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該文檔介紹一種基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的燒結(jié)配料控制系統(tǒng)在某焦化廠自動(dòng)燒結(jié)配料中的應(yīng)用。主要介紹該配料系統(tǒng)的工藝流程、總體結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)等,系統(tǒng)配置靈活、組態(tài)方便,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可靠性較好。
隨著電子稱重技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展,現(xiàn)代工業(yè)中對(duì)電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求也越來(lái)越高,一方面要求配料設(shè)備具有高度的人性化設(shè)計(jì)、高可靠性,在正常及事故情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制,另一方面要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,與調(diào)度室、決策層等進(jìn)行聯(lián)系,便于集中管理,通過(guò)對(duì)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理,可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況,避免以前數(shù)據(jù)論虛作假的現(xiàn)及減少管理人員為取得數(shù)據(jù)去現(xiàn)場(chǎng)取證而帶來(lái)不必要的工作量,從而有針對(duì)性地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取相應(yīng)的措施,提高生產(chǎn)效率,充分地發(fā)揮人力、物力和財(cái)力資源,以達(dá)到良好的管理和資源配置。近幾年來(lái)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不斷地完善,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好,得到市場(chǎng)的認(rèn)可。本文介紹一種基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制的自動(dòng)燒結(jié)配料監(jiān)控系統(tǒng)。
控制器局部網(wǎng)CAN(Controller Area Network)總線是當(dāng)今最為流行的五大總線之一,它是由德國(guó)某配料控制系統(tǒng)公司首先提出來(lái)的,采用了ISO/OSI模型的物理層數(shù)、據(jù)鏈路層和應(yīng)用層,CAN通信協(xié)議的一個(gè)最大的特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼,代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編碼。CAN現(xiàn)場(chǎng)總線面向數(shù)據(jù)而不是面向節(jié)點(diǎn),其優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制,加入和減少設(shè)備不影響系統(tǒng)的工作。CAN總線通信最高速率可達(dá)到1Mbps;傳輸速率為5kbps時(shí),采用雙絞線,傳輸距離可達(dá)10km左右,并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。從物理結(jié)構(gòu)上看,CAN網(wǎng)絡(luò)屬于總線式通信網(wǎng)絡(luò),它與一般的網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于:(1)不同于以太網(wǎng)等管理及信息處理用網(wǎng)絡(luò),它是一種專門用于自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò);(2)其物理特性及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特性更強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化底層檢測(cè)和控制;(3)它采用了最新技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì)、可靠性和性能遠(yuǎn)高于已經(jīng)陳舊的現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)。
在配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)為使阻抗匹配,應(yīng)在總線兩端加120Ω的終端電阻;(2)CAN總線適配卡可使PC機(jī)很方便地與CAN總線進(jìn)行連接,CAN總線適配卡上配有光電隔離,可增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下使用。
自動(dòng)配料監(jiān)控系統(tǒng)是將幾種原煤由料倉(cāng)經(jīng)圓盤給料機(jī)輸送給皮帶輸送機(jī),當(dāng)物料流經(jīng)配料皮帶秤時(shí),由配料皮帶秤進(jìn)行計(jì)量。整個(gè)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)等控制下按一定的比例進(jìn)行混合,然后進(jìn)行燒結(jié),得到焦炭。
1.總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由操作站(計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元)和控制站組成。
系統(tǒng)操作站主要負(fù)責(zé)各智能配料控制器、變頻器的參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理、信息收集、工作狀況顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢,并依據(jù)需要對(duì)前言設(shè)備進(jìn)行冗余處理及對(duì)PLC進(jìn)行編程,操作站通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線適配卡和外部CAN總線相連接,傳輸介質(zhì)為雙絞線,連接到每個(gè)智能控制器和變頻器的總線接口。每個(gè)智能配料控制器控制一臺(tái)配料皮帶秤。
