基于現(xiàn)場(chǎng)總線的干粉配料柔性控制系統(tǒng)

1、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的干粉配料柔性控制系統(tǒng)摘要:闡述了應(yīng)用Lon Works 現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)干粉預(yù)制砂漿配料控制的原理及方法,采用Lon Works 構(gòu)成的配料控制系統(tǒng),互操作性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、配比調(diào)整方便。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線;LON WORKS;互操作;干混料干粉料(Drymix) 又稱干混料、干拌料。是一種將干粉狀的建筑骨料、粘結(jié)劑、與添加劑等均勻混合,用袋裝或散裝的形式運(yùn)到建筑工地加水后即可直接使用的砂漿類建材。干粉料以其科學(xué)的配比、優(yōu)良的質(zhì)量、便捷的施工,在建筑及裝修、裝飾業(yè)得到廣泛應(yīng)用,具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期從事新型建材技術(shù)的研究,在理論及實(shí)踐上具有很高的水平,已有200 多種干粉料

2、品種的技術(shù)配比。生產(chǎn)高質(zhì)量的干粉料產(chǎn)品的保證是嚴(yán)格按配方要求準(zhǔn)確配料,并且提高混合的均勻性,配比控制已成為保證目標(biāo)產(chǎn)品使用性能的關(guān)鍵。控制中心是整個(gè)水泥干粉料生產(chǎn)系統(tǒng)的核心,需要靈活、可靠和高性能,利用現(xiàn)代先進(jìn)的控制設(shè)備及技術(shù),建立多樣化的砂漿配比庫(kù)及在線快速反應(yīng)控制單元是可行的和急需的。以干粉料的電子配比庫(kù)為輸入驅(qū)動(dòng)源,建立快速自適應(yīng)控制中心,該中心能迅速更換不同配比、不同性質(zhì)的干粉料產(chǎn)品的生產(chǎn)控制流程,實(shí)現(xiàn)干粉料的生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)干粉柔性控制中心的控制量及性能要求分析,確定以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)的組網(wǎng)方案?，F(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)中用于現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向多站的通信系統(tǒng)。是過(guò)程控制

3、技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交會(huì)點(diǎn)。采用現(xiàn)場(chǎng)總線主要解決如下問(wèn)題:計(jì)量控制單元、攪拌控制單元、誤差自動(dòng)補(bǔ)償單元的準(zhǔn)確性、可靠性、快速反應(yīng)性;設(shè)備各種參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信息的發(fā)送,各種狀態(tài)參數(shù)表達(dá)和報(bào)警處理;事故追憶和趨勢(shì)分析;高性能、高效率的自流式儲(chǔ)料裝置及混料裝置。1 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)FCS1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概述現(xiàn)場(chǎng)總線是20 世紀(jì)80 年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的,是為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成,實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化,達(dá)到在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行可靠、廉價(jià)、互操作的目的。現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢(shì),將逐步取代傳統(tǒng)的PLC 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線的控制方法。

4、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種集總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)及智能傳感技術(shù)于一身的新型控制技術(shù)。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61158 標(biāo)準(zhǔn)的定義,現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。它是適合于工業(yè)控制要求的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線把微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備,使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力,這一方面提高了信號(hào)的測(cè)量、控制和傳輸精度,同時(shí)為豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境下,借助現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其它網(wǎng)段,實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。由于現(xiàn)場(chǎng)總線強(qiáng)調(diào)遵循公開(kāi)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),因而有條件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互

5、操作性和互換性,用戶可以把不同廠家、不同品牌的產(chǎn)品集成在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),并可在同功能的產(chǎn)品之間進(jìn)行相互替換,使用戶具有了自控設(shè)備選擇、集成的主動(dòng)權(quán)。1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的分類及比較現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多1 ,按照現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用層次將它分成如下幾種: 傳感器總線最底層的總線,只進(jìn)行少量數(shù)據(jù)傳輸。如ASI、Interbus - S 等。設(shè)備總線最常用的一種總線形式,為智能設(shè)備提供通信服務(wù),在這一層次上,智能設(shè)備能夠執(zhí)行多種功能,提供通信和診斷信息服務(wù)。這類總線包括:CAN、DeviceNet 、Lon Works、Profibus - DP 等。車間級(jí)總線設(shè)備總線的上一層次,他支持大數(shù)據(jù)量的傳輸,但傳輸速度較

6、慢,要求設(shè)備處理器有較高的性能,有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)能在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中直接支持分布式控制功能。這類總線包括: FF、Profibus - PA、WorldFIP、Lon Works 等?？刂萍?jí)總線主要定向于PLC、DCS 控制器等高層次控制設(shè)備件的對(duì)等通信,諸如Cont rolNet 。企業(yè)級(jí)總線骨干網(wǎng)絡(luò)是為企業(yè)事務(wù)服務(wù)的,主要形式是在Ethernet 基礎(chǔ)上運(yùn)行TCP/ IP 協(xié)議。幾種流行現(xiàn)場(chǎng)總線的比較如表1 所示。1.3 LON WORKSLon Works 是由美國(guó)ECHELON 公司于20 世紀(jì)90 年代初推出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),Lon (Local Operating Network)

