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在水泥的生產(chǎn)工藝過程中, 決定水泥質(zhì)量的關(guān)鍵因素是水泥的生料、 熟料的配比, 由于水泥生產(chǎn)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(zhǔn)確、 實(shí)時(shí)的控制配料過程, 因此采用人工配料方法生產(chǎn)的水泥質(zhì)量難以得到保證。目前國內(nèi)仍有許多中小型水泥廠采用人工配料或半自動(dòng)化配料, 嚴(yán)重影響了水泥的質(zhì)量和產(chǎn)量, 而一些現(xiàn)有的微機(jī)配料系統(tǒng)由于設(shè)備技術(shù)落后面臨更新?lián)Q代。因此開發(fā)適合中小水泥廠的新一代微機(jī)配料系統(tǒng)具有廣泛的市場(chǎng)需求, 并將為水泥企業(yè)帶來較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

水泥微機(jī)配料系統(tǒng)要求能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境, 運(yùn)行穩(wěn)定, 抗干擾能力強(qiáng), 計(jì)量準(zhǔn)確, 有數(shù)據(jù)加工處理能力。采用一系列新技術(shù), 新思想, 例如采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和智能模塊構(gòu)成新型微機(jī)配料系統(tǒng), 可以提高系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。新型微機(jī)配料系統(tǒng)應(yīng)具有成本低廉, 可靠性高, 易于使用和維護(hù)等特性, 從而容易為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員接受, 便于廣泛推廣和應(yīng)用。此外工廠自動(dòng)化的發(fā)展方向是全廠的自動(dòng)化控制與管理, 新型微機(jī)配料系統(tǒng)組成的全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng), 可以解決自動(dòng)化孤島的問題。

斗秤水泥配料系統(tǒng), 具有靜態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。本文以斗秤為例, 介紹了一種基于可編程智能模塊、 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和 RS485 總線通訊方式的水泥微機(jī)配料系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

1) 利用先進(jìn)、 有效的智能控制技術(shù)開發(fā)研制出高品質(zhì)、 新一代的水泥智能配料系統(tǒng), 不斷提高我國水泥配料設(shè)備的檔次和生產(chǎn)管理水平, 促進(jìn)我國水泥產(chǎn)品質(zhì)量和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的提高。

2) 利用最新的工業(yè)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及智能控制技術(shù), 實(shí)現(xiàn)一種高性能、 高可靠、 低成本的自動(dòng)化系統(tǒng)。

3) 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和硬件設(shè)備的選型充分考慮整個(gè)系統(tǒng)的開放性和可移植性, 保證系統(tǒng)具有良好的規(guī)模伸縮性, 以便于不同規(guī)模水泥窯進(jìn)行配料系統(tǒng)的實(shí)施, 逐步實(shí)現(xiàn)全廠的生產(chǎn)與管理綜合自動(dòng)化。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

為了保證水泥微機(jī)配料系統(tǒng)的通用性、 先進(jìn)性, 達(dá)到高性能價(jià)格比、 系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的目標(biāo), 采用以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):

1 ) 采用通用型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和 RS485 現(xiàn)場(chǎng)總線來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、 處理、 控制和輸出。

2 ) 模塊化、 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì), 通用性強(qiáng)、 維護(hù)方便、 可擴(kuò)展性強(qiáng);

3 ) 基于豐富的 PC 軟件, 使控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)周期短;

4 )可靠的接地并附加信號(hào)調(diào)理及隔離模塊保證信號(hào)的穩(wěn)定;

5 ) 嚴(yán)格的測(cè)試程序保證系統(tǒng)的可靠性。

2.3 系統(tǒng)功能

1 ) 顯示臺(tái)時(shí)、 配比、 料給量、 料重、 信號(hào)和累計(jì)量, 對(duì)班產(chǎn)量、 日產(chǎn)量、 月產(chǎn)量和年產(chǎn)量進(jìn)行自動(dòng)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)的開關(guān)門, 出料。動(dòng)作過程真實(shí)生動(dòng), 且有文字提示;

3 ) 數(shù)據(jù)編輯的功能: 輸入臺(tái)時(shí)、 配比、 系數(shù);

4 ) 自動(dòng)識(shí)別缺料、 卡秤, 故障自動(dòng)報(bào)警并全線自動(dòng)停機(jī), 屏幕指示故障內(nèi)容;

5 ) 計(jì)算機(jī)輔助標(biāo)秤功能, 操作方便準(zhǔn)確可靠;

