)過程，往往需要將各種原料按一定比例的重量進行混合；以前生產(chǎn)企業(yè)多采用流量計或體積比重的方法或機械衡器的計量方法進行配方，不僅工藝控制無法保證，計量精度較低，而且受環(huán)境、溫度的影響較大。并且惡劣的環(huán)境對工人的身體健康有不良影響。對類似的企業(yè)實施自動化改造，提高其裝備水平及管理水平，改善工人勞動條件和降低勞動強度，減少對環(huán)境的污染、節(jié)能降耗，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。 由于工作環(huán)境相當惡劣，粉料配料裝置的局限性，設(shè)備在類似環(huán)境下長期工作的可靠性和可維護性差，以及需兼顧改造的經(jīng)濟性與實用性，因此粉料配料自動化的實現(xiàn)絕非易事。 以下以1998年對氫氟酸生產(chǎn)配料系統(tǒng)的改造為例，闡述粉料自動配料控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及實際運行結(jié)果。
1、系統(tǒng)控制方案的選取及其實現(xiàn) 氫氟酸生產(chǎn)主要由氟化鈣和硫酸按一定配料比充分混合后進入回轉(zhuǎn)窯，在高溫下反應(yīng) CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF↑ 控制方案的選取主要考慮如下因素： 1）能在惡劣的環(huán)境下長期可靠工作； 2）有良好的可操作性、可維護性； 3）改造經(jīng)濟實用，滿足當今工廠對管理控制一體化的要求； 4）現(xiàn)場計量及執(zhí)行機構(gòu)穩(wěn)定可靠，密封性好，易于維護； 5）便于與企業(yè)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、全廠生產(chǎn)過程自動化及管理。 1.1 控制方案的確定 傳統(tǒng)的DCS價格昂貴，一次投入大，維護費用高；單純的儀表控制不利于生產(chǎn)管理和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時傳遞，難以滿足管理控制一體化的要求，也不符合當今控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。隨著自動化水平的發(fā)展，軟硬件費用不斷降低，經(jīng)多方比較決定采用OPTO22 I/O器件+IPC工控機+AIMAX控制軟件的方案。 OPTO 22是美國某公司生產(chǎn)的專用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的I/O器件，分為模擬量I/O與數(shù)字量I/O兩大類。由于其模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、維護方便、價格低廉，有眾多MMI工控軟件支持，在世界范圍有廣泛地應(yīng)用。其基本構(gòu)成為RS-232/485轉(zhuǎn)換卡、模擬量模架板、數(shù)字量模架板、局部控制器、各類模擬量及數(shù)字量I/O模塊。每一模架板可配置1～16(8)個同類I/O模塊，總共可配各類模架板256塊，最多4096點I/O。 AIMAX是美國TA Engineering公司的人機界面（MMI）控制軟件，運行于WIN9X及WINDOWS NT平臺，全漢字界面。TA公司是美國乃至世界工控軟件的領(lǐng)導者。 AIMAX對世界著名儀表公司如Foxboro,Honeywell,Omron,三菱、富士、OPTO等的產(chǎn)品有良好的支持，而軟件費用相對低廉，性價比極高。軟件的開放性、通用性便于用戶二次開發(fā)，ODBC，OLE，MCI，DDE全面兼容。系統(tǒng)配置如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)配置方框圖 1.2 粉料計量及給料裝置的選取 氟化鈣是典型的粉狀物料，具有粉狀物料諸多不利的因素如架橋、流態(tài)化、卷揚等。因此粉料計量裝置及給料裝置的選取是本系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵之一。多年來，國內(nèi)外所使用的粉料計量設(shè)備多為皮帶秤、核子秤。由于皮帶秤密封性差，維護量大；核子秤對物料適應(yīng)性差，廢棄核探頭不好處理等問題，使用均不盡如人意。我們選取了白銀有色金屬公司研究所研制開發(fā)的微機螺旋配料秤作為本系統(tǒng)粉料的計量裝置。該秤具有如下特點：密封性好、可靠性高及物料適應(yīng)性強，便于現(xiàn)場維護，精度優(yōu)于1%，曾在該廠有滿意的使用效果。給料裝置亦選用該研究所配套生產(chǎn)的螺旋給料裝置。 1.3 其他設(shè)備 本文側(cè)重粉料配料計量自動化，其他設(shè)備的選取，控制量、監(jiān)測量的控制與實現(xiàn)在此不再贅述。 
2、系統(tǒng)軟件的二次開發(fā) AIMAX具有開放性、通用性的特點，并配有設(shè)備驅(qū)動開發(fā)程序，可對AIMAX未支持的自主設(shè)備進行驅(qū)動程序開發(fā)。本系統(tǒng)所使用的OPTO I/O裝置，AIMAX能很好地支持。 為了降低系統(tǒng)改造成本，本系統(tǒng)的控制不再設(shè)置回路控制器，而用AIMAX的Script編寫控制算法，對控制對象實施控制。針對粉料配料，傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)已能滿足控制要求，沒有用其他算法。在調(diào)節(jié)初始階段，加入了快速調(diào)節(jié)算法，在接近給定值±10%以內(nèi)投入PID調(diào)節(jié)，算法如下： P(K) = PP(K) + P1(K) + PD(K) = KPE(K) + K1[E(K) + E(K-1)] + KD[E(K) - E(K-1)] 式中P(K)——調(diào)節(jié)輸出常數(shù)； KP——比例常數(shù)； K1——積分常數(shù)； KD——微分常數(shù)； E(K)——采樣時刻K時的偏差值； E(K-1)——采樣時刻(K-1)時的偏差值。 程序框圖如圖2所示。 圖2 程序框圖 二次開發(fā)軟件特別設(shè)置了關(guān)鍵故障監(jiān)控及故障綜合判斷處理程序。此程序?qū)ο到y(tǒng)安全運行及提高可維護性起到了明顯的作用。 AIMAX所特有的圖形化拖曳配置技術(shù)、虛擬器件及設(shè)備技術(shù)、各廠家標準器件、設(shè)備圖庫，使硬件的配置、界面及流程圖設(shè)計更直觀而易于使用。詳細組態(tài)與多數(shù)MMI工控軟件類似，不再贅述。 
