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此文章介紹了應用Lon Works 現(xiàn)場總線實現(xiàn)干粉預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)簡單可靠、配比調(diào)整方便。
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)得到廣泛應用,具有廣闊的應用前景。國內(nèi)經(jīng)過長期從事新型建材技術(shù)的研究,在理論及實踐上具有很高的水平,已有200 多種干粉料品種的技術(shù)配比。生產(chǎn)高質(zhì)量的干粉料產(chǎn)品的保證是嚴格按配方要求準確配料,并且提高混合系統(tǒng)的均勻性,配比控制已成為保證目標產(chǎn)品使用性能的關(guān)鍵。
控制中心是整個水泥干粉料生產(chǎn)系統(tǒng)的核心,需要靈活、可靠和高性能,利用現(xiàn)代先進的控制設(shè)備及技術(shù),建立多樣化的砂漿配比庫及在線快速反應控制單元是可行的和急需的。以干粉料的電子配比庫為輸入驅(qū)動源,建立快速自適應控制中心,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,實現(xiàn)干粉料的生產(chǎn)。通過對干粉柔性控制中心的控制量及性能要求分析,確定以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的組網(wǎng)方案?，F(xiàn)場總線是工業(yè)中用于現(xiàn)場儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向多站的通信系統(tǒng)。是過程控制技術(shù)、自動化稱重配料儀表技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交會點。采用現(xiàn)場總線主要解決如下問題:計量控制單元、攪拌控制單元、誤差自動補償單元的準確性、可靠性、快速反應性;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)表達和報警處理;事故追憶和趨勢分析;高性能、高效率的自流式儲料裝置及混料裝置。
1 　現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS
1.1 　現(xiàn)場總線的概述
現(xiàn)場總線是20 世紀80 年代中期在國際上發(fā)展起來的,是為了實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成,實現(xiàn)綜合自動化,達到在工業(yè)現(xiàn)場運行可靠、廉價、互操作的目的?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢,被認為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢,將逐步取代傳統(tǒng)的PLC 點對點接線的控制方法。現(xiàn)場總線技術(shù)是一種集總線技術(shù)、計算機技術(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)國際電工委員會的IEC61158 標準的定義,現(xiàn)場總線是一種應用于生產(chǎn)現(xiàn)場、現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點通信的通信網(wǎng)絡(luò)。它是適合于工業(yè)控制要求的通信網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場總線把微處理器置入現(xiàn)場自控設(shè)備,使設(shè)備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力,這一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度,同時為豐富控制信息的內(nèi)容、實現(xiàn)遠程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場總線的環(huán)境下,借助現(xiàn)場總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其它網(wǎng)段,實現(xiàn)異地遠程自動控制。由于現(xiàn)場總線強調(diào)遵循公開統(tǒng)一的技術(shù)標準,因而有條件實現(xiàn)設(shè)備的互操作性和互換性,用戶可以把不同廠家、不同品牌的產(chǎn)品集成在同一個系統(tǒng)內(nèi),并可在同功能的產(chǎn)品之間進行相互替換,使用戶具有了自控設(shè)備選擇、集成的主動權(quán)。
1.2 　現(xiàn)場總線的分類及比較
現(xiàn)場總線種類繁多[1 ] ,按照現(xiàn)場總線的應用層次將它分成如下幾種: ①傳感器總線　最底層的總線,只進行少量數(shù)據(jù)傳輸。如ASI、Interbus - S 等。②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,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。這類總線包括:CAN、DeviceNet 、Lon Works、Profibus - DP 等。③車間級總線　設(shè)備總線的上一層次,他支持大數(shù)據(jù)量的傳輸,但傳輸速度較慢,要求設(shè)備處理器有較高的性能,有的現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)能在現(xiàn)場設(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。④控制級總線　主要定向于PLC、DCS 控制器等高層次控制設(shè)備件的對等通信,諸如Cont rolNet 。⑤企業(yè)級總線　骨干網(wǎng)絡(luò)是為企業(yè)事務服務的,主要形式是在Ethernet 基礎(chǔ)上運行TCP/ IP 協(xié)議。
1.3 　LON WORKS
