ABB IndustrialIT系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)中的應用

1  系統(tǒng)概況

    該系統(tǒng)為全能綜合性開放控制系統(tǒng)，現(xiàn)場為
AC800F總線控制器，實現(xiàn)了對整條生產(chǎn)線的計量與監(jiān)控功能。Industrial IT系統(tǒng)具有靈活的通訊協(xié)議配置，支持多種協(xié)議標準。我們選用了TCP／IP、 Modbus、Profibus-DP、FF、OPC等幾種協(xié)議類型，使系統(tǒng)方便地與其他PLC或現(xiàn)場總線儀表設備互聯(lián)，實現(xiàn)了系統(tǒng)間的兼容與良好的過渡。

2系統(tǒng)的硬件設計

2,1硬件設計布局
    整條生產(chǎn)線共設5個現(xiàn)場控制站和4個遠程站。整個控制系統(tǒng)的過程站之間及其與中控室之間的通訊網(wǎng)絡采用TCP／IP協(xié)議的環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)選用光纖；各遠程站與控制站之間的通訊選用Profibus-DP總線來完成。中控室設5臺操作員站及1臺工程師工作站，水泥包裝控制站因工藝需要，設l臺現(xiàn)場操作員站。操作員站可冗余使用，在操作員站上可對所有信號實現(xiàn)顯示、報警、控制、存儲及打印報表等功能。
2．2工程師站

    工程師工作站安裝ABB Control Builder F 6．2
版本中文軟件，運行在Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)下，工程師站在不進行組態(tài)時可兼作操作員站使用。工程師站可以實現(xiàn)硬件編輯、過程站編程、操作員站組態(tài)等一體化編程及調(diào)試功能。

CBF軟件支持現(xiàn)場總線設備的數(shù)據(jù)讀取與編程功能。該軟件也提供用戶自定義接口，根據(jù)用戶要求開發(fā)自定義專用功能塊。系統(tǒng)采用全局數(shù)據(jù)庫，變量實現(xiàn)共享，該全局數(shù)據(jù)庫完全下裝到過程站；該軟件可以離線編程，在線修改參數(shù)，被修改的參數(shù)具備自動備份功能，可以恢復；該軟件還可以在線調(diào)試，可以單步運行、跟蹤、仿真調(diào)試。
2．3操作員站

全廠共設6臺操作員站，安裝Industrial IT Digivis 6．2版中文軟件，該軟件顯示功能支持標準預定義顯示。此系統(tǒng)可實時診測顯示系統(tǒng)總體結構、系統(tǒng)過程站和系統(tǒng)模件三大部分，診斷狀態(tài)信息在畫面上以圖形方式顯示及文字詳細提示；Digivis軟件趨勢顯示功能支持趨勢組態(tài)，趨勢點數(shù)量無軟件限制，同時支持FTP協(xié)議數(shù)據(jù)遠傳功能；Digivis還可以記錄現(xiàn)場各種設備的報警信息，在操作員站畫面上進行顯示，并在報警記錄表中記錄，可以很方便地進行故障查詢。

2．4過程站與現(xiàn)場遠程I／O站
    過程控制站采用AC800F現(xiàn)場總線控制器與現(xiàn)場遠程$800 I／O站，AC800F控制器可安裝4個多種協(xié)議類型的總線接口卡，用于實現(xiàn)與現(xiàn)場遠程I／O站及FF總線設備之問的通訊。I／O模件具備實時檢測及遠程診測功能。$800 I／O站具有監(jiān)控、平滑轉換及故障報告功能。
           
3生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

    引進了荷蘭飛利浦Venus200熒光分析儀對入庫生料的成分進行分析，分析后得出的數(shù)據(jù)和需更改的生料配比須及時傳送到操作員站進行配比更正。該過程由生料質(zhì)量控制系統(tǒng)來完成，該系統(tǒng)采用的率值控制系統(tǒng)軟件由武漢理工大學研制開發(fā)和調(diào)試，網(wǎng)絡通信由我們公司技術人員自行完成。熒光分析儀分析出生料試樣的成分參數(shù)，通過RS232接口送入率值控制計算機，計算出生料率值，根據(jù)已設定的率值進行分析處理得到新的喂料配比，同時將該信號通過OPC協(xié)議接口傳送到操作員站來控制原料調(diào)配庫下定量給料機的皮帶速度，以改變各種物料的配比，使生料率值符合要求的設定值。生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)網(wǎng)絡的一個分支，它和DCS系統(tǒng)使用OPC協(xié)議來完成通信，可以看作是系統(tǒng)的 OPC服務器。

4軟件的組態(tài)及優(yōu)化

    Industrial IT系統(tǒng)的CBF軟件是集組態(tài)、工程調(diào)試及診斷功能于一體的工具軟件包。過程站AC800F硬件配置及所需的各種控制算法和策略都是由CBF來組態(tài)的，并采用圖形化組態(tài)方法。完成后的組態(tài)結果由工程師站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡下載至相應的過程站及操作員站中。

    根據(jù)水泥生產(chǎn)的工藝要求，我們在均化庫側流量控制、增濕塔回水控制、分解爐喂煤控制、篦冷機轉速控制等多個典型控制過程中運用了PID控制回路。在實踐中，我們不斷優(yōu)化PID控制參數(shù)，使其設置更加合理，如均化庫側流量控制回路，生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，由于它的控制參數(shù)比較少，我們采用湊試法，對其比例系數(shù)和微分系數(shù)進行了修正，使其控制參數(shù)在最佳范圍。

    控制變量因受到執(zhí)行元件機械和物理性能的約束而限制在有限范圍內(nèi)，其變化率也有一定的限制范圍。在給定值發(fā)生突變時特別容易出現(xiàn)飽和效應，我們分析了這類效應在PID算法中帶來的影響并找到了解決辦法：

    1)在PID位置算法中，除了對控制量的限制外，對控制量變化率的限制也會引起飽和，它可以采用類似的修正方法予以消除。

    2)PlD增量算法的飽和作用及其抑制。在PID增量算法中，由于執(zhí)行元件本身是機械或物理單元，在算法中不進行累加，所以不會發(fā)生位置算法那樣的累積效應，這樣就直接避免了導致大幅度超調(diào)的積分累積效應。這是增量算法相對于位置算法的一個優(yōu)點。但是，在增量算法中，卻有可能出現(xiàn)比例及微分飽和現(xiàn)象。

    我們在調(diào)試過程中，對飽和現(xiàn)象進行了糾正：在增量算法中，特別在給定值發(fā)生躍變時，由算法的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大(一般情況下積分部分的值相對比較小)，如果該值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么實際上實現(xiàn)的控制增量將是受到限制的值，計算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，這部分遺失的信息只能通過積分部分來補償。因此，與沒有限制時相比較，系統(tǒng)的動態(tài)過程將變壞。使用“累積補償法”雖然可以抑制比例和微分飽和，但由于引入的累加器具有積分作用，使得增量算法中也可能出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。為了抑制它，在每次計算積分項時，應判斷其符號是否將繼續(xù)增大累加器的積累。如果增大，則將積分項略去，這樣，可以使累加器的數(shù)值積累不致過大，從而避免了積分飽和現(xiàn)象。