低成本DCS在水泥廠過程自動化的應用

近年來隨著計算機技術的發(fā)展，計算機技術在水泥工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛使用，目前興建或改造的大中型水泥生產(chǎn)線很多采用了DCS系統(tǒng)，但還有很多中小規(guī)模的水泥企業(yè)仍處于自動化水平相對滯后的階段，仍使用傳統(tǒng)儀表甚至靠人工進行監(jiān)控。這對提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，節(jié)能降耗，加強企業(yè)競爭力來說都是不利因素，而大型的ＤＣＳ系統(tǒng)的成本相對較高，一般企業(yè)技改也無法接受。針對這些問題，我們開發(fā)設計了一套低成本DCS系統(tǒng)，并在石井水泥公司實施。
　　由于公司的現(xiàn)場環(huán)境惡劣，除高溫﹑多塵外，還大量使用變頻器，使得電磁干擾比較嚴重，而且在水泥生產(chǎn)過程中，工藝檢測點很分散，布線成本和工作強度均很大，因此，本著高性能價格比的原則，經(jīng)過考察選型，我們選用了I-7000系列遠程數(shù)據(jù)模塊和工業(yè)計算機以及相應的Ｉ／Ｏ設備來完成。
　　 
　　一﹑系統(tǒng)構成
　　
　　如圖1所示,系統(tǒng)按水泥生產(chǎn)工藝過程要求分為5大功能子系統(tǒng)。
　　1﹑ 生料磨監(jiān)控管理系統(tǒng)：
　　2﹑ 立窯鍛燒過程監(jiān)控管理系統(tǒng)：
　　3﹑ 水泥磨監(jiān)控管理系統(tǒng)。
　　4﹑ 轉窯監(jiān)控管理系統(tǒng)
　　5﹑ 全場配電設備運行﹑用電監(jiān)控管理系統(tǒng)
　　          

                     圖1 水泥場生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)構成
　　其中生料磨 子系統(tǒng)和水泥磨 子系統(tǒng)均能實現(xiàn)全線自動開停機及對磨機的軸承供油系統(tǒng)和主設備的溫度﹑電流進行監(jiān)控管理。并根據(jù)各參數(shù)變化進行優(yōu)化計算和調節(jié)。
　　
　　 立窯 子系統(tǒng)包括立窯生產(chǎn)線的設備開停監(jiān)測，生料自動加水成球﹑偏火自動校正﹑立窯鍛燒過程智能控制等。
　　 轉窯子系統(tǒng)實現(xiàn)濕法磨﹑煤磨的聯(lián)鎖控制，同時，使轉窯生產(chǎn)線的設備﹑產(chǎn)量﹑能耗均處于監(jiān)控狀態(tài)，并部分實現(xiàn)自動控制。
　　 配電子系統(tǒng)主要監(jiān)測全場各配電房的變壓器和各大主機的運行情況并記錄。
　　各子系統(tǒng)均通過Ethernet與公司現(xiàn)有的管理網(wǎng)絡聯(lián)接，將數(shù)據(jù)整理后放在網(wǎng)上供公司管理部門調用。
　　二﹑子系統(tǒng)構成
　　 為簡明起見,我們僅以立窯系統(tǒng)為例做介紹。
　　1﹑ 立窯 子系統(tǒng)原理
　　如圖2所示，立窯 子系統(tǒng)共分車間管理級﹑車間中控室車間現(xiàn)場級三層。他們之間通過RS-485中線連接，I-7018﹑I-7018﹑I-7033﹑I-7050﹑I-7021﹑I-7041等模塊負責對立窯系統(tǒng)各工藝參數(shù)進行采集。
　　生料成球自動控制器由嵌入式控制模塊I-7188﹑TOUCH 200和I-7016﹑I-7080﹑I-7021等數(shù)據(jù)I/O模塊﹑應變計﹑流量傳感器和變頻器組成，通過料水跟蹤﹑調節(jié)，使成球保持在一個穩(wěn)定的范圍內。
　　熟料自動計量控制器I-7188和I-7016模塊﹑應變計﹑SRR組成，根據(jù)出窯熟料的流量值計算出窯的臺時產(chǎn)量。

