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該文檔介紹一種基于CAN現(xiàn)場總線的燒結(jié)配料控制系統(tǒng)在某焦化廠自動(dòng)燒結(jié)配料中的應(yīng)用。主要介紹該配料系統(tǒng)的工藝流程、總體結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)等，系統(tǒng)配置靈活、組態(tài)方便，現(xiàn)場應(yīng)用的可靠性較好。

一、現(xiàn)場總線技術(shù)概述

隨著電子稱重技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)中對電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求也越來越高，一方面要求配料設(shè)備具有高度的人性化設(shè)計(jì)、高可靠性，在正常及事故情況下對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、保護(hù)和控制，另一方面要求對現(xiàn)場工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，與調(diào)度室、決策層等進(jìn)行聯(lián)系，便于集中管理，通過對這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理，可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況，避免以前數(shù)據(jù)論虛作假的現(xiàn)及減少管理人員為取得數(shù)據(jù)去現(xiàn)場取證而帶來不必要的工作量，從而有針對性地根據(jù)現(xiàn)場情況采取相應(yīng)的措施，提高生產(chǎn)效率，充分地發(fā)揮人力、物力和財(cái)力資源，以達(dá)到良好的管理和資源配置。近幾年來隨著現(xiàn)場總線技術(shù)不斷地完善，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，得到市場的認(rèn)可。本文介紹一種基于CAN現(xiàn)場總線控制的自動(dòng)燒結(jié)配料監(jiān)控系統(tǒng)。

二、CAN現(xiàn)場總線配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制器局部網(wǎng)CAN（Controller Area Network）總線是當(dāng)今最為流行的五大總線之一，它是由德國某配料控制系統(tǒng)公司首先提出來的，采用了ISO/OSI模型的物理層數(shù)、據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，CAN通信協(xié)議的一個(gè)最大的特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編碼。CAN現(xiàn)場總線面向數(shù)據(jù)而不是面向節(jié)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，加入和減少設(shè)備不影響系統(tǒng)的工作。CAN總線通信最高速率可達(dá)到1Mbps；傳輸速率為5kbps時(shí)，采用雙絞線，傳輸距離可達(dá)10km左右，并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN網(wǎng)絡(luò)屬于總線式通信網(wǎng)絡(luò)，它與一般的網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于：（1）不同于以太網(wǎng)等管理及信息處理用網(wǎng)絡(luò)，它是一種專門用于自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)；（2）其物理特性及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特性更強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化底層檢測和控制；（3）它采用了最新技術(shù)和獨(dú)特的設(shè)計(jì)、可靠性和性能遠(yuǎn)高于已經(jīng)陳舊的現(xiàn)場通信技術(shù)。

在配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）為使阻抗匹配，應(yīng)在總線兩端加120Ω的終端電阻；（2）CAN總線適配卡可使PC機(jī)很方便地與CAN總線進(jìn)行連接，CAN總線適配卡上配有光電隔離，可增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下使用。

三、控制系統(tǒng)的工藝流程

自動(dòng)配料監(jiān)控系統(tǒng)是將幾種原煤由料倉經(jīng)圓盤給料機(jī)輸送給皮帶輸送機(jī)，當(dāng)物料流經(jīng)配料皮帶秤時(shí)，由配料皮帶秤進(jìn)行計(jì)量。整個(gè)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)等控制下按一定的比例進(jìn)行混合，然后進(jìn)行燒結(jié)，得到焦炭。

四、配料控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

1．總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由操作站（計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元）和控制站組成。

系統(tǒng)操作站主要負(fù)責(zé)各智能配料控制器、變頻器的參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理、信息收集、工作狀況顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢，并依據(jù)需要對前言設(shè)備進(jìn)行冗余處理及對PLC進(jìn)行編程，操作站通過CAN現(xiàn)場總線適配卡和外部CAN總線相連接，傳輸介質(zhì)為雙絞線，連接到每個(gè)智能控制器和變頻器的總線接口。每個(gè)智能配料控制器控制一臺(tái)配料皮帶秤。