Lon Works 是由美國ECHELON 公司于20 世紀90 年代初推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù),Lon (Local Operating Network) 的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò),它是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個完整的技術(shù)平臺,并具有現(xiàn)場總線技術(shù)的一切特點。Lon Words 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能節(jié)點組成,每個智能節(jié)點可具有多種型式的I/ O 功能,節(jié)點之間可通過不同的傳輸媒介進行通信,并遵守ISO/ OSI 的7 層模型,被譽為通用控制網(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 提供相應可以嵌入產(chǎn)品的軟件和硬件,使得Lon Works 應用程序可以在非Neu2ron 芯片的主機上運行,任何微控制器、PC 機、工作站或計算機都可以作為Lon Works 網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點與其他節(jié)點通信。神經(jīng)元芯片處理現(xiàn)場互聯(lián)的全部任務,還能處理現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器的動作以及數(shù)字邏輯運算等現(xiàn)場任務。Lon Talk 是OSI 參考模型面向現(xiàn)場對象應用的一個子集。它比現(xiàn)場總線歷來推薦的功能覆蓋面更廣,支持多介質(zhì)、大網(wǎng)絡(luò)。這為工廠制造自動化的測、控、管一體化提供了全局性的解決方案,而且都可通過固化有Lon Talk 協(xié)議的神經(jīng)元芯片實現(xiàn)同生產(chǎn)管理級互聯(lián)。另外, Lon Works總線開發(fā)系統(tǒng)支持各種拓撲結(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)議來解決,這樣現(xiàn)場互聯(lián)更加靈活。
2 　干粉配料控制系統(tǒng)
2.1 　主要被控對象
1) 料倉控制閥:水泥倉下料口控制閥、石灰粉倉下料口控制閥、石英砂下料口控制閥、粉煤灰下料口控制閥、添加劑下料口控制閥;
2) 料位監(jiān)測儀:水泥倉料位儀、石灰粉倉料位儀、石英砂料位儀、粉煤灰料位儀、添加劑料位儀;
3) 進料閥門:水泥倉進料口控制閥、石灰粉倉進料口控制閥、石英砂進料口控制閥、粉煤灰進口控制閥、添加劑進料口控制閥;
4) 皮帶傳輸機電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控:石英砂皮帶傳輸機電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰皮帶傳輸機電機轉(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) 螺旋輸送機電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控:水泥螺旋輸送機電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰螺旋輸送機電機轉(zhuǎn)速調(diào)
節(jié)控制、石灰粉螺旋輸送機電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制;
7) 混料倉監(jiān)控;
8) 烘干機監(jiān)控。
2.2 　配料控制系統(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的Lon Works 節(jié)點,將非LonWorks 現(xiàn)場總線設(shè)備集成到現(xiàn)場總線中,構(gòu)成基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。這里所用的節(jié)點主要包括: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;Lon Works/ 4 - 20mA 轉(zhuǎn)換節(jié)點將符合DDZ - Ⅲ型標準模擬信號4 - 20mA 的控制設(shè)備集成到現(xiàn)場總線上;Lon Works/ 485/ 232 轉(zhuǎn)換節(jié)點將數(shù)字接口控制設(shè)備集成到現(xiàn)場總線上;開關(guān)量的監(jiān)測與控制由Lon Works 控制節(jié)點的I/ O 模塊完成。
2.3 　配料柔性控制
通過LONWORKS 節(jié)點將不同類型、不同組分的喂料計量設(shè)備集成到現(xiàn)場總線后,單機設(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、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、料倉料位上下限設(shè)置、單機控制與聯(lián)機控制選擇、手動與自動切換、調(diào)試與運行切換、各配料設(shè)備實際流量指示、設(shè)備運行狀態(tài)指示、設(shè)備工作異常報警、故障處理與歷史追溯等。
3 　結(jié)　論
干粉柔性配料控制系統(tǒng)是實現(xiàn)多種干粉原材料嚴格按照一定的科學配比,進行全自動化的、實時的、高精度的送料、稱料、拌料及包裝的控制裝置。該控制中心采用基于Lon Works 標準的現(xiàn)場總線進行監(jiān)控,結(jié)構(gòu)簡單,布線自由,通過節(jié)點控制器將非LonWorks 現(xiàn)場總線設(shè)備集成到現(xiàn)場總線中,節(jié)約設(shè)備投資。利用現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)控,實現(xiàn)快速更換不同的干粉原料配比、不同性質(zhì)的干粉料產(chǎn)品的控制流程。

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