                        圖2 立窯 子系統(tǒng)原理圖

　　在中控室，我們利用了I-7188的多串口的特點, 將它作為IPC工控機與現(xiàn)場級之間的數(shù)據(jù)緩沖。這樣可同時有2-3臺IPC工控機工作，均可干預控制或對系統(tǒng)作參數(shù)調整。
　　 車間控制室的IPC主要完成整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的優(yōu)化計算﹑顯示﹑自動分析﹑存儲和控制策略等功能，中控室人員可根據(jù)這些信息和實際情況作出調整指令，并由IPC發(fā)送到下位輸出模塊控制執(zhí)行機構動作。
　　車間管理級的IPC對數(shù)據(jù)進行計算﹑顯示﹑分析和存儲，并根據(jù)考核要求計算出每個工藝參數(shù)的控制合格率，以作為計獎的依據(jù)。
　　2﹑系統(tǒng)軟件：由于系統(tǒng)的要求復雜，既要求有良好的人機界面，又要能實時監(jiān)測控制，所以我們在IPC上用Visual Basic 5.0 for Windows來編寫控制軟件，軟件有系統(tǒng)管理模塊﹑工藝流程圖仿真顯示模塊﹑儀表屏仿真顯示模塊﹑數(shù)據(jù)庫管理模塊﹑數(shù)據(jù)通訊模塊﹑控制算法模塊等，我們在編程過程中大量使用ActiveX控件技術，使得開發(fā)周期大大縮短。
　　在I-7188上我們利用ICP DAS提供的庫文件，用QuickBasic編寫程序，只需用約200KB的空間就可完成控制功能，軟件主要包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊兩大功能模塊。其中生料成球系統(tǒng)還有控制TOUCH200完成人機對話的功能模塊。
　　3﹑運行效果和經(jīng)驗
　　98年初在第一條生產(chǎn)在線安裝使用，經(jīng)過對系統(tǒng)完善，到99年已經(jīng)在5條生產(chǎn)在線使用了此系統(tǒng)，成球合格率得以提高，進出窯的物料趨于平衡，保證了立窯熱工制度的穩(wěn)定，使熟料產(chǎn)﹑質量大為提高。
　　基本上沒有出現(xiàn)故障，而且我們將硬盤更換為威達公司的大容量IDE FLASH電子硬盤，解決了硬盤不能適應惡劣環(huán)境和頻繁讀寫的問題。
　　三﹑結束語：
　　由于I-7000系列模塊采用RS-485方式通訊，可遠距離通信，系統(tǒng)所有模塊只需用一條通訊線即可聯(lián)結，其具有的高通訊速率﹑高采樣分辯率﹑智能化﹑光電隔離，強抗干擾和雙看門狗設計，使系統(tǒng)的可靠性強，數(shù)據(jù)高速I/O成為可能，軟件開發(fā)也比較容易。而且主機使用RS-232通訊口與網(wǎng)絡連接，基本上任何一臺有RS-232通訊口的計算機都可使用此網(wǎng)絡，使設備的互換性好，維護人員的工作難度和工作量也很小。加上I-7000通訊模塊所特有的自適應功能和I-7188的多串行口設計，使原有的帶通訊功能的設備（如變頻器﹑智能儀表等）都可掛在網(wǎng)上，減少了設備的投資成本。
　　因此,在立窯系統(tǒng)完成后,我們相繼在其它子系統(tǒng)也大量采用I-7000模塊組網(wǎng)，滿足了生產(chǎn)工藝要求和高性能價格比的原則,也使公司的自動化控制和管理水平上了一個新臺階。