2．配料控制系統(tǒng)的過程控制實(shí)現(xiàn)

電子調(diào)速配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度給料。該系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)進(jìn)行給料?？刂七^程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量。智能配料控制器接收來自稱重傳感器發(fā)送的稱重信號(hào)和速度傳感器發(fā)送速度信號(hào)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量，并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)傳送給工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）、智能調(diào)節(jié)器通過內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，進(jìn)行比較運(yùn)算后自動(dòng)調(diào)節(jié)PID值，用來調(diào)節(jié)變頻器，再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時(shí)，降低圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之提高圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使得幾種物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。 系統(tǒng)的參數(shù)及運(yùn)行過程可通過工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控，也可通過手動(dòng)修改PID的值，操作方便，控制可靠，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，形成7個(gè)既相對獨(dú)立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3．配料控制站

控制站主要由可編程控制器、智能控制器和變頻器等組成。該系統(tǒng)有65個(gè)監(jiān)視參數(shù)和28個(gè)報(bào)警信號(hào)，組態(tài)王基本I/O變量219個(gè)，為此選用組態(tài)王256點(diǎn)，其硬件配置如下：

（1）PLC：選用某公司生產(chǎn)的CQM1H型，電源單元型號(hào)為CQM1-PA203、CPU單元型號(hào)為CQM1H-CPU21、輸入單元型號(hào)為CQM1-ID212、輸出單元型號(hào)為CQM1-QC212及CPT編程軟件等。

（2）智能配料控制器：選用某公司的智能配料儀表，具有現(xiàn)場總線技術(shù)（CAN）接口，可與上位機(jī)、PLC或DCS連接，方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制、數(shù)據(jù)采集、接口擴(kuò)充以及與上位機(jī)的通訊聯(lián)系，真正實(shí)現(xiàn)皮帶秤的數(shù)字化。雙CPU硬件結(jié)構(gòu)，能保證在任何情況下儀表的實(shí)時(shí)性。智能PID調(diào)節(jié)，LCD顯示，漢字提示信息。顯示信息豐富、直觀，能同時(shí)顯示累計(jì)量、瞬時(shí)流量等。

（3）變頻器：選用某公司生產(chǎn)的FRN11G11S-4CX，用于調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，現(xiàn)場控制效果很好，節(jié)約大量的能源（工作電壓約70%左右），減少對環(huán)境的污染。 

4．操作站

（1）組成。

操作站實(shí)際上是一臺(tái)工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，基本配置為機(jī)箱IPC-610，256M內(nèi)存，48X光驅(qū)，1.44M軟驅(qū)，17”顯示器，CPU接口卡PCA-6179L，CAN總線適配卡等。

（2）功能。

操作站主要用于對現(xiàn)場的工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設(shè)置、定時(shí)存盤、報(bào)表打印及報(bào)警提示記錄等，將切換開關(guān)置于操作站，可對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行啟停操作；同時(shí)操作站與調(diào)度室進(jìn)行通訊，將現(xiàn)場情況傳送到調(diào)度室，調(diào)度人員能在上位機(jī)上直觀地觀察到生產(chǎn)過程中設(shè)備的運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)、打印等。通過這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理，可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況，避免以前數(shù)據(jù)論虛作假的現(xiàn)象及管理人員為取得數(shù)據(jù)去現(xiàn)場取正而帶來不必要的工作量，從而充分地提高該焦化廠產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率，發(fā)揮人力、物力和實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制。

五、配料軟件設(shè)計(jì)