7、 的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò),它是用于開(kāi)發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái),并具有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一切特點(diǎn)。Lon Words 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能節(jié)點(diǎn)組成,每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)可具有多種型式的I/ O 功能,節(jié)點(diǎn)之間可通過(guò)不同的傳輸媒介進(jìn)行通信,并遵守ISO/ OSI 的7 層模型,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lon Works 支持與其他協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作;ECHELON 提供相應(yīng)可以嵌入產(chǎn)品的軟件和硬件,使得Lon Works 應(yīng)用程序可以在非Neu2ron 芯片的主機(jī)上運(yùn)行,任何微控制器、PC 機(jī)、工作站或計(jì)算機(jī)都可以作為L(zhǎng)on Works 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)通信。神經(jīng)元芯片處理現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)的全部任務(wù),

8、還能處理現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器的動(dòng)作以及數(shù)字邏輯運(yùn)算等現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)。Lon Talk 是OSI 參考模型面向現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象應(yīng)用的一個(gè)子集。它比現(xiàn)場(chǎng)總線歷來(lái)推薦的功能覆蓋面更廣,支持多介質(zhì)、大網(wǎng)絡(luò)。這為工廠制造自動(dòng)化的測(cè)、控、管一體化提供了全局性的解決方案,而且都可通過(guò)固化有Lon Talk 協(xié)議的神經(jīng)元芯片實(shí)現(xiàn)同生產(chǎn)管理級(jí)互聯(lián)。另外, Lon Works總線開(kāi)發(fā)系統(tǒng)支持各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選擇不同的收發(fā)器可構(gòu)成星形、環(huán)形、樹形或混合形結(jié)構(gòu);而尋址由協(xié)議來(lái)解決,這樣現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)更加靈活。2 干粉配料控制系統(tǒng)2.1 主要被控對(duì)象1) 料倉(cāng)控制閥:水泥倉(cāng)下料口控制閥、石灰粉倉(cāng)下料口控制閥、石英砂下料口控制閥、粉煤灰下料口控

9、制閥、添加劑下料口控制閥;2) 料位監(jiān)測(cè)儀:水泥倉(cāng)料位儀、石灰粉倉(cāng)料位儀、石英砂料位儀、粉煤灰料位儀、添加劑料位儀;3) 進(jìn)料閥門:水泥倉(cāng)進(jìn)料口控制閥、石灰粉倉(cāng)進(jìn)料口控制閥、石英砂進(jìn)料口控制閥、粉煤灰進(jìn)口控制閥、添加劑進(jìn)料口控制閥;4) 皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控:石英砂皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制;5) 電子皮帶秤稱料監(jiān)控:石英砂電子皮帶秤稱量調(diào)節(jié)控制、粉煤灰電子皮帶秤稱量調(diào)節(jié)控制;6) 螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控:水泥螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、石灰粉螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制;7) 混料倉(cāng)監(jiān)控;8) 烘干機(jī)監(jiān)控。2.2 配料控制系

10、統(tǒng)組成配料控制系統(tǒng)組成如圖1 所示。該系統(tǒng)以現(xiàn)有計(jì)量控制設(shè)備如電子皮帶秤、螺旋絞刀泵、核子秤等為基礎(chǔ),在這些現(xiàn)有配料控制設(shè)備的輸入端連接相應(yīng)的Lon Works 節(jié)點(diǎn),將非LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備集成到現(xiàn)場(chǎng)總線中,構(gòu)成基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)。這里所用的節(jié)點(diǎn)主要包括:PCL TA - 10 適配卡與PC 及連接構(gòu)成Lon Works 網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控節(jié)點(diǎn);Lon Works/ 4 - 20mA 轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將符合DDZ - 型標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)4 - 20mA 的控制設(shè)備集成到現(xiàn)場(chǎng)總線上;Lon Works/ 485/ 232 轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將數(shù)字接口控制設(shè)備集成到現(xiàn)場(chǎng)總線上;開(kāi)關(guān)量的監(jiān)測(cè)與控制由Lon Wo

11、rks 控制節(jié)點(diǎn)的I/ O 模塊完成。2.3 配料柔性控制通過(guò)LONWORKS 節(jié)點(diǎn)將不同類型、不同組分的喂料計(jì)量設(shè)備集成到現(xiàn)場(chǎng)總線后,單機(jī)設(shè)備不再是信息的孤島,可在配料管理軟件控制下協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)不同組分干粉配料的靈活生產(chǎn),快速滿足不同用戶對(duì)產(chǎn)品的要求。干粉配料生產(chǎn)監(jiān)控管理軟件功能包括:干粉料品種配比專家數(shù)據(jù)庫(kù)、干粉料配比設(shè)置、產(chǎn)量設(shè)置、生產(chǎn)率設(shè)置、各組份流量分配、配料設(shè)備容差設(shè)置、料倉(cāng)料位上下限設(shè)置、單機(jī)控制與聯(lián)機(jī)控制選擇、手動(dòng)與自動(dòng)切換、調(diào)試與運(yùn)行切換、各配料設(shè)備實(shí)際流量指示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示、設(shè)備工作異常報(bào)警、故障處理與歷史追溯等。3 結(jié)論干粉柔性控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多種干粉原材料嚴(yán)格按照一定的科