摘 要：本文介紹了一種基于現(xiàn)場總線的小型水泥生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)采用總線技術和智能模塊,不僅實現(xiàn)配料自動控制,而且增加了磨機負荷和故障診斷功能。實踐表明,該系統(tǒng)低成本,可靠性高,易于維護,操作方便,是一種較為實用的微機配料系統(tǒng)。 關鍵詞：水泥;配料;現(xiàn)場總線;控制系統(tǒng) Abstract:This paper introduces the realization method of the minitype cement material blending control system based on fieldbus. This system uses the fieldbus and intelligent model, not only realizes the automatic control of cement material blending, but also has the functions of milling machine load and fault diagnosis. Practice shows that this system has a lower cost, higher reliability, easiest maintenance and convenient operation. It is a practical cement material blending control system. Key words:cement,material blending,fieldbus,control system 1 引言 　　目前我國中小型水泥廠在水泥生產(chǎn)中所占的比例越來越大，為達到節(jié)能降耗、提高質(zhì)量的目的，采用現(xiàn)場總線技術和智能模塊，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(tǒng)，符合我國為數(shù)眾多的中小水泥企業(yè)的要求。為此，我們開發(fā)了基于現(xiàn)場總線的小型水泥生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)，并應用于實際生產(chǎn)。本系統(tǒng)不僅提高了生產(chǎn)的可靠性，提高了質(zhì)量，同時為水泥企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟效益。 2 系統(tǒng)組成 　　整個控制系統(tǒng)由兩大部分組成——計算機和控制柜，通過工業(yè)以太網(wǎng)將計算機連接起來，系統(tǒng)組成結(jié)構如圖1所示。配料控制計算機通過RS485通訊接口和電氣控制柜內(nèi)的遠端數(shù)據(jù)采集模塊進行通訊。RS485是一種簡單的工業(yè)現(xiàn)場總線標準，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(zhuǎn)換模塊，就構成了微機的RS485接口，采用這種通訊結(jié)構后，微機和它所控制的設備只有簡單的總線連接，避免了將過多的連線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。 　　在總線式工控機中，STD總線已較少實用，PC總線工控機價格便宜，軟件、硬件開發(fā)環(huán)境好、用戶界面好等優(yōu)點而得到廣泛的應用，影響極大，使PC總線成為事實上的標準總線。工業(yè)控制計算機使用工業(yè)級電源，采用密封機箱、正壓送風技術，用橡膠墊作防震緩沖，采用模塊化結(jié)構，同時配置了能適應工業(yè)控制要求的實時多任務操作系統(tǒng)，對工控領域的吸引力是很大。因此本系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機作為過程控制計算機。 [align=center] 圖1 基于總線的微機配料控制系統(tǒng)的組成結(jié)構[/align] 　　選擇模塊作為檢測與控制信號方式時，模擬信號檢測采用IOM4017L模塊，電磁振動給料機和開門電機等由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是開關量到計算機的接口單元，用于開關量的輸出如電動機起停、開關門等。它們都具有抗干擾能力強，可靠性高，傳輸距離遠等特點。內(nèi)置微處理器，只需二根導線通過RS485網(wǎng)絡與控制主機相互通訊，基于ASCⅡ碼的命令/底層協(xié)議，可以用高級語言編寫應用程序，且可以使用組態(tài)軟件如INTONCH、FIX等組態(tài)成為各種監(jiān)控網(wǎng)絡。模塊的地址存儲在模塊的EEPROM中，可由控制計算機進行修改，內(nèi)置看門狗功能，保證可靠運行。 　　使用多個模塊可以方便的構成RS485網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡最多可串接255個模塊，最大傳輸距離為1200米，該網(wǎng)絡通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換即連到主計算機。 3 系統(tǒng)功能 　　所設計的系統(tǒng)要求成本低廉，可靠性高，易于使用和維護，容易為現(xiàn)場運行人員接受，便于推廣應用。為此，該系統(tǒng)具備如下功能： 　　1）數(shù)據(jù)顯示、編輯和統(tǒng)計功能：可顯示、編輯臺時、配比、調(diào)整系統(tǒng)和皮重;對班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量和年產(chǎn)量自動進行累計。 　　2）工況圖動態(tài)顯示：如電振機的振動，電機的開關門，出料，動作過程真實生動，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;自動識別缺料、卡秤，啟動報警并全線自動停機，屏幕指示故障內(nèi)容。 　　4）磨機負荷、鈣鐵儀在線專家控制功能。 　　5）計算機輔助標秤功能和方便的手動控制功能，操作方便準確可靠。 4 系統(tǒng)軟件設計 　　微機配料系統(tǒng)廣泛應用于水泥廠的生熟料配料，早期開發(fā)的配料系統(tǒng)的微機采用DOS操作系統(tǒng)，由C語言開發(fā)。隨著Windows 操作系統(tǒng)的廣泛應用，我們用Visual C++對原系統(tǒng)進行了重新設計。微機配料系統(tǒng)采用單文檔界面，使用靜態(tài)鏈接庫，形成一個可執(zhí)行文件。 　　監(jiān)控的“實時”要求由定時器方法實現(xiàn)，定時時間為0.5秒。每個周期完成數(shù)據(jù)通訊、輸入輸出檢測、控制算法、輸出刷新、報警輸出、畫面顯示操作。