工作站配料軟件選用目前比較流行的“組態(tài)軟件”作為開發(fā)工具，充分利用WINDOWS功能，圖形界面較好，可以很方便地構(gòu)造自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何需要的情況下可將現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，便于對生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)測。它能與智能配料控制器和變頻器進(jìn)行通訊：讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)；并與PLC進(jìn)行通訊：讀取I/O狀態(tài)，發(fā)送I/O指令；具有報(bào)警、故障查詢及打印功能；組態(tài)畫面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；工程設(shè)定及配方輸入多樣，適應(yīng)工況能力較強(qiáng)；軟件設(shè)有不同的訪問權(quán)限，可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容。利用DDE技術(shù)來實(shí)現(xiàn)EXCEL和WINCC的數(shù)據(jù)交換。其軟件主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫組態(tài)、回路組態(tài)和報(bào)表組態(tài)等。

1．系統(tǒng)組態(tài)

系統(tǒng)組態(tài)是針對整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，它是整個(gè)工程項(xiàng)目組態(tài)的第一步，選擇投入運(yùn)行的現(xiàn)場控制站的類型、個(gè)數(shù)、各自的站號(hào)及是否有冗余等，確定操作員站的站號(hào)及設(shè)定安全保護(hù)，對操作員的操作權(quán)限和操作范圍進(jìn)行限定等。

2．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)的設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是集散控制系統(tǒng)的信息來源，完成所有要監(jiān)測和控制的點(diǎn)的組態(tài)。根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)的類型不同，分為模擬量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出和計(jì)算量。其中計(jì)算量即初始化采集程序中提供的應(yīng)用程序接口變量，從本質(zhì)上講也是模擬量。針對不同類型的變量采取不同的處理方法。

3．回路組態(tài)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

完成數(shù)據(jù)庫組態(tài)后才可以進(jìn)行回路組態(tài)，它是集散控制系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。主要用于連續(xù)稱重過程控制、報(bào)警檢測與處理及確定輸入/輸出回路等。回路組態(tài)數(shù)據(jù)庫的每一項(xiàng)記錄包括一條完整回路的必備信息，利用這些信息實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。回路組態(tài)根據(jù)其輸入/輸出的不同分為模入模出、模入開出和開入開出回路，其組態(tài)的合理性直接影響控制質(zhì)量的好壞。

4．歷史數(shù)據(jù)庫的組態(tài)設(shè)計(jì)

歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用趨勢曲線方式，通過輸入時(shí)間，可調(diào)用數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行事故分析和報(bào)表運(yùn)算等。

5．報(bào)表組態(tài)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)報(bào)表分為周期性報(bào)表和觸發(fā)性列表兩種，周期性報(bào)表采用定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，用來打印生產(chǎn)過程中的操作記錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如時(shí)報(bào)、班報(bào)、日報(bào)和月報(bào)等。觸發(fā)性列表是用來記錄在特定時(shí)間發(fā)生前后的某些點(diǎn)的值，用來進(jìn)行事故或故障分析。

6．運(yùn)行配料程序的設(shè)計(jì)

燒結(jié)配料控制系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用戶應(yīng)先進(jìn)行登錄，在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的操作，否則監(jiān)控界面將鎖定在系統(tǒng)工況狀態(tài)。利用鼠標(biāo)可進(jìn)行畫面切換，點(diǎn)擊“系統(tǒng)工況”、“趨勢曲線”、“工程參數(shù)”、“動(dòng)力控制”、“報(bào)表管理”等按鈕，可切換到不同的畫面，進(jìn)行相關(guān)的操作。

六、結(jié)束語

用戶通過對該燒結(jié)配料控制系統(tǒng)幾年時(shí)間的使用后，對該系統(tǒng)給予很高的評價(jià)：系統(tǒng)運(yùn)行可靠性好，操作簡單，維護(hù)方便，控制精度高，不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。該配料控制系統(tǒng)可推廣到對多種散裝物料按預(yù)定的配比進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)的流量控制的其它場合，例如石油、化工、冶金、紡織、制藥、煙草、機(jī)械加工、建材、市政建設(shè)等。

 

 

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