2.配料控制系統(tǒng)的過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)
電子調(diào)速配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式:調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度給料。該系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)進(jìn)行給料。控制過(guò)程主要是通過(guò)電子配料皮帶秤對(duì)圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量。智能配料控制器接收來(lái)自稱重傳感器發(fā)送的稱重信號(hào)和速度傳感器發(fā)送速度信號(hào),經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量,并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)傳送給工業(yè)控制機(jī)(上位機(jī))、智能調(diào)節(jié)器通過(guò)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,進(jìn)行比較運(yùn)算后自動(dòng)調(diào)節(jié)PID值,用來(lái)調(diào)節(jié)變頻器,再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)流量增大時(shí),降低圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,反之提高圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使得幾種物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi),進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。 系統(tǒng)的參數(shù)及運(yùn)行過(guò)程可通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控,也可通過(guò)手動(dòng)修改PID的值,操作方便,控制可靠,整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,形成7個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3.配料控制站
控制站主要由可編程控制器、智能控制器和變頻器等組成。該系統(tǒng)有65個(gè)監(jiān)視參數(shù)和28個(gè)報(bào)警信號(hào),組態(tài)王基本I/O變量219個(gè),為此選用組態(tài)王256點(diǎn),其硬件配置如下:
(1)PLC:選用某公司生產(chǎn)的CQM1H型,電源單元型號(hào)為CQM1-PA203、CPU單元型號(hào)為CQM1H-CPU21、輸入單元型號(hào)為CQM1-ID212、輸出單元型號(hào)為CQM1-QC212及CPT編程軟件等。
(2)智能配料控制器:選用某公司的智能配料儀表,具有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(CAN)接口,可與上位機(jī)、PLC或DCS連接,方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制、數(shù)據(jù)采集、接口擴(kuò)充以及與上位機(jī)的通訊聯(lián)系,真正實(shí)現(xiàn)皮帶秤的數(shù)字化。雙CPU硬件結(jié)構(gòu),能保證在任何情況下儀表的實(shí)時(shí)性。智能PID調(diào)節(jié),LCD顯示,漢字提示信息。顯示信息豐富、直觀,能同時(shí)顯示累計(jì)量、瞬時(shí)流量等。
(3)變頻器:選用某公司生產(chǎn)的FRN11G11S-4CX,用于調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,現(xiàn)場(chǎng)控制效果很好,節(jié)約大量的能源(工作電壓約70%左右),減少對(duì)環(huán)境的污染。
4.操作站
(1)組成。
操作站實(shí)際上是一臺(tái)工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī),基本配置為機(jī)箱IPC-610,256M內(nèi)存,48X光驅(qū),1.44M軟驅(qū),17”顯示器,CPU接口卡PCA-6179L,CAN總線適配卡等。
(2)功能。
操作站主要用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設(shè)置、定時(shí)存盤、報(bào)表打印及報(bào)警提示記錄等,將切換開關(guān)置于操作站,可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行啟停操作;同時(shí)操作站與調(diào)度室進(jìn)行通訊,將現(xiàn)場(chǎng)情況傳送到調(diào)度室,調(diào)度人員能在上位機(jī)上直觀地觀察到生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等,并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)、打印等。通過(guò)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理,可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況,避免以前數(shù)據(jù)論虛作假的現(xiàn)象及管理人員為取得數(shù)據(jù)去現(xiàn)場(chǎng)取正而帶來(lái)不必要的工作量,從而充分地提高該焦化廠產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率,發(fā)揮人力、物力和實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制。
