低成本DCS在水泥廠過程自動化的應(yīng)用

近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)在水泥工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛使用，目前我國新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(zhì)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(shè)計了一套低成本DCS系統(tǒng)，并在我公司實施。
　　由于我公司的現(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，我們選用了深圳威達公司的牛頓7000系列遠端數(shù)據(jù)模塊和工業(yè)計算機以及相應(yīng)的Ｉ／Ｏ設(shè)備來完成。

    一、系統(tǒng)構(gòu)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、 立窯煅燒過程監(jiān)控管理系統(tǒng)：
     3、 水泥磨監(jiān)控管理系統(tǒng)。
     4、 轉(zhuǎn)窯監(jiān)控管理系統(tǒng)
     5、 全廠配電設(shè)備運行、用電監(jiān)控管理系統(tǒng)


          圖1 水泥廠生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)構(gòu)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(shè)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(diào)節(jié)。
    立窯子系統(tǒng)包括立窯生產(chǎn)線的設(shè)備開停監(jiān)測，生料自動加水成球、偏火自動校正、立窯煅燒過程智能控制等。
    轉(zhuǎn)窯子系統(tǒng)實現(xiàn)濕法磨、煤磨的聯(lián)鎖控制，同時，使轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的設(shè)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)測全廠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(luò)聯(lián)接，將數(shù)據(jù)整理后放在網(wǎng)上供公司管理部門調(diào)用。
                                
     二、子系統(tǒng)構(gòu)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，牛頓-7018、牛頓-7018、牛頓-7033、牛頓-7050、牛頓-7021、牛頓-7041等模塊負責(zé)對立窯系統(tǒng)個工藝參數(shù)進行采集。
    生料成球自動控制器由嵌入式控制模塊牛頓-7188、TOUCH 200人機界面和牛頓-7016、牛頓-7080、牛頓-7021等數(shù)據(jù)I/O模塊、應(yīng)變計、流量傳感器和變頻器組成，通過料水跟蹤、調(diào)節(jié)，使成球保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
    熟料自動計量控制器牛頓-7188和牛頓-7016模塊、應(yīng)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。

    在中控室，我們利用了牛頓-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(yù)控制或?qū)ο到y(tǒng)作參數(shù)調(diào)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(diào)整指令，并由IPC 發(fā)送到下位輸出模塊控制執(zhí)行機構(gòu)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(fù)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Visuaal Basic 5.0 for Windows來編寫控制軟件，軟件有系統(tǒng)管理模塊、工藝流程圖模擬顯示模塊、儀表屏模擬顯示模塊、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
    圖2立窯子系統(tǒng)原理圖
程中大量使用ActiveX 控件技術(shù)，使得開發(fā)周期大大縮短。
    在牛頓-7188 上我們利用威達公司提供的庫文件，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)線上安裝使用，經(jīng)過對系統(tǒng)完善，到99年已經(jīng)在5條生產(chǎn)線上使用了此系統(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(zhì)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(yīng)惡劣
環(huán)境和頻繁讀寫的問題。

    三、結(jié)束語：
    由于牛頓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(jié)，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(shè)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(luò)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(luò)，使設(shè)備的互換性好，維護人員的工作難度和工作量也很小。加上牛頓通訊模塊所特有的自適應(yīng)功能和牛頓-7188
的多串行口設(shè)計，使原有的帶通訊功能的設(shè)備（如變頻器、智能儀表等）都可掛在網(wǎng)上，減少了設(shè)備的投資成本。
    因此,在立窯系統(tǒng)完成后,我們相繼在其他子系統(tǒng)也大量采用牛頓模塊組網(wǎng)，滿足了生產(chǎn)工藝要求和高性能價格比的
原則,也使我公司的自動化控制和管理水平上了一個新臺階。

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