6 ) 計(jì)算精度: 0.5 % ;

7 ) 微機(jī)控制 1- 8路;

8 ) 方便的手動(dòng)控制功能, 可進(jìn)行單路上料的控制;

9 )信號(hào)檢測(cè)采用 RS485 總線傳輸, 傳輸距離可達(dá) 1.2 公里;

10 ) 配料微機(jī)與廠級(jí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。

3 硬件設(shè)計(jì)

 該系統(tǒng)由 3 級(jí)兩個(gè)層次組成。傳感器和執(zhí)行器及信號(hào)變換模塊構(gòu)成第 1 級(jí)——— 檢測(cè)及驅(qū)動(dòng); 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成第 2 級(jí)——— 現(xiàn)場(chǎng)控制; 管理計(jì)算機(jī)為第 3 級(jí)——— 車間管理、 廠長管理。第 1 級(jí)和第 2 級(jí)組成了基礎(chǔ)自動(dòng)化層, 第 3 級(jí)為管理自動(dòng)化層。監(jiān)控計(jì)算機(jī)與管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng), 管理人員可以隨時(shí)在網(wǎng)上查看現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息。

3.1 信號(hào)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(dòng)給料機(jī)由一塊 IOM4050 控制, 開門電機(jī)由一塊 IOM4050 控制。 IOM4017 和 IOM4050 模塊是自主開發(fā)的 A/D和 D/O 轉(zhuǎn)換模塊, 具有抗干擾能力強(qiáng), 可靠性高, 傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 它只需二根導(dǎo)線通過 RS485 網(wǎng)絡(luò)即可與控制主機(jī)相互通訊。 使用多個(gè)模塊可以方便的構(gòu)成 RS485 分布式的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可串接 255 個(gè)模塊, 該網(wǎng)絡(luò)通過 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換即可連到控制計(jì)算機(jī)。

3.2 RS485 總線

RS485 是一種半雙工傳輸?shù)耐ㄓ嵖偩€ , 只有兩條信號(hào)線,一條為信號(hào)線正, 一條為信號(hào)線負(fù), 分別標(biāo)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(shí)總線的信號(hào)正與各個(gè)模塊的 DATA+ 相接, 總線的信號(hào)負(fù)與模塊的 DATA- 相接。

4 軟件設(shè)計(jì)

Visual C++ 是為開發(fā) Windows 應(yīng)用程序而創(chuàng)建的一種循序漸進(jìn)的編程工具。它的高性能及高度集成的開發(fā)環(huán)境, 可使用戶方便地創(chuàng)建和調(diào)試 Windows 應(yīng)用程序。與 Visual Basic 相比,Visual C++ 具有高效、 高可靠的特點(diǎn), 是編寫微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)選軟件之一。 本系統(tǒng)采用 Visual C++ 編寫。 微機(jī)配料系統(tǒng)采用單文檔界面, 使用靜態(tài)鏈接庫, 形成一個(gè)可執(zhí)行文件。 

4.2 功能設(shè)計(jì)

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)話框用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入。

4.3 界面設(shè)計(jì)

斗秤微機(jī)配料控制界面如圖 3 所示。該界面使用位圖進(jìn)行工況圖的顯示, 通過周期調(diào)用不同畫面產(chǎn)生動(dòng)畫效果, 表現(xiàn)工況圖的動(dòng)畫效果。

5 結(jié)束語

本文創(chuàng)新點(diǎn): 基于可編程智能模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和RS485 現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、 處理、 控制和輸出, 構(gòu)成了一種具有高性價(jià)比的斗秤水泥微機(jī)配料系統(tǒng); 采用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與管理計(jì)算機(jī)間的通訊; 系統(tǒng)軟件采用模塊化方法使用 VC++ 編制。實(shí)際運(yùn)行表明, 該系統(tǒng)運(yùn)行可靠, 維護(hù)使用方便, 人機(jī)界面友好, 具有良好的控制效果。該系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)可用于失重秤、 調(diào)速秤、 皮帶秤等微機(jī)配料系統(tǒng), 在微機(jī)配料方面具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]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.

作者簡(jiǎn)介: 王東濤 (1965- ), 男( 漢族) , 河北省唐山市人, 河北理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制學(xué)院副教授, 工學(xué)碩士, 主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全分析和計(jì)算機(jī)控制及應(yīng)用。

通訊地址 :(063009 河北 河北省唐山市新華西道 46 號(hào)河北理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制學(xué)院 ) 王東濤