摘 要：本文介紹了一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的小型水泥生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)采用總線技術(shù)和智能模塊,不僅實(shí)現(xiàn)配料自動(dòng)控制,而且增加了磨機(jī)負(fù)荷和故障診斷功能。實(shí)踐表明,該系統(tǒng)低成本,可靠性高,易于維護(hù),操作方便,是一種較為實(shí)用的微機(jī)配料系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：水泥;配料;現(xiàn)場(chǎng)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(guó)中小型水泥廠在水泥生產(chǎn)中所占的比例越來(lái)越大，為達(dá)到節(jié)能降耗、提高質(zhì)量的目的，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和智能模塊，設(shè)計(jì)一種低成本，可靠性高，易于維護(hù)，操作方便的新型微機(jī)配料系統(tǒng)，符合我國(guó)為數(shù)眾多的中小水泥企業(yè)的要求。為此，我們開(kāi)發(fā)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的小型水泥生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)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(shí)為水泥企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 2 系統(tǒng)組成 　　整個(gè)控制系統(tǒng)由兩大部分組成——計(jì)算機(jī)和控制柜，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。配料控制計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485通訊接口和電氣控制柜內(nèi)的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通訊。RS485是一種簡(jiǎn)單的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的抗干擾性和可擴(kuò)展性，在微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊，就構(gòu)成了微機(jī)的RS485接口，采用這種通訊結(jié)構(gòu)后，微機(jī)和它所控制的設(shè)備只有簡(jiǎn)單的總線連接，避免了將過(guò)多的連線引入微機(jī)造成的干擾，配料控制計(jì)算機(jī)可采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或通用型微機(jī)。 　　在總線式工控機(jī)中，STD總線已較少實(shí)用，PC總線工控機(jī)價(jià)格便宜，軟件、硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境好、用戶(hù)界面好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，影響極大，使PC總線成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)總線。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)使用工業(yè)級(jí)電源，采用密封機(jī)箱、正壓送風(fēng)技術(shù)，用橡膠墊作防震緩沖，采用模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)配置了能適應(yīng)工業(yè)控制要求的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，對(duì)工控領(lǐng)域的吸引力是很大。因此本系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為過(guò)程控制計(jì)算機(jī)。 [align=center] 圖1 基于總線的微機(jī)配料控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)[/align] 　　選擇模塊作為檢測(cè)與控制信號(hào)方式時(shí)，模擬信號(hào)檢測(cè)采用IOM4017L模塊，電磁振動(dòng)給料機(jī)和開(kāi)門(mén)電機(jī)等由IOM4050控制。 　　IOM4017L是便攜的、模擬量檢測(cè)到計(jì)算機(jī)的接口單元，用于模擬量的檢測(cè)。IOM4050是開(kāi)關(guān)量到計(jì)算機(jī)的接口單元，用于開(kāi)關(guān)量的輸出如電動(dòng)機(jī)起停、開(kāi)關(guān)門(mén)等。它們都具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。內(nèi)置微處理器，只需二根導(dǎo)線通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)與控制主機(jī)相互通訊，基于ASCⅡ碼的命令/底層協(xié)議，可以用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)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(luò)。模塊的地址存儲(chǔ)在模塊的EEPROM中，可由控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行修改，內(nèi)置看門(mén)狗功能，保證可靠運(yùn)行。 　　使用多個(gè)模塊可以方便的構(gòu)成RS485網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可串接255個(gè)模塊，最大傳輸距離為1200米，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換即連到主計(jì)算機(jī)。 3 系統(tǒng)功能 　　所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求成本低廉，可靠性高，易于使用和維護(hù)，容易為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員接受，便于推廣應(yīng)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(jì)功能：可顯示、編輯臺(tái)時(shí)、配比、調(diào)整系統(tǒng)和皮重;對(duì)班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量和年產(chǎn)量自動(dòng)進(jìn)行累計(jì)。 　　2）工況圖動(dòng)態(tài)顯示：如電振機(jī)的振動(dòng)，電機(jī)的開(kāi)關(guān)門(mén)，出料，動(dòng)作過(guò)程真實(shí)生動(dòng)，且有文字提示。 　　3）檢測(cè)與故障診斷功能：如料位檢測(cè)、軸溫檢測(cè)與磨機(jī)故障診斷;自動(dòng)識(shí)別缺料、卡秤，啟動(dòng)報(bào)警并全線自動(dòng)停機(jī)，屏幕指示故障內(nèi)容。 　　4）磨機(jī)負(fù)荷、鈣鐵儀在線專(zhuān)家控制功能。 　　5）計(jì)算機(jī)輔助標(biāo)秤功能和方便的手動(dòng)控制功能，操作方便準(zhǔn)確可靠。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　微機(jī)配料系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于水泥廠的生熟料配料，早期開(kāi)發(fā)的配料系統(tǒng)的微機(jī)采用DOS操作系統(tǒng)，由C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。隨著Windows 操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，我們用Visual C++對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。微機(jī)配料系統(tǒng)采用單文檔界面，使用靜態(tài)鏈接庫(kù)，形成一個(gè)可執(zhí)行文件。 　　監(jiān)控的“實(shí)時(shí)”要求由定時(shí)器方法實(shí)現(xiàn)，定時(shí)時(shí)間為0.5秒。每個(gè)周期完成數(shù)據(jù)通訊、輸入輸出檢測(cè)、控制算法、輸出刷新、報(bào)警輸出、畫(huà)面顯示操作。