在水泥的生產工藝過程中, 決定水泥質量的關鍵因素是水泥的生料、 熟料的配比, 由於水泥生產配料的方法的多樣性和組成的差異性的存在, 人工方法無法快速、 準確、 實時的控製配料過程, 因此采用人工配料方法生產的水泥質量難以得到保證。目前國內仍有許多中小型水泥廠采用人工配料或半自動化配料, 嚴重影響了水泥的質量和產量, 而一些現有的微機配料係統由於設備技術落後麵臨更新換代。因此開發適合中小水泥廠的新一代微機配料係統具有廣泛的市場需求, 並將為水泥企業帶來較大的社會效益和經濟效益。

水泥微機配料係統要求能夠適應惡劣的現場環境, 運行穩定, 抗幹擾能力強, 計量準確, 有數據加工處理能力。采用一係列新技術, 新思想, 例如采用現場總線技術和智能模塊構成新型微機配料係統, 可以提高係統的可靠性和易維護性。新型微機配料係統應具有成本低廉, 可靠性高, 易於使用和維護等特性, 從而容易為現場運行人員接受, 便於廣泛推廣和應用。此外工廠自動化的發展方向是全廠的自動化控製與管理, 新型微機配料係統組成的全廠計算機監控係統, 可以解決自動化孤島的問題。

鬥秤水泥配料係統, 具有靜態計量準確, 結構簡單, 造價低等優點。本文以鬥秤為例, 介紹了一種基於可編程智能模塊、 工業控製計算機和 RS485 總線通訊方式的水泥微機配料係統。

2 係統總體設計

2.1 設計指導思想

1) 利用先進、 有效的智能控製技術開發研製出高品質、 新一代的水泥智能配料係統, 不斷提高我國水泥配料設備的檔次和生產管理水平, 促進我國水泥產品質量和行業競爭能力的提高。

2) 利用最新的工業計算機硬件技術、 網絡通信技術以及智能控製技術, 實現一種高性能、 高可靠、 低成本的自動化係統。

3) 軟件係統的設計和硬件設備的選型充分考慮整個係統的開放性和可移植性, 保證係統具有良好的規模伸縮性, 以便於不同規模水泥窯進行配料係統的實施, 逐步實現全廠的生產與管理綜合自動化。

2.2 係統體係結構

為了保證水泥微機配料係統的通用性、 先進性, 達到高性能價格比、 係統穩定和可靠的目標, 采用以下結構設計:

1 ) 采用通用型工業控製計算機和 RS485 現場總線來實現信號的采集、 處理、 控製和輸出。

2 ) 模塊化、 標準化設計, 通用性強、 維護方便、 可擴展性強;

3 ) 基於豐富的 PC 軟件, 使控製係統應用軟件開發周期短;

4 )可靠的接地並附加信號調理及隔離模塊保證信號的穩定;

5 ) 嚴格的測試程序保證係統的可靠性。

2.3 係統功能

1 ) 顯示台時、 配比、 料給量、 料重、 信號和累計量, 對班產量、 日產量、 月產量和年產量進行自動累計;

2 ) 工況圖動態顯示, 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 ) 數據編輯的功能: 輸入台時、 配比、 係數;

4 ) 自動識別缺料、 卡秤, 故障自動報警並全線自動停機, 屏幕指示故障內容;

5 ) 計算機輔助標秤功能, 操作方便準確可靠;

6 ) 計算精度: 0.5 % ;

7 ) 微機控製 1- 8路;

8 ) 方便的手動控製功能, 可進行單路上料的控製;

9 )信號檢測采用 RS485 總線傳輸, 傳輸距離可達 1.2 公裏;

10 ) 配料微機與廠級監控計算機通過以太網構成網絡。

3 硬件設計

 該係統由 3 級兩個層次組成。傳感器和執行器及信號變換模塊構成第 1 級——— 檢測及驅動; 工業控製計算機構成第 2 級——— 現場控製; 管理計算機為第 3 級——— 車間管理、 廠長管理。第 1 級和第 2 級組成了基礎自動化層, 第 3 級為管理自動化層。監控計算機與管理計算機構成一個局域網, 管理人員可以隨時在網上查看現場生產信息。

3.1 信號變換

A/D 變換采用 IOM4017 模塊, D/O 變換采用 IOM4050 模塊, 其中電磁振動給料機由一塊 IOM4050 控製, 開門電機由一塊 IOM4050 控製。 IOM4017 和 IOM4050 模塊是自主開發的 A/D和 D/O 轉換模塊, 具有抗幹擾能力強, 可靠性高, 傳輸距離遠等特點。 它隻需二根導線通過 RS485 網絡即可與控製主機相互通訊。 使用多個模塊可以方便的構成 RS485 分布式的控製係統網絡。每個網絡最多可串接 255 個模塊, 該網絡通過 RS232/RS485 轉換即可連到控製計算機。

3.2 RS485 總線

RS485 是一種半雙工傳輸的通訊總線 , 隻有兩條信號線,一條為信號線正, 一條為信號線負, 分別標為 A 和 B, 或DA-TA+ 、 DATA- 。 RS485 采用差分傳輸, 最大傳輸距離為 1.2Km 米。模塊連接時總線的信號正與各個模塊的 DATA+ 相接, 總線的信號負與模塊的 DATA- 相接。

4 軟件設計

Visual C++ 是為開發 Windows 應用程序而創建的一種循序漸進的編程工具。它的高性能及高度集成的開發環境, 可使用戶方便地創建和調試 Windows 應用程序。與 Visual Basic 相比,Visual C++ 具有高效、 高可靠的特點, 是編寫微機監控係統的優選軟件之一。 本係統采用 Visual C++ 編寫。 微機配料係統采用單文檔界麵, 使用靜態鏈接庫, 形成一個可執行文件。 

4.2 功能設計

監控的“ 實時” 要求由定時器方法實現, 定時時間為 0.5 秒。每個周期完成數據通訊、 輸入輸出檢測、 控製算法、 輸出刷新、報警輸出、 畫麵顯示操作。 數據通訊的實現采用多線程。 命令及數據的輸入由 Windows 操作係統提供的命令及數據輸入方法實現。菜單功能實現命令輸入, 如運行、 暫停、 打印等, 對話框用來進行數據的輸入。

4.3 界麵設計

鬥秤微機配料控製界麵如圖 3 所示。該界麵使用位圖進行工況圖的顯示, 通過周期調用不同畫麵產生動畫效果, 表現工況圖的動畫效果。

5 結束語

本文創新點: 基於可編程智能模塊、工業控製計算機和RS485 現場總線實現信號的采集、 處理、 控製和輸出, 構成了一種具有高性價比的鬥秤水泥微機配料係統; 采用局域網實現了現場監控計算機與管理計算機間的通訊; 係統軟件采用模塊化方法使用 VC++ 編製。實際運行表明, 該係統運行可靠, 維護使用方便, 人機界麵友好, 具有良好的控製效果。該係統經過改進可用於失重秤、 調速秤、 皮帶秤等微機配料係統, 在微機配料方麵具有較大的推廣應用價值。

參考文獻

[1]黃采倫， 彭獻武. 水泥生料微機配料係統[J]微計算機信息,1998， (6):23- 25.

作者簡介: 王東濤 (1965- ), 男( 漢族) , 河北省唐山市人, 河北理工大學計算機與自動控製學院副教授, 工學碩士, 主要研究方向為電力係統安全分析和計算機控製及應用。

通訊地址 :(063009 河北 河北省唐山市新華西道 46 號河北理工大學計算機與自動控製學院 ) 王東濤