高純鎂砂油窯多通道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在耐火材料行業(yè)中，尤其是在耐火磚生產(chǎn)行業(yè)中，高純鎂砂是一種非常重要的生產(chǎn)原料之一。高純鎂砂的質(zhì)量直接影響到耐火磚的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，因此，在耐火磚生產(chǎn)行業(yè)中，用于生產(chǎn)高純鎂砂的油窯是很常見的。在油窯的運(yùn)行過程中，各類現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化對(duì)生產(chǎn)出的高純鎂砂的質(zhì)量起著極其重要的作用。因此，對(duì)油窯的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理也就成為了工廠自動(dòng)化 (ＦＡ)的一個(gè)重要組成部分，這樣不但可以起到節(jié)約能源的作用，而且還可以節(jié)省大量的人力。

2．系統(tǒng)配置：

高純鎂砂油窯多通道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的下位機(jī)數(shù)據(jù)采集功能是由ADAM數(shù)據(jù)采集模塊在RS-485總線上進(jìn)行通信來實(shí)現(xiàn)。ADAM模塊是臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的傳感器到計(jì)算機(jī)的智能接口模塊系列產(chǎn)品。它集儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，借鑒了集散控制系統(tǒng)的通信、管理和控制軟件的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的性能價(jià)格比。不同功能的ADAM模塊配以完成管理控制功能的上位機(jī)及通訊線，就可構(gòu)成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)和控制。根據(jù)高純鎂砂油窯的現(xiàn)場(chǎng)情況，系統(tǒng)選用ADAM - 4000系列模塊，分別為ADAM - 4017、ADAM - 4053和ADAM - 4520。

上位機(jī)監(jiān)控軟件使用Intellution公司發(fā)布的新一代工業(yè)控制用組態(tài)軟件FIX。它采用多線程方式編程，通過串行口與下位機(jī)的ADAM模塊進(jìn)行通信。在實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集過程中，外部傳感器的信號(hào)變送到下位機(jī)后變?yōu)椋遥?232信號(hào)傳入上位機(jī)，然后由ＰＣ機(jī)內(nèi)FIX開發(fā)的油窯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、分析和處理，在前臺(tái)通過其友好的人機(jī)交互監(jiān)控畫面來動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)值。

3．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高純鎂砂油窯多通道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是以工業(yè)ＰＣ機(jī)為主體，并和溫度、壓力、流量、液位傳感器以及作為下位機(jī)使用的ADAM功能模塊共同組成的集散測(cè)控系統(tǒng)，上位機(jī)的系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用Intellution公司的FIX工控組態(tài)軟件。該系統(tǒng)可通過對(duì)高純鎂砂油窯的各類現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的在線集中管理、提供在線的現(xiàn)場(chǎng)流程顯示、產(chǎn)生報(bào)警信息、繪制實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線、分析油窯運(yùn)行狀態(tài)、打印輸出報(bào)表等功能，從而為高純鎂砂的生產(chǎn)提供了可靠的信息與依據(jù)，同時(shí)也提高了生產(chǎn)的安全性、可靠性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。


ADAM - 4000系列模塊是一種內(nèi)置微處理器、變送器和計(jì)算機(jī)接口的智能設(shè)備，可掛接在RS-485總線上接受由主計(jì)算機(jī)送來的ＡＳＣＩＩ格式的控制命令集。本系列模塊具有信號(hào)濾波、隔離、信號(hào)放大倍數(shù)與量程的調(diào)整、Ａ/Ｄ和Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較以及數(shù)據(jù)通訊等功能，某些模塊還可以提供數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出功能，其信號(hào)既可以是繼電器的，也可以是與ＴＴＬ兼容的。ADAM - 4000系列模塊在硬件上沒有任何可以直接設(shè)置的開關(guān)，所有的參數(shù)設(shè)置和標(biāo)定均通過軟件來完成。其配置參數(shù)包括Ｉ/Ｏ地址、速度、奇偶位、上下限報(bào)警、輸入范圍設(shè)定等，并且可以使用ADAM模塊中的ＥＥＰＲＯＭ存儲(chǔ)器來存放這些被設(shè)置的參數(shù)，這樣即使在掉電情況下，也能保證這些參數(shù)依然有效。所有模塊的設(shè)計(jì)工作電壓標(biāo)準(zhǔn)為 24Ｖ直流電源電壓，但只要供電電源保持在 10～ 30Ｖ以內(nèi)，模塊即可正常工作。

