摘要：主要介紹在德國BSH公司引進(jìn)的α一石膏粉液相法生產(chǎn)線上，國內(nèi)先進(jìn)的DCS控制技術(shù)的應(yīng)用。闡述DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及控制方法。通過生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，DCS控制系統(tǒng)完全滿足生產(chǎn)的需要并且達(dá)到了精確控制，從而提高了生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng)，α一石膏粉，生產(chǎn)應(yīng)用，控制精確，提高產(chǎn)品質(zhì)量
Application of DCS Control System in α Plaster Production
Abstrac:This paper introduces the advanced DCS control technology in China，which used in eplaster production line importedfrOm BSH company of Germany．It expatiates the structure and function of DCS control system。hardware design．softwaredesign and control method．
Keywords：DCS control system，α plaster，production application，precise control，improving the product quality
近年來，山東金信新型建材有限公司引進(jìn)了德國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)是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統(tǒng)，全面支持現(xiàn)場總線技術(shù)，系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全局一體化編程。
1.2.1 硬件配置
三個操作員站（OS），其中一個操作員站兼工程師站（ES），配置1套ABB AC 800F控制站以及3個遠(yuǎn)程I／O站：①1號I／O控制站：破碎、預(yù)粉磨；②2號I／O控制站：α細(xì)磨、輸送；③3號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)場的PC機(jī)。
2）該系統(tǒng)設(shè)置2臺操作員站，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)診測顯示、趨勢顯示，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，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)具備自動備份功能可以恢復(fù)。
2 軟件設(shè)計(jì)
整個DCS控制組態(tài)在DigiTool V6．1版軟件上進(jìn)行。具體編程步驟簡述如下：
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l／O控制站，破碎、預(yù)粉磨；② 2號I／O 控制站，僅細(xì)磨、輸送；③3號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)上直接做各位號的動態(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，把各個設(shè)備的啟動停止采用了連鎖控制，在料倉的前端設(shè)備為一個組，啟動順序1→2→3→4，停止順序?yàn)?→3→2→1，把各設(shè)備的故障信號串聯(lián)其中，如當(dāng)2設(shè)備有故障時(shí)，設(shè)備2、1會即時(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，輸入到變頻器，把變頻器的反饋信號，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)對生產(chǎn)各個流程做到精確控制。原材料經(jīng)過人工篩選后，經(jīng)過一、二級鄂式破碎機(jī)破碎，進(jìn)入到兩個塊料倉儲存，料倉配有高低料位顯示，上有電動擋板閥根據(jù)料位的高低進(jìn)行分料儲存，一個倉滿，料自動進(jìn)入到另外一個塊料倉。塊料倉下各有一臺皮帶計(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，把互感器檢測的0-5A交流信號轉(zhuǎn)換成4～20mA直流信號，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的直流信號顯示，粉儲存料倉有高低料位，倉上設(shè)備有兩個電磁閥控制的氣動閥進(jìn)行料的分配，一個倉滿，自動轉(zhuǎn)到另一個料倉。
α濕法反映車間是德國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，來啟動停止喂料設(shè)備，粉倉下的變頻器及時(shí)調(diào)節(jié)下料速度控制下料量，并顯示反饋值。
α基料儲存分到三個料倉，料倉采用了德國VEGA公司的纜式雷達(dá)料位儀，提供4～20mA信號表示料位的百分比，并通過DCS的模擬量輸出模塊提供4-20mA信號給S7—400控制系統(tǒng)顯示，根據(jù)料位選擇料倉，提供每個料倉上氣動閥的開停?；峡梢园b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。
細(xì)磨儲存分三個料倉，根據(jù)不同的細(xì)度，進(jìn)行來選擇哪個料倉，倉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 一石膏粉液相法生產(chǎn)線的各個生產(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)對國內(nèi)石膏粉體生產(chǎn)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、裝備改造升級方面具有推廣意義。同時(shí)適用于其他非金屬礦粉體生產(chǎn)線的應(yīng)用。
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（轉(zhuǎn)載）
