1 引言

　　目前我國中小型水泥廠在水泥生產中所占的比例不小，為達到節(jié)能降耗、提高質量的目的，采用現場總線技術和智能模塊，設計一種低成本，可靠性高，易于維護，操作方便的新型微機配料系統，符合我國為數眾多的中小水泥企業(yè)的要求。為此，我們開發(fā)了基于現場總線的小型水泥生產配料控制系統，并應用于實際生產。本系統不僅提高了生產的可靠性，提高了質量，同時為水泥企業(yè)帶來了明顯的經濟效益。

　　2 系統組成

　　整個控制系統由兩大部分組成——計算機和控制柜，通過工業(yè)以太網將計算機連接起來，系統組成結構如圖1所示。配料控制計算機通過RS485通訊接口和電氣控制柜內的遠端數據采集模塊進行通訊。RS485是一種簡單的工業(yè)現場總線標準，具有良好的抗干擾性和可擴展性，在微機的標準RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉換模塊，就構成了微機的RS485接口，采用這種通訊結構后，微機和它所控制的設備只有簡單的總線連接，避免了將過多的連線引入微機造成的干擾，配料控制計算機可采用工業(yè)控制計算機或通用型微機。

　　在總線式工控機中，STD總線已較少實用，PC總線工控機價格便宜，軟件、硬件開發(fā)環(huán)境好、用戶界面好等優(yōu)點而得到廣泛的應用，影響極大，使PC總線成為事實上的標準總線。工業(yè)控制計算機使用工業(yè)級電源，采用密封機箱、正壓送風技術，用橡膠墊作防震緩沖，采用模塊化結構，同時配置了能適應工業(yè)控制要求的實時多任務操作系統，對工控領域的吸引力是很大。因此本系統采用工業(yè)控制計算機作為過程控制計算機。

　　圖1 基于總線的微機配料控制系統的組成結構

　　選擇模塊作為檢測與控制信號方式時，模擬信號檢測采用IOM4017L模塊，電磁振動給料機和開門電機等由IOM4050控制。

　　IOM4017L是便攜的、模擬量檢測到計算機的接口單元，用于模擬量的檢測。IOM4050是開關量到計算機的接口單元，用于開關量的輸出如電動機起停、開關門等。它們都具有抗干擾能力強，可靠性高，傳輸距離遠等特點。內置微處理器，只需二根導線通過RS485網絡與控制主機相互通訊，基于ASCⅡ碼的命令/底層協議，可以用高級語言編寫應用程序，且可以使用組態(tài)軟件如INTONCH、FIX等組態(tài)成為各種監(jiān)控網絡。模塊的地址存儲在模塊的EEPROM中，可由控制計算機進行修改，內置看門狗功能，保證可靠運行。

　　使用多個模塊可以方便的構成RS485網絡，每個網絡最多可串接255個模塊，最大傳輸距離為1200米，該網絡通過RS232/RS485轉換即連到主計算機。

　　3 系統功能

　　所設計的系統要求成本低廉，可靠性高，易于使用和維護，容易為現場運行人員接受，便于推廣應用。為此，該系統具備如下功能：

　　1）數據顯示、編輯和統計功能：可顯示、編輯臺時、配比、調整系統和皮重；對班產量、日產量、月產量和年產量自動進行累計。

　　2）工況圖動態(tài)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）檢測與故障診斷功能：如料位檢測、軸溫檢測與磨機故障診斷；自動識別缺料、卡秤，啟動報警并全線自動停機，屏幕指示故障內容。

　　4）磨機負荷、鈣鐵儀在線專家控制功能。

　　5）計算機輔助標秤功能和方便的手動控制功能，操作方便準確可靠。

　　4 系統軟件設計

　　微機配料系統廣泛應用于水泥廠的生熟料配料，早期開發(fā)的配料系統的微機采用DOS操作系統，由C語言開發(fā)。隨著Windows 操作系統的廣泛應用，我們用Visual C++對原系統進行了重新設計。微機配料系統采用單文檔界面，使用靜態(tài)鏈接庫，形成一個可執(zhí)行文件。

　　監(jiān)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、控制算法、輸出刷新、報警輸出、畫面顯示操作。數據通訊的實現采用多線程。命令及數據的輸入由Windows操作系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。使用位圖進行工況圖的顯示，通過周期調用不同畫面產生動畫效果，圖2為工況圖的動畫效果圖。

