基于現場(chǎng)總線(xiàn)小型水泥生產(chǎn)配料控制系統

目前我國中小型水泥廠(chǎng)在水泥生產(chǎn)中所占的比例越來(lái)越大，為達到節能降耗、提高質(zhì)量的目的，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)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，符合我國為數眾多的中小水泥企業(yè)的要求。為此，我們開(kāi)發(fā)了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的小型水泥生產(chǎn)配料控制系統，并應用于實(shí)際生產(chǎn)。本系統不僅提高了生產(chǎn)的可靠性，提高了質(zhì)量，同時(shí)為水泥企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟效益。
2 系統組成
整個(gè)控制系統由兩大部分組成——計算機和控制柜，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將計算機連接起來(lái)，系統組成結構如圖1所示。配料控制計算機通過(guò)RS485通訊接口和電氣控制柜內的遠端數據采集模塊進(jìn)行通訊。RS485是一種簡(jiǎn)單的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)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(jiǎn)單的總線(xiàn)連接，避免了將過(guò)多的連線(xiàn)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(xiàn)式工控機中，STD總線(xiàn)已較少實(shí)用，PC總線(xiàn)工控機價(jià)格便宜，軟件、硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境好、用戶(hù)界面好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應用，影響極大，使PC總線(xiàn)成為事實(shí)上的標準總線(xiàn)。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(fēng)技術(shù)，用橡膠墊作防震緩沖，采用模塊化結構，同時(shí)配置了能適應工業(yè)控制要求的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，對工控領(lǐng)域的吸引力是很大。因此本系統采用工業(yè)控制計算機作為過(guò)程控制計算機。

圖1 基于總線(xiàn)的微機配料控制系統的組成結構

選擇模塊作為檢測與控制信號方式時(shí)，模擬信號檢測采用IOM4017L模塊，電磁振動(dòng)給料機和開(kāi)門(mén)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(kāi)關(guān)量到計算機的接口單元，用于開(kāi)關(guān)量的輸出如電動(dòng)機起停、開(kāi)關(guān)門(mén)等。它們都具有抗干擾能力強，可靠性高，傳輸距離遠等特點(diǎn)。內置微處理器，只需二根導線(xiàn)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò )與控制主機相互通訊，基于A(yíng)SCⅡ碼的命令/底層協(xié)議，可以用高級語(yǔ)言編寫(xiě)應用程序，且可以使用組態(tài)軟件如INTONCH、FIX等組態(tài)成為各種監控網(wǎng)絡(luò )。模塊的地址存儲在模塊的EEPROM中，可由控制計算機進(jìn)行修改，內置看門(mén)狗功能，保證可靠運行。
使用多個(gè)模塊可以方便的構成RS485網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )最多可串接255個(gè)模塊，最大傳輸距離為1200米，該網(wǎng)絡(luò )通過(guò)RS232/RS485轉換即連到主計算機。
3 系統功能
所設計的系統要求成本低廉，可靠性高，易于使用和維護，容易為現場(chǎng)運行人員接受，便于推廣應用。為此，該系統具備如下功能：
1）數據顯示、編輯和統計功能：可顯示、編輯臺時(shí)、配比、調整系統和皮重;對班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量和年產(chǎn)量自動(dòng)進(jìn)行累計。
2）工況圖動(dòng)態(tài)顯示：如電振機的振動(dòng)，電機的開(kāi)關(guān)門(mén)，出料，動(dòng)作過(guò)程真實(shí)生動(dòng)，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(dòng)識別缺料、卡秤，啟動(dòng)報警并全線(xiàn)自動(dòng)停機，屏幕指示故障內容。
4）磨機負荷、鈣鐵儀在線(xiàn)

專(zhuān)家控制功能。
5）計算機輔助標秤功能和方便的手動(dòng)控制功能，操作方便準確可靠。
4 系統軟件設計
微機配料系統廣泛應用于水泥廠(chǎng)的生熟料配料，早期開(kāi)發(fā)的配料系統的微機采用DOS操作系統，由C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。隨著(zhù)Windows 操作系統的廣泛應用，我們用Visual C++對原系統進(jìn)行了重新設計。微機配料系統采用單文檔界面，使用靜態(tài)鏈接庫，形成一個(gè)可執行文件。
監控的“實(shí)時(shí)”要求由定時(shí)器方法實(shí)現，定時(shí)時(shí)間為0.5秒。每個(gè)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(huà)面顯示操作。數據通訊的實(shí)現采用多線(xiàn)程。命令及數據的輸入由Windows操作系統提供的命令及數據輸入方法實(shí)現。菜單功能實(shí)現命令輸入，如運行、暫停、打印等，對話(huà)框用來(lái)進(jìn)行數據的輸入。使用位圖進(jìn)行工況圖的顯示，通過(guò)周期調用不同畫(huà)面產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果，圖2為工況圖的動(dòng)畫(huà)效果圖。
磨機負荷的控制采用模糊與專(zhuān)家系統相結合的控制方法，由專(zhuān)家系統確定模糊參數，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 （）;模糊規則推理 void fuzzyRule（）;反模糊化void refuzzylize （）;模糊化修正void modifyFuzzy（）等。使用的專(zhuān)家控制主要函數有：推理函數int what（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; 規則匹配int matchRule（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;事實(shí)查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;

圖2 工況圖動(dòng)畫(huà)效果圖

5 用OPC接口實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據交換
OPC（OLE for Process Control）是一個(gè)工業(yè)標準，采用Client/Server模式，OPC軟件的開(kāi)發(fā)包括OPC Server軟件和OPC Client軟件的開(kāi)發(fā)。
VB中的OPC自動(dòng)化接口為OPC Client軟件的編制提供了方便快捷的編程方式，本系統的智能控制VB軟件按Client模式編寫(xiě)OPC接口軟件。OPC Client軟件必須能實(shí)現與OPC Server的連接、斷開(kāi)，必須理解OPC服務(wù)器各對象間的相互關(guān)系。OPC 服務(wù)器包括三類(lèi)對象：服務(wù)器（Server）、組（Group）和數據項（Item）。