摘 要: 本文采用組態(tài)化編程技術(shù)，設(shè)計了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的煤粉制備分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合了可編程控制器（PLC）、分散控制系統(tǒng)（DCS）和模糊控制算法的優(yōu)勢，使其在投產(chǎn)后運行穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時對其他制備控制系統(tǒng)設(shè)計具有較強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場總線;可編程控制器;分散控制系統(tǒng);模糊控制 1 引 言 　　煤粉制備是水泥生產(chǎn)裝備中最重要的環(huán)節(jié)之一，其生產(chǎn)過程的任務(wù)就是將原煤安全加工成符合要求的煤粉，并將制備好的煤粉輸送到煤粉倉儲存，從而為水泥生產(chǎn)過程提供燃料。由于煤粉制備過程具有大慣性、純滯后和非線性等特點，并且生產(chǎn)工況復(fù)雜多變，無法建立精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，因此采用傳統(tǒng)的控制策略難以獲得滿意的控制效果，而模糊控制用于煤粉制備這類無模型的復(fù)雜控制對象中，可以取得好的控制效果。同時由于煤粉制備系統(tǒng)中的設(shè)備地理位置分散，為了提高生產(chǎn)率，增加系統(tǒng)的可靠性，利用現(xiàn)場總線技術(shù)對整個生產(chǎn)線進(jìn)行分布式控制可以取到事半功倍的作用。 2 工藝流程 　　煤粉制備系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。 [align=center] 圖1 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程圖[/align] 　　原煤從堆煤場經(jīng)提升機提升后送入原煤倉，通過原煤倉內(nèi)部的荷重傳感器計量后由圓盤喂料機送入煤磨。原煤在磨內(nèi)借助熱風(fēng)機送來的熱風(fēng)進(jìn)行烘干和粉磨，然后送入動態(tài)選粉機，不合格的粗粉送回磨頭重新粉磨，細(xì)粉進(jìn)入煤粉收塵器。收塵器收下的煤粉經(jīng)雙向螺旋輸送機送至帶荷重傳感器的煤粉倉中，最后經(jīng)過轉(zhuǎn)子計量秤計量后送入窯頭。 3 系統(tǒng)設(shè)計 　　系統(tǒng)設(shè)計采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，運用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線、DCS組態(tài)和PLC控制等技術(shù)，組成分散控制、集中管理的分布式控制系統(tǒng)，在功能上分為3級，即底層PLC控制級、中間通訊級和上層管理與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控級，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　3.1 硬件設(shè)計 　　底層PLC控制級由三臺S7-300 PLC（從站）組成，主要完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構(gòu)和變頻器的控制。PLC通過主從式網(wǎng)絡(luò)與中間通訊主站通訊，每個PLC都是一個獨立的控制從站，可以完成數(shù)據(jù)采集、故障診斷、設(shè)備控制等控制任務(wù)，并且在主站或傳輸線路發(fā)生故障的情況下，可以自動進(jìn)入就地控制模式。 　　在底層PLC控制級的基礎(chǔ)上，設(shè)置一個通訊處理主站和一個數(shù)據(jù)服務(wù)器，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接。通訊處理主站作為主從式網(wǎng)絡(luò)中的主站，擁有總線控制權(quán)。數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理，同時擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)（Ethernet）之間的路由器。 　　上層管理與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控級由一臺操作站計算機組成，通過Ethernet與數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，共享數(shù)據(jù)與信息。數(shù)據(jù)服務(wù)器的信息通過Ethernet送到操作站，由操作站完成數(shù)據(jù)處理、診斷與故障報警，實時顯示工藝流程、歷史曲線圖、實時曲線圖、報警畫面等。操作站還完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的功能，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過Internet進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程瀏覽。 　　3.2 軟件設(shè)計 　　3.2.1 底層PLC控制級的軟件設(shè)計 　　根據(jù)煤粉制備工藝流程的要求，底層PLC控制級的控制程序主體流程框圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 底層PLC控制級主體程序流程圖[/align] 　　煤磨磨機的負(fù)荷控制是在綜合了提升機、磨音和粉料回料量等要素的基礎(chǔ)上，采用了模糊控制的方法來實現(xiàn)。其中模糊控制器的輸入變量為回料量誤差e[sub]h[/sub]、磨音誤差e[sub]m[/sub]、功率誤差e[sub]σ[/sub]，輸出變量為控制變量u。 　　輸入變量的模糊子集分別為： 　　e[sub]h[/sub]為5級：｛負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大｝，記為｛NB，NS，ZO，PS，PB｝; 　　e[sub]m[/sub]為5級：｛負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大｝，記為｛NB，NS，ZO，PS，PB｝; 　　e[sub]σ[/sub]為5級：｛負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大｝，記為｛NB，NS，ZO，PS，PB｝。 　　輸出變量的模糊子集為： 　　u為5級：｛負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大｝，記為｛NB，NS，ZO，PS，PB｝。 　　對應(yīng)的隸屬函數(shù)e[sub]h[/sub]、e[sub]m[/sub]、e[sub]σ[/sub] 為梯形函數(shù)，u為高斯函數(shù)。解模糊方法采用加權(quán)平均法。 　　3.2.2 主站與數(shù)據(jù)服務(wù)器的軟件設(shè)計 　　采用結(jié)構(gòu)化的思想，把主站軟件分為:初始化模塊、通訊模塊和故障診斷模塊。初始化模塊主要是在PLC每次啟動時給輸入存儲區(qū)和映象區(qū)賦初值，完成對S7-300的初始化工作。主站通過CP342-5與從站采用“周期I/O方式”通訊。故障診斷模塊的編程思想是利用S7-300中的機架故障組織塊OB86。根據(jù)檢查該組織塊中臨時變量的值來進(jìn)行故障診斷。程序流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 故障診斷程序流程圖[/align] 　　3.2.3 操作站的軟件設(shè)計 　　操作站采用北京昆侖通態(tài)公司的工控組態(tài)軟件MCGS 5.1通用版開發(fā)，可實現(xiàn)現(xiàn)場信號實時顯示、控制參數(shù)調(diào)整;重要歷史數(shù)據(jù)保存、多種曲線顯示;信號報警及報表打印等。 　　根據(jù)工藝及設(shè)備的控制要求，編制了一系列的操作站界面，其中包括啟動界面、主工藝流程界面（圖5）、分組啟動界面（圖6）、啟動調(diào)試界面、報警界面、實時曲線界面、歷史曲線界面和事件記錄與報表界面等。 [align=center] 圖5 主工藝流程圖[/align] [align=center] 圖6 分組啟動界面[/align] 　　整個系統(tǒng)軟件具有較強的自診斷、冗余和糾錯功能，通訊設(shè)備容錯能力強;系統(tǒng)擴展性好，標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議和SQL數(shù)據(jù)庫有利于系統(tǒng)高層互連。 4 結(jié)論 　　本系統(tǒng)采用組態(tài)化的控制思想，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的控制方式，并結(jié)合了PLC和DCS的優(yōu)點，不僅克服了傳統(tǒng)煤粉制備控制系統(tǒng)中的諸多不足，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且拓展了系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作性，深受用戶歡迎。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用. 北京:清華大學(xué)出版社,1999. 　　[2] 郭宗仁. 可編程控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 北京:人民郵電出版社,1999.