圖2 工況圖動畫效果圖

　　磨機負荷的控制采用模糊與專家系統相結合的控制方法，由專家系統確定模糊參數，模糊算法確定下料量的大小。使用的模糊控制主要函數有：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。使用的專家控制主要函數有：推理函數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）；事實查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate，char ＊name1，char ＊name2）。

　　5 用OPC接口實現網絡數據交換

　　OPC（OLE for Process Control）是一個工業(yè)標準，采用Client/Server模式，OPC軟件的開發(fā)包括OPC Server軟件和OPC Client軟件的開發(fā)。

　　VB中的OPC自動化接口為OPC Client軟件的編制提供了方便快捷的編程方式，本系統的智能控制VB軟件按Client模式編寫OPC接口軟件。OPC Client軟件必須能實現與OPC Server的連接、斷開，必須理解OPC服務器各對象間的相互關系。OPC 服務器包括三類對象：服務器（Server）、組（Group）和數據項（Item）。

　　圖3 OPC Server開發(fā)工具包使用流程圖

　　5.1 OPC 服務器與 OPC 客戶的通信機制

　　OPC 客戶要連接到 OPC服務器上，并建立OPC組和OPC數據項。為了訪問過程數據，OPC客戶需要事先指定計算機名、OPC數據訪問服務器名和該服務器提供的的OPC項的定義。

　　客戶通過對其建立的OPC組與OPC項進行訪問實現對過程數據的訪問，客戶選擇設備Device作為其訪問的數據源?？蛻舻倪^程數據訪問包括過程數據的讀取、寫入等，過程數據的讀/寫采用同步讀/寫。

　　5.2 OPC服務器應用程序的編制

　　服務器程序的編寫需調用工具包接口，其流程圖如圖3所示。

　　5.3 OPC客戶應用程序的編制

　　客戶端和服務器的交互主要分為：創(chuàng)建并連接服務器對象；添加組、項；進行數據的讀寫操作?？蛻舳薕PC接口及控制程序流程如圖4所示。

　　圖4 客戶端程序流程圖

　　6 故障診斷規(guī)則

　　為了及時發(fā)現生產中出現的問題，本系統根據生產經驗，增加了故障診斷功能，主要依據原則如下：電振機溢料：當計算機控制電磁振動給料機的信號為0時（停止電振動機振動）電振機繼續(xù)下料，即為電振機溢料，主要表現為控制為0，壓力檢測信號不斷增加，故障原因：①可控硅擊穿②電振機故障③輸出板故障。

　　電振機卡料：當計算機控制電磁振動給料信號有輸出（不為0）時，電磁振動給料機不振。主要表現為：當電振機控制有信號時，重量檢測不變。故障原因為：①可控硅壞；②電振機故障；③輸出板故障；④重量檢測電路故障。

　　料斗溢料：電機關門未能關閉。主要表現為重量為皮重量。故障原因：①電機關門裝置壞；②繼電器壞；③檢測板壞。

　　料斗卡料：電機不能開門。主要表現為重量不能減少。故障原因：①電機開門裝置壞；②繼電器壞；③檢測板壞

　　超時：指在規(guī)定的時間周期內不能完成全部配料程序使周期加長。原因：電振機振幅太小，臺時太大，而使給料時間太長。

　　故障停：①量程達到滿刻度，如A/D輸入0-5V，當輸入大于等于5V時，A/D轉換值不能反映實際重量。②量程超過一定限度，如小斗最多稱100公斤，當達到此值時，③長時間不能完成本周期，若每周期20秒，當60秒未完成，則停機。

　　7 結束語

　　本控制系統已在多家小水泥廠應用，實踐表明，該系統實現了控制功能要求，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，由于系統增加了許多功能，如顯示歷史數據、故障報警、打印等，使操作人員能很快發(fā)現生產當中發(fā)生的故障，縮短了處理故障時間，提高了工藝管理水平，勞動強度明顯減少，為企業(yè)帶來了顯著的效益。

　　本文作者創(chuàng)新點為：提出了一種基于總線的低成本水泥微機配料系統，該系統結構簡單，實用性強，同時具有故障診斷功能。

　　參考文獻:

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