ADAM - 4017模塊是一個(gè) 8通道的 16位模擬輸入模塊，采樣頻率為 10Ｈｚ，所有通道的可編程輸入范圍均可在± 150ｍＶ、± 1Ｖ、± 5Ｖ、± 10Ｖ、± 20ｍＡ中選擇。ADAM - 4017模擬量輸入模塊具有以下特點(diǎn)

:( 1)輸入信號(hào)可為毫伏級(jí)、伏級(jí)電壓以及毫安級(jí)電流信號(hào) ;

( 2)輸入信號(hào)與模塊之間采用 3000ＶＤＣ的光隔離技術(shù) ;

( 3)對(duì)輸入信號(hào)具有濾波、16位精度的 8路Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換和RS-485數(shù)字通信等功能 ;

( 4)可提供 6路差動(dòng)輸入，2路單端輸入。

ADAM - 4053模塊為干接觸和濕接觸信號(hào)提供了一個(gè) 16位的數(shù)字量輸入通道，并具有看門狗定時(shí)器功能。

ADAM - 4520模塊可用來將工業(yè)ＰＣ機(jī)的ＲＳ -23 2接口標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成ADAM模塊使用的RS-422或RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)ＰＣ機(jī)與ADAM模塊間的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通訊。它的傳輸速率最高可達(dá)11 5. 2ｋｂｐｓ，并且具有 3000ＶＤＣ的隔離保護(hù)作用。

在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中，RS-485標(biāo)準(zhǔn)由于其傳輸距離遠(yuǎn)、接點(diǎn)多、聯(lián)線少等特點(diǎn)，已經(jīng)成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器進(jìn)行總線驅(qū)動(dòng)。它是一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。由于RS-485能夠在一對(duì)平衡傳輸線上連接 32個(gè)發(fā)送器 /接收器對(duì)，這使它在多點(diǎn)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在高純鎂砂油窯多通道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在實(shí)現(xiàn)主機(jī)與各功能模塊的互連時(shí)，都要利用ADAM- 4520模塊進(jìn)行RS-232與RS-485信號(hào)的轉(zhuǎn)換 ;在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表傳輸過來的 4～ 20ｍＡ和 05Ｖ的信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，使用的是 16位精度的 8通道Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換模塊ADAM - 4017;而ADAM - 4053模塊則用來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量和數(shù)字量的采集 ;同時(shí)，由ADAM - 4520來最后完成這些ADAM模塊與主計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信。

上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）數(shù)據(jù)顯示 ，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)按照運(yùn)行時(shí)事先確定的格式實(shí)時(shí)顯示。

（2）信號(hào)濾波，在數(shù)據(jù)由傳感器向工業(yè)ＰＣ機(jī)傳送的過程中，為了盡量減小傳感器通道中信號(hào)干擾，我們采用了硬件濾波與數(shù)字濾波相結(jié)合的方式，硬件濾波由下位機(jī)的ADAM - 4017來完成，數(shù)字濾波則由FIX的防脈沖干擾濾波功能來完成對(duì)采樣數(shù)值的平滑濾波。

（3）數(shù)據(jù)分析，在油窯的實(shí)際生產(chǎn)過程中，油窯的燒嘴溫度和進(jìn)風(fēng)管流量等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化是影響產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要的因素。為了便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和生產(chǎn)決策的制定，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了繪制實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)圖的功能，如圖2，3 所示：

4．結(jié)束語

經(jīng)過設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行調(diào)試，該系統(tǒng)在高純鎂砂油窯生產(chǎn)的實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的效果，獲得了用戶的一致好評(píng)。該系統(tǒng)大幅度降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作難度，減小了人工比例，延長(zhǎng)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，提高了高純鎂砂油窯的生產(chǎn)運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為安全可靠的生產(chǎn)提供了極其有效的保證。