DCS控制系統(tǒng)在α一石膏粉液相法生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　近年來，山東金信新型建材有限公司引進(jìn)了德國(guó)BSH公司先進(jìn)的α一石膏液相法生產(chǎn)工藝設(shè)備，與之配套的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備也采用了先進(jìn)的DCS控制技術(shù)，從而提高了自動(dòng)化生產(chǎn)水平和產(chǎn)品的質(zhì)量。本文介紹該項(xiàng)目中的DCS設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
1 DCS硬件構(gòu)成和功能
1．1生產(chǎn)工藝流程

1.2 DCS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　該項(xiàng)目選用ABB Industrial IT Freelance控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是面向工廠自動(dòng)化的新一代開放式DCS系統(tǒng)，全面支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全局一體化編程。
1.2.1 硬件配置
　　三個(gè)操作員站（OS），其中一個(gè)操作員站兼工程師站（ES），配置1套ABB AC 800F控制站以及3個(gè)遠(yuǎn)程I／O站：①1號(hào)I／O控制站：破碎、預(yù)粉磨；②2號(hào)I／O控制站：α細(xì)磨、輸送；③3號(hào)I／O控制站：α混合、輸送。
1.2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊
　　根據(jù)系統(tǒng)要求通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為2層：
　　第一層為現(xiàn)場(chǎng)控制層，實(shí)現(xiàn)控制器與I／O模件及智能儀表的通信，用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議，傳輸介質(zhì)采用標(biāo)準(zhǔn)Profibus—DP雙絞線。
　　第二層為中央監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信，系統(tǒng)通信采用TCP／IP協(xié)議以太網(wǎng)，傳輸介質(zhì)為以太網(wǎng)雙絞線，通信速率為1OMB。
1.2.3 操作員站概述
　　1）作員站硬件選用適用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PC機(jī)。
　　2）該系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)操作員站，操作員站安裝DigiVis 6．1軟件，操作界面及菜單為中文。
　　3）操作員站軟件運(yùn)行在Windows 2000操作系統(tǒng)上。
　　4）操作員站使用以太網(wǎng)與過程站及其它設(shè)備進(jìn)行通信，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為全局，所以操作員站之間數(shù)據(jù)及畫面完全可以共享，互為冗余備份。
　　5）顯示功能：系統(tǒng)診測(cè)顯示、趨勢(shì)顯示，實(shí)時(shí)操作記錄及打印。
　　6）操作功能：操作方式為鼠標(biāo)操作，同時(shí)也支持鍵盤快捷鍵操作方式。
　　7）由于系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)方式，操作員站的所有標(biāo)簽數(shù)據(jù)直接與過程站進(jìn)行存取，所以數(shù)據(jù)更新速率較快，所有軟手操也可以快速被過程站響應(yīng)。
1．2．4 工程師站概述
　　該系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)工程師站（兼做操作員站），安裝DigiTool6．1版本軟件，運(yùn)行在Windows 2000系統(tǒng)上。
　　工程師站使用以太網(wǎng)與過程站進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)硬件編輯、現(xiàn)場(chǎng)過程站編程、操作員站組態(tài)、一體化編程及調(diào)試。DigiTool軟件支持現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取與編程功能。
　　編程語言與圖形化編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131—3完全兼容，根據(jù)實(shí)際控制要求可任意選用FBD、LD、IL、SFC等方式。系統(tǒng)具備大量標(biāo)準(zhǔn)功能塊及功能子程序，編程結(jié)構(gòu)采用項(xiàng)目樹結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)內(nèi)的變量實(shí)現(xiàn)共享，系統(tǒng)具備選擇部分、修改部分、全部下裝功能。
　　通過軟件可以離線編程，在線修改參數(shù)，被修改的參數(shù)具備自動(dòng)備份功能可以恢復(fù)。
2 軟件設(shè)計(jì)
　　整個(gè)DCS控制組態(tài)在DigiTool V6．1版軟件上進(jìn)行。具體編程步驟簡(jiǎn)述如下：
　　1）項(xiàng)目樹建立。規(guī)劃系統(tǒng)資源，如指定過程站名稱：①1號(hào)l／O控制站，破碎、預(yù)粉磨；② 2號(hào)I／O 控制站，僅細(xì)磨、輸送；③3號(hào)I／O控制站，α混合、輸送。
　　2）硬件設(shè)備編輯。按照硬件實(shí)際配置在組態(tài)軟件中完成硬件安裝、參數(shù)設(shè)置、通道定義，各過程站和操作員站的IP地址設(shè)定等。3）程序組態(tài)。在各自分布的過程站級(jí)資源底下進(jìn)行，首先將各過程站內(nèi)控制的項(xiàng)目進(jìn)行分類，分為不同子任務(wù)，根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)將監(jiān)控和調(diào)節(jié)任務(wù)采用FBD圖方式進(jìn)行編程，連鎖控制采用LD圖形式進(jìn)行編程。
