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該文檔介紹一種基于CAN現場總線的燒結配料控制系統(tǒng)在某焦化廠自動燒結配料中的應用。主要介紹該配料系統(tǒng)的工藝流程、總體結構、軟件設計等，系統(tǒng)配置靈活、組態(tài)方便，現場應用的可靠性較好。

一、現場總線技術概述

隨著電子稱重技術、傳感器技術、通信技術、計算機及網絡技術的高速發(fā)展，現代工業(yè)中對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求也越來越高，一方面要求配料設備具有高度的人性化設計、高可靠性，在正常及事故情況下對設備進行監(jiān)測、保護和控制，另一方面要求對現場工況進行集中監(jiān)視、數據遠傳，與調度室、決策層等進行聯系，便于集中管理，通過對這些實時數據的采集、處理，可以直接地了解整個生產情況，避免以前數據論虛作假的現及減少管理人員為取得數據去現場取證而帶來不必要的工作量，從而有針對性地根據現場情況采取相應的措施，提高生產效率，充分地發(fā)揮人力、物力和財力資源，以達到良好的管理和資源配置。近幾年來隨著現場總線技術不斷地完善，現場應用效果較好，得到市場的認可。本文介紹一種基于CAN現場總線控制的自動燒結配料監(jiān)控系統(tǒng)。

二、CAN現場總線配料控制系統(tǒng)的設計

控制器局部網CAN（Controller Area Network）總線是當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、據鏈路層和應用層，CAN通信協議的一個最大的特點是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，代之以對通信數據庫進行編碼。CAN現場總線面向數據而不是面向節(jié)點，其優(yōu)點是可使網絡內的節(jié)點個數在理論上不受限制，加入和減少設備不影響系統(tǒng)的工作。CAN總線通信最高速率可達到1Mbps；傳輸速率為5kbps時，采用雙絞線，傳輸距離可達10km左右，并且數據傳輸可靠性高。從物理結構上看，CAN網絡屬于總線式通信網絡，它與一般的網絡區(qū)別在于：（1）不同于以太網等管理及信息處理用網絡，它是一種專門用于自動化領域的網絡；（2）其物理特性及網絡協議特性更強調工業(yè)自動化底層檢測和控制；（3）它采用了最新技術和獨特的設計、可靠性和性能遠高于已經陳舊的現場通信技術。

在配料系統(tǒng)設計時應注意以下幾點：（1）為使阻抗匹配，應在總線兩端加120Ω的終端電阻；（2）CAN總線適配卡可使PC機很方便地與CAN總線進行連接，CAN總線適配卡上配有光電隔離，可增強系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下使用。

三、控制系統(tǒng)的工藝流程

自動配料監(jiān)控系統(tǒng)是將幾種原煤由料倉經圓盤給料機輸送給皮帶輸送機，當物料流經配料皮帶秤時，由配料皮帶秤進行計量。整個系統(tǒng)在計算機等控制下按一定的比例進行混合，然后進行燒結，得到焦炭。

四、配料控制系統(tǒng)的總體結構

1．總體結構

系統(tǒng)主要由操作站（計算機監(jiān)控單元）和控制站組成。

系統(tǒng)操作站主要負責各智能配料控制器、變頻器的參數設定、數據處理、信息收集、工作狀況顯示、歷史數據查詢，并依據需要對前言設備進行冗余處理及對PLC進行編程，操作站通過CAN現場總線適配卡和外部CAN總線相連接，傳輸介質為雙絞線，連接到每個智能控制器和變頻器的總線接口。每個智能配料控制器控制一臺配料皮帶秤。

2．配料控制系統(tǒng)的過程控制實現

電子調速配料系統(tǒng)通常有兩種調速方式：調節(jié)圓盤給料機給料和調節(jié)皮帶輸送機速度給料。該系統(tǒng)采用調節(jié)圓盤給料機進行給料?？刂七^程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機輸送的物料進行計量。智能配料控制器接收來自稱重傳感器發(fā)送的稱重信號和速度傳感器發(fā)送速度信號，經處理后轉化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號傳送給工業(yè)控制機（上位機）、智能調節(jié)器通過內置PID調節(jié)器，進行比較運算后自動調節(jié)PID值，用來調節(jié)變頻器，再由變頻器去調節(jié)圓盤給料機的轉速，當流量增大時，降低圓盤給料機的轉速，反之提高圓盤給料機的轉速，從而使得幾種物料的流量和階段累計量均保持在設定的范圍內，進而得到可靠的產品質量。 系統(tǒng)的參數及運行過程可通過工控機進行設定和監(jiān)控，也可通過手動修改PID的值，操作方便，控制可靠，整個系統(tǒng)實現了高度自動化，形成7個既相對獨立又相互聯系的閉環(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個監(jiān)視參數和28個報警信號，組態(tài)王基本I/O變量219個，為此選用組態(tài)王256點，其硬件配置如下：

