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本文通過(guò)對(duì)煙臺(tái)某水泥廠(chǎng)配料系統(tǒng)基于CAN總線(xiàn)智能控制器的改造設(shè)計(jì)，大大提高了水泥配料精度，使產(chǎn)品質(zhì)量有了很大提高，并且經(jīng)過(guò)2年使用，得到了用戶(hù)的認(rèn)可：系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，界面簡(jiǎn)單直觀(guān)，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，稱(chēng)重儀表控制精度高，保證了水泥產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)又由于采用變頻控制結(jié)束，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排的環(huán)保指標(biāo)，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)通過(guò)改造設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用在鋼鐵配料燒結(jié)生產(chǎn)線(xiàn)，并可應(yīng)用于其他需要連續(xù)稱(chēng)重配料的場(chǎng)合。
概述
由于電子稱(chēng)重技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)配料控制系統(tǒng)中對(duì)電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求也越來(lái)越高，而目前被應(yīng)用的計(jì)算機(jī)配料系統(tǒng)多以工控機(jī)控制系統(tǒng)為主，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)模擬放大后被傳入載有采集板卡的工控機(jī)系統(tǒng)，此種配料系統(tǒng)有控制精度低、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，而且這種傳輸方法使用的導(dǎo)線(xiàn)多，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量大，投資高。操作人員在控制室不了解現(xiàn)場(chǎng)裝置的工作情況，不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和故障測(cè)試。因此需要一套具有高度的人性化設(shè)計(jì)、高可靠性，在正常及事故情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制，又能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，并可為調(diào)度室、決策層等管理層人員提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，儀便管理層人員可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況，避免人為的對(duì)數(shù)據(jù)弄虛作假的現(xiàn)象出現(xiàn)，及減少管理人員不必要的工作量的智能控制監(jiān)控系統(tǒng)。而近幾年來(lái)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)不斷地完善，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，得到市場(chǎng)的認(rèn)可。以下著重介紹了具備CAN總線(xiàn)功能的配料控制儀表的的水泥自動(dòng)配料監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
基于CAN總線(xiàn)水泥配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
控制器局部網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork）總線(xiàn)是當(dāng)今最為流行的五大總線(xiàn)之一，它是由德國(guó)Bosch公司首先提出來(lái)的，采用了ISO/OSI模型的物理層數(shù)、據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，硬件數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別機(jī)制，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。由于CAN總線(xiàn)采用面向數(shù)據(jù)而非面向節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，可任意增減網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)。CAN總線(xiàn)通信最高速率可達(dá)到1Mbps；傳輸速率為5kbps時(shí)，采用屏蔽雙絞線(xiàn)，傳輸距離可達(dá)10km，并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。
配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下要點(diǎn)：
1、為使阻抗匹配，應(yīng)保證總線(xiàn)兩端加120Ω的終端電阻；此總線(xiàn)匹配電阻在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)尤為重要，若總線(xiàn)電阻不符合標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)引起諸多通訊問(wèn)題。
2、CAN總線(xiàn)適配卡或者CAN總線(xiàn)通訊模塊（型號(hào)：NH-380）配有光電隔離器，可增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。
水泥配料控制系統(tǒng)的構(gòu)成
在混凝土配料系統(tǒng)中，一般是使用皮帶秤、給料機(jī)、螺旋秤等連續(xù)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行水泥原料的配比計(jì)量工作，系統(tǒng)配置如下：
1、配料控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用B/S模式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和現(xiàn)場(chǎng)控制功能，通過(guò)配置B/S模式服務(wù)器，連接本地局域網(wǎng)的各個(gè)具有權(quán)限用戶(hù)可隨時(shí)登陸服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看和打印工作，為了保證系統(tǒng)的安全性，為客戶(hù)提供具有用戶(hù)權(quán)限的訪(fǎng)問(wèn)模式，具備不通權(quán)限的用戶(hù)可進(jìn)行不同級(jí)別的數(shù)據(jù)操作。
系統(tǒng)上位機(jī)服務(wù)器負(fù)責(zé)各智能控制器參數(shù)的設(shè)置、起停等操作，變頻器參數(shù)設(shè)定，配料數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的查詢(xún)和打印工作等，同時(shí)負(fù)責(zé)提供Intarnet信息數(shù)據(jù)服務(wù)供企業(yè)管理層隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，并提供不同的操作權(quán)限來(lái)提供數(shù)據(jù)安全服務(wù)。系統(tǒng)配置中PLC采用西門(mén)子200型，通過(guò)專(zhuān)用通訊線(xiàn)纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；操作站通過(guò)CAN總線(xiàn)適配器與智能控制器連接，連接介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)，保證了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的安全性能，每臺(tái)控制器控制一臺(tái)皮帶秤或者螺旋秤。
自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)備配置及其控制
本系統(tǒng)包括3臺(tái)恒速電子皮帶秤，采用圓盤(pán)給料機(jī)進(jìn)行給料控制；2臺(tái)調(diào)速皮帶秤，通過(guò)調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度進(jìn)行給料控制；1臺(tái)螺旋秤，通過(guò)給料螺旋和計(jì)量螺旋構(gòu)成配料控制。智能控制儀表選用秦皇島諾華電子有限公司生產(chǎn)的NHZK820型皮帶秤控制儀表?？刂七^(guò)程主要是通過(guò)皮帶秤和螺旋秤對(duì)給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量。NHZK820型皮帶秤控制儀表接收來(lái)自稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)重信號(hào)和速度傳感器的速度信號(hào)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量，并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)傳送給工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)和存儲(chǔ)工作。由于該控制器具有智能PID調(diào)節(jié)功能，因此水泥配料系統(tǒng)中省略了獨(dú)立式PID控制器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；通過(guò)該控制器可直接調(diào)節(jié)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料速度，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和階段累積量的控制，為提供可靠的產(chǎn)品質(zhì)量提供了技術(shù)依據(jù)。
