在水泥的生产工艺过程中, 决定水泥质量的关键因素是水泥的生料、 熟料的配比, 由于水泥生产配料的方法的多样性和组成的差异性的存在, 人工方法无法快速、 准确、 实时的控制配料过程, 因此采用人工配料方法生产的水泥质量难以得到保证。目前国内仍有许多中小型水泥厂采用人工配料或半自动化配料, 严重影响了水泥的质量和产量, 而一些现有的微机配料系统由于设备技术落后面临更新换代。因此开发适合中小水泥厂的新一代微机配料系统具有广泛的市场需求, 并将为水泥企业带来较大的社会效益和经济效益。

水泥微机配料系统要求能够适应恶劣的现场环境, 运行稳定, 抗干扰能力强, 计量准确, 有数据加工处理能力。采用一系列新技术, 新思想, 例如采用现场总线技术和智能模块构成新型微机配料系统, 可以提高系统的可靠性和易维护性。新型微机配料系统应具有成本低廉, 可靠性高, 易于使用和维护等特性, 从而容易为现场运行人员接受, 便于广泛推广和应用。此外工厂自动化的发展方向是全厂的自动化控制与管理, 新型微机配料系统组成的全厂计算机监控系统, 可以解决自动化孤岛的问题。

斗秤水泥配料系统, 具有静态计量准确, 结构简单, 造价低等优点。本文以斗秤为例, 介绍了一种基于可编程智能模块、 工业控制计算机和 RS485 总线通讯方式的水泥微机配料系统。

2 系统总体设计

2.1 设计指导思想

1) 利用先进、 有效的智能控制技术开发研制出高品质、 新一代的水泥智能配料系统, 不断提高我国水泥配料设备的档次和生产管理水平, 促进我国水泥产品质量和行业竞争能力的提高。

2) 利用最新的工业计算机硬件技术、 网络通信技术以及智能控制技术, 实现一种高性能、 高可靠、 低成本的自动化系统。

3) 软件系统的设计和硬件设备的选型充分考虑整个系统的开放性和可移植性, 保证系统具有良好的规模伸缩性, 以便于不同规模水泥窑进行配料系统的实施, 逐步实现全厂的生产与管理综合自动化。

2.2 系统体系结构

为了保证水泥微机配料系统的通用性、 先进性, 达到高性能价格比、 系统稳定和可靠的目标, 采用以下结构设计:

1 ) 采用通用型工业控制计算机和 RS485 现场总线来实现信号的采集、 处理、 控制和输出。

2 ) 模块化、 标准化设计, 通用性强、 维护方便、 可扩展性强;

3 ) 基于丰富的 PC 软件, 使控制系统应用软件开发周期短;

4 )可靠的接地并附加信号调理及隔离模块保证信号的稳定;

5 ) 严格的测试程序保证系统的可靠性。

2.3 系统功能

1 ) 显示台时、 配比、 料给量、 料重、 信号和累计量, 对班产量、 日产量、 月产量和年产量进行自动累计;

2 ) 工况图动态显示, 如电振机的振动, 电机的开关门, 出料。动作过程真实生动, 且有文字提示;

3 ) 数据编辑的功能: 输入台时、 配比、 系数;

4 ) 自动识别缺料、 卡秤, 故障自动报警并全线自动停机, 屏幕指示故障内容;

5 ) 计算机辅助标秤功能, 操作方便准确可靠;

6 ) 计算精度: 0.5 % ;

7 ) 微机控制 1- 8路;

8 ) 方便的手动控制功能, 可进行单路上料的控制;

9 )信号检测采用 RS485 总线传输, 传输距离可达 1.2 公里;

10 ) 配料微机与厂级监控计算机通过以太网构成网络。

3 硬件设计

 该系统由 3 级两个层次组成。传感器和执行器及信号变换模块构成第 1 级——— 检测及驱动; 工业控制计算机构成第 2 级——— 现场控制; 管理计算机为第 3 级——— 车间管理、 厂长管理。第 1 级和第 2 级组成了基础自动化层, 第 3 级为管理自动化层。监控计算机与管理计算机构成一个局域网, 管理人员可以随时在网上查看现场生产信息。

3.1 信号变换

A/D 变换采用 IOM4017 模块, D/O 变换采用 IOM4050 模块, 其中电磁振动给料机由一块 IOM4050 控制, 开门电机由一块 IOM4050 控制。 IOM4017 和 IOM4050 模块是自主开发的 A/D和 D/O 转换模块, 具有抗干扰能力强, 可靠性高, 传输距离远等特点。 它只需二根导线通过 RS485 网络即可与控制主机相互通讯。 使用多个模块可以方便的构成 RS485 分布式的控制系统网络。每个网络最多可串接 255 个模块, 该网络通过 RS232/RS485 转换即可连到控制计算机。

3.2 RS485 总线

RS485 是一种半双工传输的通讯总线 , 只有两条信号线,一条为信号线正, 一条为信号线负, 分别标为 A 和 B, 或DA-TA+ 、 DATA- 。 RS485 采用差分传输, 最大传输距离为 1.2Km 米。模块连接时总线的信号正与各个模块的 DATA+ 相接, 总线的信号负与模块的 DATA- 相接。

4 软件设计

Visual C++ 是为开发 Windows 应用程序而创建的一种循序渐进的编程工具。它的高性能及高度集成的开发环境, 可使用户方便地创建和调试 Windows 应用程序。与 Visual Basic 相比,Visual C++ 具有高效、 高可靠的特点, 是编写微机监控系统的优选软件之一。 本系统采用 Visual C++ 编写。 微机配料系统采用单文档界面, 使用静态链接库, 形成一个可执行文件。 

4.2 功能设计

监控的“ 实时” 要求由定时器方法实现, 定时时间为 0.5 秒。每个周期完成数据通讯、 输入输出检测、 控制算法、 输出刷新、报警输出、 画面显示操作。 数据通讯的实现采用多线程。 命令及数据的输入由 Windows 操作系统提供的命令及数据输入方法实现。菜单功能实现命令输入, 如运行、 暂停、 打印等, 对话框用来进行数据的输入。

4.3 界面设计

斗秤微机配料控制界面如图 3 所示。该界面使用位图进行工况图的显示, 通过周期调用不同画面产生动画效果, 表现工况图的动画效果。

5 结束语

本文创新点: 基于可编程智能模块、工业控制计算机和RS485 现场总线实现信号的采集、 处理、 控制和输出, 构成了一种具有高性价比的斗秤水泥微机配料系统; 采用局域网实现了现场监控计算机与管理计算机间的通讯; 系统软件采用模块化方法使用 VC++ 编制。实际运行表明, 该系统运行可靠, 维护使用方便, 人机界面友好, 具有良好的控制效果。该系统经过改进可用于失重秤、 调速秤、 皮带秤等微机配料系统, 在微机配料方面具有较大的推广应用价值。

参考文献

[1]黄采伦， 彭献武. 水泥生料微机配料系统[J]微计算机信息,1998， (6):23- 25.

作者简介: 王东涛 (1965- ), 男( 汉族) , 河北省唐山市人, 河北理工大学计算机与自动控制学院副教授, 工学硕士, 主要研究方向为电力系统安全分析和计算机控制及应用。

通讯地址 :(063009 河北 河北省唐山市新华西道 46 号河北理工大学计算机与自动控制学院 ) 王东涛