3、粉料自動配料控制系統(tǒng)可靠性及可維護性 系統(tǒng)設(shè)計除遵循一般可靠性設(shè)計原則外，為提高系統(tǒng)的可維護性，采取了設(shè)置關(guān)鍵故障監(jiān)控點的辦法，對系統(tǒng)設(shè)備進行監(jiān)測。通過邏輯綜合推理判斷出故障點及其類型，并以文字提示的方式顯示出來。關(guān)鍵故障點的設(shè)置充分利用了OPTO 22開關(guān)量模塊價廉的優(yōu)勢；AIMAX二次開發(fā)的易實現(xiàn)及MMI直觀的特點。事實證明，此一獨到措施為整個系統(tǒng)安全運行起到了良好的作用，為系統(tǒng)維護及事故處理帶來了極大方便。 
4、粉料自動配料控制系統(tǒng)的主要功能 1）三維動態(tài)工藝流程； 2）實時趨勢、歷史趨勢曲線及Foxpro數(shù)據(jù)庫； 3）配方管理及配方下載； 4）超限及失調(diào)掃警，故障保護； 5）事件記錄及數(shù)據(jù)庫可記錄下所有操作情況，以資分析使用； 6）報表生成及打??； 7）配料精度優(yōu)于1%； 8）采用TCP/IP協(xié)議標準，可以與企業(yè)局域網(wǎng)（INTRANET）聯(lián)接； 9）五級口令保護，以避免誤操作或非法退出控制系統(tǒng)。 
5、傳統(tǒng)老企業(yè)實現(xiàn)低成本DCS改造的可能性 5.1 傳統(tǒng)老企業(yè)的現(xiàn)狀 由于多年實施計劃經(jīng)濟等客觀原因，國內(nèi)有大量的老企業(yè)，尤其是國有企業(yè)，它們設(shè)備陳舊，生產(chǎn)管理落后，技術(shù)含量低，在社會主義市場經(jīng)濟下，競爭力差，面臨關(guān)停并轉(zhuǎn)的困境。而實施技術(shù)改造，實現(xiàn)管理控制一體化，用傳統(tǒng)方式需要投入大量資金。以低成本實現(xiàn)老企業(yè)管理控制一體化，提高其技術(shù)含量、自動化水平、管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量、市場競爭力、節(jié)能降耗成了我國自動化界的一個課題。它的解決將使大量走入困境的企業(yè)起死回生。 5.2 低成本DCS改造的可能性 白銀某有限公司是中國有色行業(yè)的特大型國有老企業(yè)，其現(xiàn)狀與前述類似。在多年的自動化改造實踐工作中，總結(jié)出一些心得以供參考。 隨著世界自動化水平的進步及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，已有許多非常優(yōu)秀、可靠性極高而價格適中的產(chǎn)品可供選擇。控制軟件方面，如TA公司的AIMAX MMI控制軟件，CIT公司的Citect MMI控制軟件，皆有開放性、通用性，支持世界大多數(shù)知名儀表公司設(shè)備，可擴展為大型系統(tǒng)，二次開發(fā)及驅(qū)動程序開發(fā)簡單等特點，且功能堪與許多大型系統(tǒng)相媲美。其他如OPTO公司、研華、Omron等專配其產(chǎn)品系列的軟件亦價格低廉，可擴充性強，支持第三方產(chǎn)品。硬件方面，OPTO公司的OPTO系列、研華的ADAM系列，其他公司的控制器、現(xiàn)場儀表、PLC都有價格適中的產(chǎn)品。 我們推薦如下的DCS模式： 1）IPC+I/O器件或回路控制器或PLC+AIMAX或Citect； 2）IPC+I/O器件+回路控制器+AIMAX或Citect； 3）IPC+PLC+回路控制器+AIMAX或Citect； 4）IPC+回路控制器+現(xiàn)場儀表+AIMAX或Citect。 以上模式具有普通DCS的所有功能，管控一體化的特點，與INTRANET聯(lián)用能力，而成本只有通常DCS的一半或略多些。 
6 結(jié)論 氟化鹽的配料控制系統(tǒng)，經(jīng)過兩年多的生產(chǎn)運行，經(jīng)濟、技術(shù)指標大大提高，已處于全國同類企業(yè)先進行列，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 1）粉狀物料的此種控制方式及所選用的軟硬件，能在極惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定運行，完全能滿足生產(chǎn)管理控制一體化的需要。 2）螺旋秤是粉狀動態(tài)計量的較理想設(shè)備。 3）設(shè)備關(guān)鍵故障點監(jiān)控對系統(tǒng)安全運行有明顯裨益，并能提供方便有效的維護指導。 4）應(yīng)用當今世界較先進的軟硬件設(shè)備對老設(shè)備進行DCS改造，方案的選取得當，可以在滿足實用性、管理控制一體化要求的前提下，以低成本實現(xiàn)，并具有普通DCS的所有功能。對老企業(yè)實施技術(shù)改造，提高企業(yè)競爭力有廣泛的借鑒意義及推廣意義
 

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