（1）PLC：選用某公司生產的CQM1H型，電源單元型號為CQM1-PA203、CPU單元型號為CQM1H-CPU21、輸入單元型號為CQM1-ID212、輸出單元型號為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，具有現場總線技術（CAN）接口，可與上位機、PLC或DCS連接，方便地實現多點控制、數據采集、接口擴充以及與上位機的通訊聯系，真正實現皮帶秤的數字化。雙CPU硬件結構，能保證在任何情況下儀表的實時性。智能PID調節(jié)，LCD顯示，漢字提示信息。顯示信息豐富、直觀，能同時顯示累計量、瞬時流量等。

（3）變頻器：選用某公司生產的FRN11G11S-4CX，用于調節(jié)圓盤給料機的轉速，現場控制效果很好，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。

操作站實際上是一臺工業(yè)控制微型計算機，基本配置為機箱IPC-610，256M內存，48X光驅，1.44M軟驅，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場的工況進行集中監(jiān)視、數據記錄、參數設置、定時存盤、報表打印及報警提示記錄等，將切換開關置于操作站，可對現場設備進行啟停操作；同時操作站與調度室進行通訊，將現場情況傳送到調度室，調度人員能在上位機上直觀地觀察到生產過程中設備的運行狀況、實時數據和歷史數據等，并將這些數據進行處理存儲、打印等。通過這些實時數據的采集、處理，可以直接地了解整個生產情況，避免以前數據論虛作假的現象及管理人員為取得數據去現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品的質量、生產效率，發(fā)揮人力、物力和實現高度自動化控制。

五、配料軟件設計

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，可以很方便地構造自己的數據采集系統(tǒng)，在任何需要的情況下可將現場的信息實時地傳送到控制室，便于對生產情況進行監(jiān)測。它能與智能配料控制器和變頻器進行通訊：讀取數據，發(fā)送數據；并與PLC進行通訊：讀取I/O狀態(tài)，發(fā)送I/O指令；具有報警、故障查詢及打印功能；組態(tài)畫面真實反映實時狀態(tài)；工程設定及配方輸入多樣，適應工況能力較強；軟件設有不同的訪問權限，可讓不同權限的人操作不同的內容。利用DDE技術來實現EXCEL和WINCC的數據交換。其軟件主要表現在：系統(tǒng)組態(tài)、實時數據庫組態(tài)、歷史數據庫組態(tài)、回路組態(tài)和報表組態(tài)等。

1．系統(tǒng)組態(tài)

系統(tǒng)組態(tài)是針對整個系統(tǒng)的硬件結構進行的，它是整個工程項目組態(tài)的第一步，選擇投入運行的現場控制站的類型、個數、各自的站號及是否有冗余等，確定操作員站的站號及設定安全保護，對操作員的操作權限和操作范圍進行限定等。

2．實時數據庫組態(tài)的設計

實時數據庫是集散控制系統(tǒng)的信息來源，完成所有要監(jiān)測和控制的點的組態(tài)。根據點數據的類型不同，分為模擬量輸入/輸出、開關量輸入/輸出和計算量。其中計算量即初始化采集程序中提供的應用程序接口變量，從本質上講也是模擬量。針對不同類型的變量采取不同的處理方法。

3．回路組態(tài)功能的設計與實現

完成數據庫組態(tài)后才可以進行回路組態(tài)，它是集散控制系統(tǒng)的關鍵步驟。主要用于連續(xù)稱重過程控制、報警檢測與處理及確定輸入/輸出回路等?；芈方M態(tài)數據庫的每一項記錄包括一條完整回路的必備信息，利用這些信息實現對系統(tǒng)的控制。回路組態(tài)根據其輸入/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量的好壞。

4．歷史數據庫的組態(tài)設計

歷史數據存儲采用趨勢曲線方式，通過輸入時間，可調用數據，用于進行事故分析和報表運算等。

5．報表組態(tài)的實現

系統(tǒng)報表分為周期性報表和觸發(fā)性列表兩種，周期性報表采用定時驅動方式，用來打印生產過程中的操作記錄和統(tǒng)計數據，例如時報、班報、日報和月報等。觸發(fā)性列表是用來記錄在特定時間發(fā)生前后的某些點的值，用來進行事故或故障分析。

6．運行配料程序的設計

燒結配料控制系統(tǒng)進入運行狀態(tài)后，用戶應先進行登錄，在自己的權限范圍內進行相應的操作，否則監(jiān)控界面將鎖定在系統(tǒng)工況狀態(tài)。利用鼠標可進行畫面切換，點擊“系統(tǒng)工況”、“趨勢曲線”、“工程參數”、“動力控制”、“報表管理”等按鈕，可切換到不同的畫面，進行相關的操作。

六、結束語

用戶通過對該燒結配料控制系統(tǒng)幾年時間的使用后，對該系統(tǒng)給予很高的評價：系統(tǒng)運行可靠性好，操作簡單，維護方便，控制精度高，不但保證了產品的質量和產量，同時又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經濟效益。該配料控制系統(tǒng)可推廣到對多種散裝物料按預定的配比進行自動連續(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、機械加工、建材、市政建設等。

 

 

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