現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在玻璃配料系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
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原料配料是玻璃生產(chǎn)工藝的核心。對(duì)原料進(jìn)行科學(xué)的配比和精確的計(jì)量是保證玻璃質(zhì)量的首要條件，而配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是影響配料工藝質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)玻璃生產(chǎn)線采用的控制系統(tǒng)大都為集散控制系統(tǒng)(DCS)，這種控制系統(tǒng)大多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，尚未形成從測(cè)控設(shè)備到操作控制計(jì)算機(jī)的完整網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)上有很大的局限性。由于采用單一信號(hào)傳輸以致可靠性差，互操作性差，不能很好的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
現(xiàn)場(chǎng)總線是綜合運(yùn)用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的產(chǎn)物。它把微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備，使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，提高了信號(hào)的測(cè)量、控制和傳輸精度。近年來，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的推廣，將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進(jìn)為基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)成為科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。本文結(jié)合工程實(shí)際，介紹了一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的玻璃配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。
2 現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。其中，“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。或者，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展迅速，目前已經(jīng)開發(fā)出40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，其中有影響力的5種分別為FF、Profibus、HART、CAN、Lonworks。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們具有了一定的數(shù)字計(jì)算及通信能力，成為獨(dú)立承擔(dān)某些控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。它們分別通過雙絞線、同軸電纜、光纖等多種途徑進(jìn)行信息傳輸，這樣就形成了以多個(gè)測(cè)量控制儀表、計(jì)算機(jī)等作為節(jié)點(diǎn)連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？梢哉J(rèn)為，現(xiàn)場(chǎng)總線是通信總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的延伸，允許將各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如變送器、調(diào)節(jié)閥、基地式控制器、記錄儀、顯示器、PLC及手持終端和控制系統(tǒng)之間，通過同一總線進(jìn)行雙向多變量數(shù)字通訊。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System)是繼集散控制系統(tǒng)(DCS)之后，出現(xiàn)的又一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。它是依靠具有檢測(cè)、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化儀表(設(shè)備)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場(chǎng)分散的測(cè)量，控制設(shè)備單個(gè)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將這些點(diǎn)以總線形式連接起來，形成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它是屬于最底層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，它將原來集散型的DCS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)的功能，全部分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處。為此，可以將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。它改變了原有的控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的集散控制，更新為全數(shù)字的控制，它用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)各控制器及智能儀表互聯(lián)，構(gòu)成可操作的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，真正做到控制分散、危險(xiǎn)分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)是一種開放的、可互操作性的、徹底分散的、分布式控制系統(tǒng)，因此比DCS又前進(jìn)了一步。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)與傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS構(gòu)對(duì)比如圖1所示。
圖1 FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較
3 基于Profibus總線的玻璃配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線概述
PROFIBUS是SIEMENS公司推出的一種開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它不依賴生產(chǎn)廠家，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可以通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS用于分布式I/O設(shè)備、傳動(dòng)裝置、PLC和基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)。PROFIBUS由3個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本通訊連接，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)和分散式I/O通訊，它的實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kbps-12Mbps，響應(yīng)時(shí)間為幾百微妙到幾百毫秒。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)采用RS-485，傳輸介質(zhì)是可屏蔽雙絞線或光纖。此外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP的診斷功能能對(duì)故障進(jìn)行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集，并且采用開放式通信網(wǎng)絡(luò)，允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。
PROFIBUS無(wú)論在其性能、開放程度、可互換性和互可操作性上還是在其工業(yè)業(yè)績(jī)上都是比較突出的，因此在總線選型上選擇了PROFIBUS總線。
3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和工作原理
整個(gè)控制系統(tǒng)是以傳感器結(jié)合PANTHER稱重終端構(gòu)成的電子稱重為基礎(chǔ)，以S7-300 PLC為控制核心，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)組成一個(gè)有機(jī)整體，結(jié)合外圍的執(zhí)行設(shè)備完成對(duì)從原料料倉(cāng)口開始到熔窯料倉(cāng)的配料輸送混合的全過程的自動(dòng)控制，同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警，聯(lián)鎖進(jìn)行顯示和監(jiān)控，并完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的配方，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理，以滿足玻璃生產(chǎn)對(duì)混合料的配料要求。基于“減量法”的玻璃配料系統(tǒng)工藝流程如圖2所示:
圖2 “減量法”玻璃配料工藝流程
評(píng)論