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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(dòng)化的配料設(shè)備，通常是由帶有自動(dòng)配料算法軟件的電腦（微機(jī)）作為其自動(dòng)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(xué)、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(jìn)行混合；以前生產(chǎn)企業(yè)多采用流量計(jì)或體積比重的方法或機(jī)械衡器的計(jì)量方法進(jìn)行配方，不僅工藝控制無法保證，計(jì)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(duì)工人的身體健康有不良影響。對(duì)類似的企業(yè)實(shí)施自動(dòng)化改造，提高其裝備水平及管理水平，改善工人勞動(dòng)條件和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少對(duì)環(huán)境的污染、節(jié)能降耗，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 由于工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，粉料配料裝置的局限性，設(shè)備在類似環(huán)境下長(zhǎng)期工作的可靠性和可維護(hù)性差，以及需兼顧改造的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，因此粉料配料自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)絕非易事。 以下以1998年對(duì)氫氟酸生產(chǎn)配料系統(tǒng)的改造為例，闡述粉料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果。
1、系統(tǒng)控制方案的選取及其實(shí)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(jìn)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(zhǎng)期可靠工作； 2）有良好的可操作性、可維護(hù)性； 3）改造經(jīng)濟(jì)實(shí)用，滿足當(dāng)今工廠對(duì)管理控制一體化的要求； 4）現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量及執(zhí)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠，密封性好，易于維護(hù)； 5）便于與企業(yè)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、全廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化及管理。 1.1 控制方案的確定 傳統(tǒng)的DCS價(jià)格昂貴，一次投入大，維護(hù)費(fèi)用高；單純的儀表控制不利于生產(chǎn)管理和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞，難以滿足管理控制一體化的要求，也不符合當(dāng)今控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著自動(dòng)化水平的發(fā)展，軟硬件費(fèi)用不斷降低，經(jīng)多方比較決定采用OPTO22 I/O器件+IPC工控機(jī)+AIMAX控制軟件的方案。 OPTO 22是美國(guó)某公司生產(chǎn)的專用于工業(yè)自動(dòng)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(hù)方便、價(jià)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(gè)同類I/O模塊，總共可配各類模架板256塊，最多4096點(diǎn)I/O。 AIMAX是美國(guó)TA Engineering公司的人機(jī)界面（MMI）控制軟件，運(yùn)行于WIN9X及WINDOWS NT平臺(tái)，全漢字界面。TA公司是美國(guó)乃至世界工控軟件的領(lǐng)導(dǎo)者。 AIMAX對(duì)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(fèi)用相對(duì)低廉，性價(jià)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(jì)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(yáng)等。因此粉料計(jì)量裝置及給料裝置的選取是本系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵之一。多年來，國(guó)內(nèi)外所使用的粉料計(jì)量設(shè)備多為皮帶秤、核子秤。由于皮帶秤密封性差，維護(hù)量大；核子秤對(duì)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(jī)螺旋配料秤作為本系統(tǒng)粉料的計(jì)量裝置。該秤具有如下特點(diǎn)：密封性好、可靠性高及物料適應(yīng)性強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，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(jì)量自動(dòng)化，其他設(shè)備的選取，控制量、監(jiān)測(cè)量的控制與實(shí)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(diǎn)，并配有設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)程序，可對(duì)AIMAX未支持的自主設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)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(duì)控制對(duì)象實(shí)施控制。針對(duì)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(shí)刻K時(shí)的偏差值； E(K-1)——采樣時(shí)刻(K-1)時(shí)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(yùn)行及提高可維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)器件、設(shè)備圖庫(kù)，使硬件的配置、界面及流程圖設(shè)計(jì)更直觀而易于使用。詳細(xì)組態(tài)與多數(shù)MMI工控軟件類似，不再贅述。 
3、粉料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)可靠性及可維護(hù)性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)除遵循一般可靠性設(shè)計(jì)原則外，為提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，采取了設(shè)置關(guān)鍵故障監(jiān)控點(diǎn)的辦法，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過邏輯綜合推理判斷出故障點(diǎn)及其類型，并以文字提示的方式顯示出來。關(guān)鍵故障點(diǎn)的設(shè)置充分利用了OPTO 22開關(guān)量模塊價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)；AIMAX二次開發(fā)的易實(shí)現(xiàn)及MMI直觀的特點(diǎn)。事實(shí)證明，此一獨(dú)到措施為整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行起到了良好的作用，為系統(tǒng)維護(hù)及事故處理帶來了極大方便。 
4、粉料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的主要功能 1）三維動(dòng)態(tài)工藝流程； 2）實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)曲線及Foxpro數(shù)據(jù)庫(kù)； 3）配方管理及配方下載； 4）超限及失調(diào)掃警，故障保護(hù)； 5）事件記錄及數(shù)據(jù)庫(kù)可記錄下所有操作情況，以資分析使用； 6）報(bào)表生成及打??； 7）配料精度優(yōu)于1%； 8）采用TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以與企業(yè)局域網(wǎng)（INTRANET）聯(lián)接； 9）五級(jí)口令保護(hù)，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(shí)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(shí)施計(jì)劃經(jīng)濟(jì)等客觀原因，國(guó)內(nèi)有大量的老企業(yè)，尤其是國(guó)有企業(yè)，它們?cè)O(shè)備陳舊，生產(chǎn)管理落后，技術(shù)含量低，在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，競(jìng)爭(zhēng)力差，面臨關(guān)停并轉(zhuǎn)的困境。而實(shí)施技術(shù)改造，實(shí)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(shí)現(xiàn)老企業(yè)管理控制一體化，提高其技術(shù)含量、自動(dòng)化水平、管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、節(jié)能降耗成了我國(guó)自動(dòng)化界的一個(gè)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(guó)有色行業(yè)的特大型國(guó)有老企業(yè)，其現(xiàn)狀與前述類似。在多年的自動(dòng)化改造實(shí)踐工作中，總結(jié)出一些心得以供參考。 隨著世界自動(dòng)化水平的進(jìn)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(jià)格適中的產(chǎn)品可供選擇?？刂栖浖矫?，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(kuò)展為大型系統(tǒng)，二次開發(fā)及驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(jià)格低廉，可擴(kuò)充性強(qiáng)，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(chǎng)儀表、PLC都有價(jià)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(chǎng)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(diǎn)，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(yùn)行，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)大大提高，已處于全國(guó)同類企業(yè)先進(jìn)行列，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)態(tài)計(jì)量的較理想設(shè)備。 3）設(shè)備關(guān)鍵故障點(diǎn)監(jiān)控對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行有明顯裨益，并能提供方便有效的維護(hù)指導(dǎo)。 4）應(yīng)用當(dāng)今世界較先進(jìn)的軟硬件設(shè)備對(duì)老設(shè)備進(jìn)行DCS改造，方案的選取得當(dāng)，可以在滿足實(shí)用性、管理控制一體化要求的前提下，以低成本實(shí)現(xiàn)，并具有普通DCS的所有功能。對(duì)老企業(yè)實(shí)施技術(shù)改造，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有廣泛的借鑒意義及推廣意義
 

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