數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)采用多線程。命令及數(shù)據(jù)的輸入由Windows操作系統(tǒng)提供的命令及數(shù)據(jù)輸入方法實現(xiàn)。菜單功能實現(xiàn)命令輸入，如運行、暫停、打印等，對話框用來進行數(shù)據(jù)的輸入。使用位圖進行工況圖的顯示，通過周期調(diào)用不同畫面產(chǎn)生動畫效果，圖2為工況圖的動畫效果圖。 　　磨機負荷的控制采用模糊與專家系統(tǒng)相結(jié)合的控制方法，由專家系統(tǒng)確定模糊參數(shù)，模糊算法確定下料量的大小。使用的模糊控制主要函數(shù)有：模糊化void fuzzylize （）;模糊規(guī)則推理 void fuzzyRule（）;反模糊化void refuzzylize （）;模糊化修正void modifyFuzzy（）等。使用的專家控制主要函數(shù)有：推理函數(shù)int what（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; 規(guī)則匹配int matchRule（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;事實查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; [align=center] 圖2 工況圖動畫效果圖[/align] 5 用OPC接口實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換 　　OPC（OLE for Process Control）是一個工業(yè)標準，采用Client/Server模式，OPC軟件的開發(fā)包括OPC Server軟件和OPC Client軟件的開發(fā)。 　　VB中的OPC自動化接口為OPC Client軟件的編制提供了方便快捷的編程方式，本系統(tǒng)的智能控制VB軟件按Client模式編寫OPC接口軟件。OPC Client軟件必須能實現(xiàn)與OPC Server的連接、斷開，必須理解OPC服務器各對象間的相互關系。OPC 服務器包括三類對象：服務器（Server）、組（Group）和數(shù)據(jù)項（Item）。 [align=center] 圖3 OPC Server開發(fā)工具包使用流程圖[/align] 　　5.1 OPC 服務器與 OPC 客戶的通信機制 　　OPC 客戶要連接到 OPC服務器上，并建立OPC組和OPC數(shù)據(jù)項。為了訪問過程數(shù)據(jù)，OPC客戶需要事先指定計算機名、OPC數(shù)據(jù)訪問服務器名和該服務器提供的的OPC項的定義。 　　客戶通過對其建立的OPC組與OPC項進行訪問實現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)的訪問，客戶選擇設備Device作為其訪問的數(shù)據(jù)源?？蛻舻倪^程數(shù)據(jù)訪問包括過程數(shù)據(jù)的讀取、寫入等，過程數(shù)據(jù)的讀/寫采用同步讀/寫。 　　5.2 OPC服務器應用程序的編制 　　服務器程序的編寫需調(diào)用工具包接口,其流程圖如圖3所示。 　　5.3 OPC客戶應用程序的編制 　　客戶端和服務器的交互主要分為：創(chuàng)建并連接服務器對象;添加組、項;進行數(shù)據(jù)的讀寫操作?？蛻舳薕PC接口及控制程序流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 客戶端程序流程圖[/align] 6 故障診斷規(guī)則 　　為了及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，本系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，增加了故障診斷功能，主要依據(jù)原則如下：電振機溢料：當計算機控制電磁振動給料機的信號為0時（停止電振動機振動）電振機繼續(xù)下料，即為電振機溢料，主要表現(xiàn)為控制為0，壓力檢測信號不斷增加，故障原因：①可控硅擊穿②電振機故障③輸出板故障。 　　電振機卡料：當計算機控制電磁振動給料信號有輸出（不為0）時，電磁振動給料機不振。主要表現(xiàn)為：當電振機控制有信號時，重量檢測不變。故障原因為：①可控硅壞;②電振機故障;③輸出板故障;④重量檢測電路故障。 　　料斗溢料：電機關門未能關閉。主要表現(xiàn)為重量為皮重量。故障原因：①電機關門裝置壞;②繼電器壞;③檢測板壞。 　　料斗卡料：電機不能開門。主要表現(xiàn)為重量不能減少。故障原因：①電機開門裝置壞;②繼電器壞;③檢測板壞 　　超時：指在規(guī)定的時間周期內(nèi)不能完成全部配料程序使周期加長。原因：電振機振幅太小，臺時太大，而使給料時間太長。 　　故障停：①量程達到滿刻度，如A/D輸入0-5V，當輸入大于等于5V時，A/D轉(zhuǎn)換值不能反映實際重量。②量程超過一定限度，如小斗最多稱100公斤，當達到此值時，③長時間不能完成本周期，若每周期20秒，當60秒未完成，則停機。 7 結(jié)束語 　　本控制系統(tǒng)已在多家小水泥廠應用，實踐表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了控制功能要求，穩(wěn)定性良好，控制可靠、監(jiān)控操作靈活便捷、功能完善。另外，由于系統(tǒng)增加了許多功能，如顯示歷史數(shù)據(jù)、故障報警、打印等，使操作人員能很快發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)當中發(fā)生的故障，縮短了處理故障時間，提高了工藝管理水平，勞動強度明顯減少，為企業(yè)帶來了顯著的效益。 　　本文作者創(chuàng)新點為：提出了一種基于總線的低成本水泥微機配料系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構簡單，實用性強，同時具有故障診斷功能。 參考文獻: 　　[1]黃金鳳,李占賢.基于現(xiàn)場總線的微機配料系統(tǒng)[J].自動化技術與應用.2002,21（3）,35-36 　　[2]王建民 孫鐵強.工控軟件的VC語言開發(fā)及微機配料軟件的設計[J].河北理工學院學報,2002.S1,25-27 　　[3]黃采倫 彭獻武.水泥生料微機配料系統(tǒng)[J].微計算機信息,1998,6:23-25 　　[4]石林鎖,王濤,劉順波.基于OPC規(guī)范的客戶應用程序?qū)崿F(xiàn)[J].微計算機信息.2003,5,69-69.E-mail:zdhua@heut.edu.cn