系統(tǒng)的參數(shù)及運(yùn)行過(guò)程可通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控，并可通過(guò)讀取控制器狀態(tài)來(lái)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，也可通過(guò)手動(dòng)修改控制器PID參數(shù)值進(jìn)行靈活的手動(dòng)控制。由于NHZK820皮帶秤控制器具有智能PID調(diào)節(jié)、LCD顯示、漢字提示信息，顯示信息豐富、直觀(guān)，能同時(shí)顯示累計(jì)量、瞬時(shí)流量等特點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)操作方便，控制可靠，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化、圖形化操作系統(tǒng)，形成6個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
混凝土配料系統(tǒng)上位機(jī)及其監(jiān)控軟件
（1）組成
系統(tǒng)上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，Intel2.0G處理器、512M內(nèi)存、80G硬盤(pán)、52X光驅(qū)、19”液晶顯示器、WINDOWS2000操作系統(tǒng)，NH-380型CAN總線(xiàn)適配器。
（2）B/S模式配料控制軟件功能
操作站主要用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設(shè)置、定時(shí)存盤(pán)、報(bào)表打印、工廠(chǎng)級(jí)信息服務(wù)等，將手/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)置于操作站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的手/自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換；同時(shí)操作站為其他科室更具不同權(quán)限，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度室、經(jīng)理室、材料室等不同科室，各級(jí)人員能在上位機(jī)上直觀(guān)地觀(guān)察到生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，并根據(jù)不同權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)、打印等工作。通過(guò)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理，可以直接地了解整個(gè)生產(chǎn)情況，避免以前數(shù)據(jù)論虛作假的現(xiàn)象及管理人員為取得數(shù)據(jù)去現(xiàn)場(chǎng)取正而帶來(lái)不必要的工作量，從而充分地提高該產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率，發(fā)揮人力、物力和實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制。
（3）配料軟件的編制
工作站軟件選用目前比較流行工控軟件開(kāi)發(fā)工作VB6.0作為開(kāi)發(fā)工具，充分利用WINDOWS功提供的COM組件功能和較好圖形界面開(kāi)發(fā)能力，可以很方便地構(gòu)造自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可是顯現(xiàn)場(chǎng)的信息的實(shí)時(shí)采集，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表返回的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在軟件操作界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬現(xiàn)實(shí)，便于操作人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)別的運(yùn)行狀況，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。軟件通過(guò)WINDOWS功提供的通訊控件與智能控制器、變頻器和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊：實(shí)現(xiàn)智能控制器數(shù)據(jù)讀取，數(shù)據(jù)改寫(xiě)；PLC的I/O狀態(tài)讀取，發(fā)送I/O指令；變頻器參數(shù)的設(shè)置和讀取等功能；具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警及信息存儲(chǔ)、故障查詢(xún)及打印等功能；組態(tài)畫(huà)面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；軟件控制功能較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備單獨(dú)啟動(dòng)、延時(shí)啟動(dòng)、單秤產(chǎn)量可通過(guò)操作界面進(jìn)行單數(shù)設(shè)置或通過(guò)總臺(tái)時(shí)產(chǎn)量根據(jù)配料百分比自動(dòng)修改，適應(yīng)能力較強(qiáng)；軟件設(shè)有不同的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容；軟件可根據(jù)水泥配料系統(tǒng)設(shè)置的交接班時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換班和數(shù)據(jù)保存功能。其軟件主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、班次交接、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)打印、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等。
1．水泥配料系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求行的，它是整個(gè)工程開(kāi)始的第一步，確定了軟件的整體運(yùn)行模式、功能和數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇。
2．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及其存儲(chǔ)
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集散控制系統(tǒng)的重要組成部分和控制核心，完成所有要監(jiān)測(cè)和控制的點(diǎn)的采集和存儲(chǔ)工作，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的繪制工作。并提供畫(huà)面顯示數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)。
3．班次交接的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)班次時(shí)間可自行設(shè)置，并根據(jù)設(shè)置的班次時(shí)間完成自動(dòng)的交接班管理和班次數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。
4．歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)打印設(shè)計(jì)
歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組要提供報(bào)表打印數(shù)據(jù)、歷史曲線(xiàn)數(shù)據(jù)。
5．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)的設(shè)計(jì)
隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容會(huì)變得比較龐大，因此數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、清除工作在系統(tǒng)使用中是及時(shí)必要的，當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)問(wèn)題系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)恢復(fù)操作來(lái)恢復(fù)受損的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)來(lái)快速進(jìn)行系統(tǒng)的恢復(fù)和維護(hù)。
6．運(yùn)行操作
系統(tǒng)安裝完成后，用戶(hù)可點(diǎn)擊左面菜單或者在開(kāi)始菜單中進(jìn)入軟件操作界面，啟動(dòng)配料程序后要求輸入用戶(hù)姓名和密碼，只有輸入正確的用戶(hù)名和密碼后才能正常進(jìn)入配料系統(tǒng)，否則如果連續(xù)6次輸入用戶(hù)名或者密碼系統(tǒng)將被鎖死，只有取得超級(jí)用戶(hù)進(jìn)入系統(tǒng)后才能解鎖系統(tǒng)。進(jìn)入水泥配料系統(tǒng)后首先進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控界面，用戶(hù)可通過(guò)鼠標(biāo)或者快捷鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、打印等操作界面。

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