工作站配料軟件選用目前比較流行的“組態(tài)軟件”作為開發(fā)工具,充分利用WINDOWS功能,圖形界面較好,可以很方便地構(gòu)造自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),在任何需要的情況下可將現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室,便于對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。它能與智能配料控制器和變頻器進(jìn)行通訊:讀取數(shù)據(jù),發(fā)送數(shù)據(jù);并與PLC進(jìn)行通訊:讀取I/O狀態(tài),發(fā)送I/O指令;具有報(bào)警、故障查詢及打印功能;組態(tài)畫面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài);工程設(shè)定及配方輸入多樣,適應(yīng)工況能力較強(qiáng);軟件設(shè)有不同的訪問(wèn)權(quán)限,可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容。利用DDE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)EXCEL和WINCC的數(shù)據(jù)交換。其軟件主要表現(xiàn)在:系統(tǒng)組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、回路組態(tài)和報(bào)表組態(tài)等。
1.系統(tǒng)組態(tài)
系統(tǒng)組態(tài)是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行的,它是整個(gè)工程項(xiàng)目組態(tài)的第一步,選擇投入運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)控制站的類型、個(gè)數(shù)、各自的站號(hào)及是否有冗余等,確定操作員站的站號(hào)及設(shè)定安全保護(hù),對(duì)操作員的操作權(quán)限和操作范圍進(jìn)行限定等。
2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)的設(shè)計(jì)
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是集散控制系統(tǒng)的信息來(lái)源,完成所有要監(jiān)測(cè)和控制的點(diǎn)的組態(tài)。根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)的類型不同,分為模擬量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出和計(jì)算量。其中計(jì)算量即初始化采集程序中提供的應(yīng)用程序接口變量,從本質(zhì)上講也是模擬量。針對(duì)不同類型的變量采取不同的處理方法。
3.回路組態(tài)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)后才可以進(jìn)行回路組態(tài),它是集散控制系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。主要用于連續(xù)稱重過(guò)程控制、報(bào)警檢測(cè)與處理及確定輸入/輸出回路等?;芈方M態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的每一項(xiàng)記錄包括一條完整回路的必備信息,利用這些信息實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。回路組態(tài)根據(jù)其輸入/輸出的不同分為模入模出、模入開出和開入開出回路,其組態(tài)的合理性直接影響控制質(zhì)量的好壞。
4.歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的組態(tài)設(shè)計(jì)
歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用趨勢(shì)曲線方式,通過(guò)輸入時(shí)間,可調(diào)用數(shù)據(jù),用于進(jìn)行事故分析和報(bào)表運(yùn)算等。
5.報(bào)表組態(tài)的實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)報(bào)表分為周期性報(bào)表和觸發(fā)性列表兩種,周期性報(bào)表采用定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式,用來(lái)打印生產(chǎn)過(guò)程中的操作記錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),例如時(shí)報(bào)、班報(bào)、日?qǐng)?bào)和月報(bào)等。觸發(fā)性列表是用來(lái)記錄在特定時(shí)間發(fā)生前后的某些點(diǎn)的值,用來(lái)進(jìn)行事故或故障分析。
6.運(yùn)行配料程序的設(shè)計(jì)
燒結(jié)配料控制系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,用戶應(yīng)先進(jìn)行登錄,在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的操作,否則監(jiān)控界面將鎖定在系統(tǒng)工況狀態(tài)。利用鼠標(biāo)可進(jìn)行畫面切換,點(diǎn)擊“系統(tǒng)工況”、“趨勢(shì)曲線”、“工程參數(shù)”、“動(dòng)力控制”、“報(bào)表管理”等按鈕,可切換到不同的畫面,進(jìn)行相關(guān)的操作。
用戶通過(guò)對(duì)該燒結(jié)配料控制系統(tǒng)幾年時(shí)間的使用后,對(duì)該系統(tǒng)給予很高的評(píng)價(jià):系統(tǒng)運(yùn)行可靠性好,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,控制精度高,不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,同時(shí)又克服了環(huán)境污染問(wèn)題,為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。該配料控制系統(tǒng)可推廣到對(duì)多種散裝物料按預(yù)定的配比進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)的流量控制的其它場(chǎng)合,例如石油、化工、冶金、紡織、制藥、煙草、機(jī)械加工、建材、市政建設(shè)等。
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