　　4）操作員站組態(tài)。填寫參數(shù)完成系統(tǒng)預(yù)定義顯示的組態(tài)，然后進(jìn)行用戶流程圖組態(tài)，采用導(dǎo)人位圖文件的方法直接生成靜態(tài)圖形，在此基礎(chǔ)上直接做各位號(hào)的動(dòng)態(tài)。
　　5）系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)程序支持在線參數(shù)整定和修改，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為全局，支持系統(tǒng)全范圍的一體化調(diào)試。
3 控制方法
　　在編程方面，采用了直觀的LD梯形圖，把各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)停止采用了連鎖控制，在料倉(cāng)的前端設(shè)備為一個(gè)組，啟動(dòng)順序1→2→3→4，停止順序?yàn)?→3→2→1，把各設(shè)備的故障信號(hào)串聯(lián)其中，如當(dāng)2設(shè)備有故障時(shí)，設(shè)備2、1會(huì)即時(shí)停止。在模擬量采集方面，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換，適當(dāng)?shù)脑诮缑嫔线M(jìn)行顯示，并采用邏輯運(yùn)算（例如PID運(yùn)算、數(shù)字加減等），參與控制。變頻器的給定，采用給定頻率的方法，經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換成4～20mA或0～DC 5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，輸入到變頻器，把變頻器的反饋信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換傳回DCS，經(jīng)數(shù)字換算，進(jìn)行界面顯示等應(yīng)用。
4 生產(chǎn)應(yīng)用
　　在實(shí)際應(yīng)用中DCS控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)各個(gè)流程做到精確控制。原材料經(jīng)過人工篩選后，經(jīng)過一、二級(jí)鄂式破碎機(jī)破碎，進(jìn)入到兩個(gè)塊料倉(cāng)儲(chǔ)存，料倉(cāng)配有高低料位顯示，上有電動(dòng)擋板閥根據(jù)料位的高低進(jìn)行分料儲(chǔ)存，一個(gè)倉(cāng)滿，料自動(dòng)進(jìn)入到另外一個(gè)塊料倉(cāng)。塊料倉(cāng)下各有一臺(tái)皮帶計(jì)量稱，由配套的控制器調(diào)節(jié)中控給定的流量，并把徇時(shí)流量傳回中控，累計(jì)并顯示。粉磨設(shè)備電機(jī)功率較大，安裝智能轉(zhuǎn)換模塊，把互感器檢測(cè)的0-5A交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA直流信號(hào)，提供給DCS系統(tǒng)，在畫面上顯示，當(dāng)電流超過額定電流的120％時(shí)，到1min停機(jī)保護(hù)。
　　選粉機(jī)轉(zhuǎn)子采用變頻器控制，由中控設(shè)定運(yùn)行頻率，并反饋4～20mA的直流信號(hào)顯示，粉儲(chǔ)存料倉(cāng)有高低料位，倉(cāng)上設(shè)備有兩個(gè)電磁閥控制的氣動(dòng)閥進(jìn)行料的分配，一個(gè)倉(cāng)滿，自動(dòng)轉(zhuǎn)到另一個(gè)料倉(cāng)。
　　α濕法反映車間是德國(guó)BSH公司提供的西門子S7—400控制系統(tǒng)，車間喂料時(shí)提供給DCS開停數(shù)字量信號(hào)，來啟動(dòng)停止喂料設(shè)備，粉倉(cāng)下的變頻器及時(shí)調(diào)節(jié)下料速度控制下料量，并顯示反饋值。
　　α基料儲(chǔ)存分到三個(gè)料倉(cāng)，料倉(cāng)采用了德國(guó)VEGA公司的纜式雷達(dá)料位儀，提供4～20mA信號(hào)表示料位的百分比，并通過DCS的模擬量輸出模塊提供4-20mA信號(hào)給S7—400控制系統(tǒng)顯示，根據(jù)料位選擇料倉(cāng)，提供每個(gè)料倉(cāng)上氣動(dòng)閥的開停。基料可以包裝的同時(shí)，并可以輸送到細(xì)磨設(shè)備進(jìn)行細(xì)磨，喂料倉(cāng)下的螺旋喂料稱由控制器控制流量，由中控給定喂料量并反饋，進(jìn)行顯示和累計(jì)，磨機(jī)采用電流測(cè)量同粉磨設(shè)備，顯示電流，并控制過載，中控人員根據(jù)電流變化來給定喂料量的大小。
　　選粉也是采用變頻器控制，給定頻率并反饋信號(hào)。
　　細(xì)磨儲(chǔ)存分三個(gè)料倉(cāng)，根據(jù)不同的細(xì)度，進(jìn)行來選擇哪個(gè)料倉(cāng)，倉(cāng)下有變頻器控制下料速度到混合機(jī)，混合機(jī)上面有稱重計(jì)量，根據(jù)配方的要求，同時(shí)添加不同的物料，調(diào)整混合時(shí)間進(jìn)行混合，混合完成進(jìn)入到成品倉(cāng)進(jìn)行計(jì)量包裝。
　　從技術(shù)指標(biāo)和儀一型石膏顯微照片的比較可以看出：采用先進(jìn)的DCS控制技術(shù)液相法生產(chǎn)制得α一型石膏晶體結(jié)晶特別完善，純度特別高，使其機(jī)械性能大大提高，其干燥轉(zhuǎn)化完全、規(guī)則，因而所得產(chǎn)品強(qiáng)度高、硬度大，膨脹系數(shù)小。
5 結(jié)束語
　　1）DCS控制系統(tǒng)，對(duì) 一石膏粉液相法生產(chǎn)線的各個(gè)生產(chǎn)流程做到精確控制。
　　2）采用DCS控制液相法生產(chǎn)的α-型高強(qiáng)度石膏，其發(fā)育而成的石膏晶體完善，純度高，其機(jī)械性能大大提高，干抗壓強(qiáng)度在50MPa以上，制品具有強(qiáng)度高、硬度大、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　3）DCS控制技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)石膏粉體生產(chǎn)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、裝備改造升級(jí)方面具有推廣意義。同時(shí)適用于其他非金屬礦粉體生產(chǎn)線的應(yīng)用。