數(shù)據(jù)通訊的實(shí)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(shí)現(xiàn)。菜單功能實(shí)現(xiàn)命令輸入，如運(yùn)行、暫停、打印等，對(duì)話框用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入。使用位圖進(jìn)行工況圖的顯示，通過(guò)周期調(diào)用不同畫(huà)面產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果，圖2為工況圖的動(dòng)畫(huà)效果圖。 　　磨機(jī)負(fù)荷的控制采用模糊與專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合的控制方法，由專(zhuān)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(zhuān)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(shí)查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; [align=center] 圖2 工況圖動(dòng)畫(huà)效果圖[/align] 5 用OPC接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換 　　OPC（OLE for Process Control）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用Client/Server模式，OPC軟件的開(kāi)發(fā)包括OPC Server軟件和OPC Client軟件的開(kāi)發(fā)。 　　VB中的OPC自動(dòng)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(xiě)OPC接口軟件。OPC Client軟件必須能實(shí)現(xiàn)與OPC Server的連接、斷開(kāi)，必須理解OPC服務(wù)器各對(duì)象間的相互關(guān)系。OPC 服務(wù)器包括三類(lèi)對(duì)象：服務(wù)器（Server）、組（Group）和數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）。 [align=center] 圖3 OPC Server開(kāi)發(fā)工具包使用流程圖[/align] 　　5.1 OPC 服務(wù)器與 OPC 客戶(hù)的通信機(jī)制 　　OPC 客戶(hù)要連接到 OPC服務(wù)器上，并建立OPC組和OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)。為了訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)，OPC客戶(hù)需要事先指定計(jì)算機(jī)名、OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器名和該服務(wù)器提供的的OPC項(xiàng)的定義。 　　客戶(hù)通過(guò)對(duì)其建立的OPC組與OPC項(xiàng)進(jìn)行訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，客戶(hù)選擇設(shè)備Device作為其訪問(wèn)的數(shù)據(jù)源?？蛻?hù)的過(guò)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)包括過(guò)程數(shù)據(jù)的讀取、寫(xiě)入等，過(guò)程數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)采用同步讀/寫(xiě)。 　　5.2 OPC服務(wù)器應(yīng)用程序的編制 　　服務(wù)器程序的編寫(xiě)需調(diào)用工具包接口,其流程圖如圖3所示。 　　5.3 OPC客戶(hù)應(yīng)用程序的編制 　　客戶(hù)端和服務(wù)器的交互主要分為：創(chuàng)建并連接服務(wù)器對(duì)象;添加組、項(xiàng);進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作?？蛻?hù)端OPC接口及控制程序流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 客戶(hù)端程序流程圖[/align] 6 故障診斷規(guī)則 　　為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，本系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，增加了故障診斷功能，主要依據(jù)原則如下：電振機(jī)溢料：當(dāng)計(jì)算機(jī)控制電磁振動(dòng)給料機(jī)的信號(hào)為0時(shí)（停止電振動(dòng)機(jī)振動(dòng)）電振機(jī)繼續(xù)下料，即為電振機(jī)溢料，主要表現(xiàn)為控制為0，壓力檢測(cè)信號(hào)不斷增加，故障原因：①可控硅擊穿②電振機(jī)故障③輸出板故障。 　　電振機(jī)卡料：當(dāng)計(jì)算機(jī)控制電磁振動(dòng)給料信號(hào)有輸出（不為0）時(shí)，電磁振動(dòng)給料機(jī)不振。主要表現(xiàn)為：當(dāng)電振機(jī)控制有信號(hào)時(shí)，重量檢測(cè)不變。故障原因?yàn)椋孩倏煽毓鑹?②電振機(jī)故障;③輸出板故障;④重量檢測(cè)電路故障。 　　料斗溢料：電機(jī)關(guān)門(mén)未能關(guān)閉。主要表現(xiàn)為重量為皮重量。故障原因：①電機(jī)關(guān)門(mén)裝置壞;②繼電器壞;③檢測(cè)板壞。 　　料斗卡料：電機(jī)不能開(kāi)門(mén)。主要表現(xiàn)為重量不能減少。故障原因：①電機(jī)開(kāi)門(mén)裝置壞;②繼電器壞;③檢測(cè)板壞 　　超時(shí)：指在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)不能完成全部配料程序使周期加長(zhǎng)。原因：電振機(jī)振幅太小，臺(tái)時(shí)太大，而使給料時(shí)間太長(zhǎng)。 　　故障停：①量程達(dá)到滿刻度，如A/D輸入0-5V，當(dāng)輸入大于等于5V時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換值不能反映實(shí)際重量。②量程超過(guò)一定限度，如小斗最多稱(chēng)100公斤，當(dāng)達(dá)到此值時(shí)，③長(zhǎng)時(shí)間不能完成本周期，若每周期20秒，當(dāng)60秒未完成，則停機(jī)。 7 結(jié)束語(yǔ) 　　本控制系統(tǒng)已在多家小水泥廠應(yīng)用，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)實(shí)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(bào)警、打印等，使操作人員能很快發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)當(dāng)中發(fā)生的故障，縮短了處理故障時(shí)間，提高了工藝管理水平，勞動(dòng)強(qiáng)度明顯減少，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的效益。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為：提出了一種基于總線的低成本水泥微機(jī)配料系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，同時(shí)具有故障診斷功能。 參考文獻(xiàn): 　　[1]黃金鳳,李占賢.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的微機(jī)配料系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2002,21（3）,35-36 　　[2]王建民 孫鐵強(qiáng).工控軟件的VC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)及微機(jī)配料軟件的設(shè)計(jì)[J].河北理工學(xué)院學(xué)報(bào),2002.S1,25-27 　　[3]黃采倫 彭獻(xiàn)武.水泥生料微機(jī)配料系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,1998,6:23-25 　　[4]石林鎖,王濤,劉順波.基于OPC規(guī)范的客戶(hù)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2003,5,69-69.E-mail:zdhua@heut.edu.cn