基于現場總線小型水泥生產配料控制系統(tǒng)

目前我國中小型水泥廠在水泥生產中所占的比例越來越大，為達到節(jié)能降耗、提高質量的目的，采用現場總線技術和智能模塊，設計一種低成本，可靠性高，易于維護，操作方便的新型微機配料系統(tǒng)，符合我國為數眾多的中小水泥企業(yè)的要求。為此，我們開發(fā)了基于現場總線的小型水泥生產配料控制系統(tǒng)，并應用于實際生產。本系統(tǒng)不僅提高了生產的可靠性，提高了質量，同時為水泥企業(yè)帶來了明顯的經濟效益。
2 系統(tǒng)組成
整個控制系統(tǒng)由兩大部分組成——計算機和控制柜，通過工業(yè)以太網將計算機連接起來，系統(tǒng)組成結構如圖1所示。配料控制計算機通過RS485通訊接口和電氣控制柜內的遠端數據采集模塊進行通訊。RS485是一種簡單的工業(yè)現場總線標準，具有良好的抗干擾性和可擴展性，在微機的標準RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉換模塊，就構成了微機的RS485接口，采用這種通訊結構后，微機和它所控制的設備只有簡單的總線連接，避免了將過多的連線引入微機造成的干擾，配料控制計算機可采用工業(yè)控制計算機或通用型微機。
在總線式工控機中，STD總線已較少實用，PC總線工控機價格便宜，軟件、硬件開發(fā)環(huán)境好、用戶界面好等優(yōu)點而得到廣泛的應用，影響極大，使PC總線成為事實上的標準總線。工業(yè)控制計算機使用工業(yè)級電源，采用密封機箱、正壓送風技術，用橡膠墊作防震緩沖，采用模塊化結構，同時配置了能適應工業(yè)控制要求的實時多任務操作系統(tǒng)，對工控領域的吸引力是很大。因此本系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機作為過程控制計算機。

圖1 基于總線的微機配料控制系統(tǒng)的組成結構

選擇模塊作為檢測與控制信號方式時，模擬信號檢測采用IOM4017L模塊，電磁振動給料機和開門電機等由IOM4050控制。
IOM4017L是便攜的、模擬量檢測到計算機的接口單元，用于模擬量的檢測。IOM4050是開關量到計算機的接口單元，用于開關量的輸出如電動機起停、開關門等。它們都具有抗干擾能力強，可靠性高，傳輸距離遠等特點。內置微處理器，只需二根導線通過RS485網絡與控制主機相互通訊，基于ASCⅡ碼的命令/底層協議，可以用高級語言編寫應用程序，且可以使用組態(tài)軟件如INTONCH、FIX等組態(tài)成為各種監(jiān)控網絡。模塊的地址存儲在模塊的EEPROM中，可由控制計算機進行修改，內置看門狗功能，保證可靠運行。
使用多個模塊可以方便的構成RS485網絡，每個網絡最多可串接255個模塊，最大傳輸距離為1200米，該網絡通過RS232/RS485轉換即連到主計算機。
3 系統(tǒng)功能
所設計的系統(tǒng)要求成本低廉，可靠性高，易于使用和維護，容易為現場運行人員接受，便于推廣應用。為此，該系統(tǒng)具備如下功能：
1）數據顯示、編輯和統(tǒng)計功能：可顯示、編輯臺時、配比、調整系統(tǒng)和皮重;對班產量、日產量、月產量和年產量自動進行累計。
2）工況圖動態(tài)顯示：如電振機的振動，電機的開關門，出料，動作過程真實生動，且有文字提示。
3）檢測與故障診斷功能：如料位檢測、軸溫檢測與磨機故障診斷;自動識別缺料、卡秤，啟動報警并全線自動停機，屏幕指示故障內容。
4）磨機負荷、鈣鐵儀在線

專家控制功能。
5）計算機輔助標秤功能和方便的手動控制功能，操作方便準確可靠。
4 系統(tǒng)軟件設計
微機配料系統(tǒng)廣泛應用于水泥廠的生熟料配料，早期開發(fā)的配料系統(tǒng)的微機采用DOS操作系統(tǒng)，由C語言開發(fā)。隨著Windows 操作系統(tǒng)的廣泛應用，我們用Visual C++對原系統(tǒng)進行了重新設計。微機配料系統(tǒng)采用單文檔界面，使用靜態(tài)鏈接庫，形成一個可執(zhí)行文件。
監(jiān)控的“實時”要求由定時器方法實現，定時時間為0.5秒。每個周期完成數據通訊、輸入輸出檢測、控制算法、輸出刷新、報警輸出、畫面顯示操作。數據通訊的實現采用多線程。命令及數據的輸入由Windows操作系統(tǒng)提供的命令及數據輸入方法實現。菜單功能實現命令輸入，如運行、暫停、打印等，對話框用來進行數據的輸入。使用位圖進行工況圖的顯示，通過周期調用不同畫面產生動畫效果，圖2為工況圖的動畫效果圖。
磨機負荷的控制采用模糊與專家系統(tǒng)相結合的控制方法，由專家系統(tǒng)確定模糊參數，模糊算法確定下料量的大小。使用的模糊控制主要函數有：模糊化void fuzzylize （）;模糊規(guī)則推理 void fuzzyRule（）;反模糊化void refuzzylize （）;模糊化修正void modifyFuzzy（）等。使用的專家控制主要函數有：推理函數int what（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; 規(guī)則匹配int matchRule（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;事實查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;

圖2 工況圖動畫效果圖

5 用OPC接口實現網絡數據交換
OPC（OLE for Process Control）是一個工業(yè)標準，采用Client/Server模式，OPC軟件的開發(fā)包括OPC Server軟件和OPC Client軟件的開發(fā)。
VB中的OPC自動化接口為OPC Client軟件的編制提供了方便快捷的編程方式，本系統(tǒng)的智能控制VB軟件按Client模式編寫OPC接口軟件。OPC Client軟件必須能實現與OPC Server的連接、斷開，必須理解OPC服務器各對象間的相互關系。OPC 服務器包括三類對象：服務器（Server）、組（Group）和數據項（Item）。