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1、 上网点的逻辑查找只能在某个已打开的DPU逻辑中进行,不能直接查找出引用该点的所有的DPU号,另外DPU引用该上网点时查找不出来。A、B小机在转速大于4 000 r/ min时,两个测速通道偏差较大,转速大于5 000r/ min时,测量误差大。ETS保护的切投状态与保护切投操作应增加历史记录功能。SCS控制的所有设备所处的手动/自动状态应增加历史记录功能,便于故障查询和事故分析。一些重要的程控应有模拟试验功能。收稿日期:2003 - 01 - 22。作者高启繁,男,1964年生,1987年毕业于福州大学,工程师。辊道窑现场总线计算机控制系统Field Bus Computerized Con
2、trol System of Roller Conveyer Stove王 嵩 吴 刚 薛美盛 张培仁 孙德敏(中国科学技术大学自动化系,合肥 230027)0 引言在陶瓷制造工艺过程中烧成是最重要的工序,与产品质量密切相关,占用总能耗的60 %70 %。陶瓷的烧成是将成形后的生坯在一定条件下进行热处理,经过一系列物理化学变化,得到具有一定矿物组成和显微结构、 达到所要求的理化性能指标的成坯。烧成对温度高低、 温度变化快慢、 不同阶段的气氛等都有严格的要求。烧成设备为窑炉,辊道窑代表了当前窑炉的先进水平,广泛应用于建筑、 卫生和日用陶瓷行业。辊道窑是一种连续窑,具有工艺先进、 设计合理、 易操
3、作、 易维修等优点,它用许多平行排列的不停转动的辊棒构成辊道,陶瓷坯件在辊道上被带动从窑头通过窑炉炉体至窑尾,经过预热、 烧成、 冷却,最后出窑。辊道窑控制系统的发展,历经了20世纪60年代模拟仪表时期、80年代数字仪表时期以及90年代的DCS时期。国内现有辊道窑大多控制水平低,产品类型少,质量波动大,生产能耗高,经济效益差。引入先进控制技术可以降低成本,保证质量,提高经济效益。1 工艺简介广东某陶瓷总厂7车间3号窑为燃油辊道窑,上世纪90年代初从意大利引进,用于烧800mm800mm或更小尺寸的地砖,氧化气氛烧成,烧成点1220左右。烧成周期55min ,原料为含水量715 %的粉料,油压机
4、压制成形,生坯经过素烧后二次烧成,烧制成品吸水率115 %以下,属于瓷炻质器,吸水率小,机械强度高,抗冻性好,吸湿膨胀低。窑炉采用中压雾化器,普通直流式喷嘴,无焰燃烧,燃油为0#柴油。窑炉内截面2 200mm850mm,全长超过100m,分为50余节,从窑头至窑尾依次为预热段、 烧成段、 急冷段、 冷却段。窑炉侧面示意图如图1所示,反映窑炉整体构成。生坯从窑头进入,由辊棒带动依次经过预热段、 烧成段、 冷却段,从窑尾出窑,完成整个烧制过程。窑炉两侧各个油嘴向炉体内喷出被雾化后的燃油,混合助燃空气,在炉内燃烧。抽烟风机在窑头从炉体抽出燃烧过后的废烟气,处理后排往大气或供其它窑炉使用;雾化风机在烧
5、成段使燃油雾化形成油雾;助燃风机供给燃油燃烧所需空气,并保证炉内氧化气氛;急冷风机,抽热风机及冷却风机在冷却段使陶瓷制品由高温冷却至常温。窑炉采用ASCON SP系列的p607 - M型PID控制仪表,实现炉内温度常规控制,可以满足日常生产,但能耗大,制品质量差。厂里有多条类似窑炉,进行技术改造,对降低能耗,提高质量有重要的现实意义。我们采用当前先进的现场总线控制系统(FCS) ,实现了辊道窑计算机控制。陶瓷生产过程中对产品品质起决定性作用的是烧成工序,烧成过程中不同阶段要有一定的温度、 气氛和压力变化,以保证坯体的物理化学变化过程正常进行,55辊道窑现场总线计算机控制系统 王 嵩,等 199
6、5-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.这就是温度制度、 气氛制度和压力制度。窑炉控制水平的高低就体现在能否最好的满足各个制度要求并实现系统的优化(节能高效)。简单地说,温度制度就是炉内一些关键点的温度符合一定要求,依据是相应的烧成曲线;气氛制度保证窑炉内不同部分的氧化或还原气氛,依据是相应工艺要求;压力制度使窑内气体流动通畅,同时也是气氛制度的重要保证,一般窑炉内两头(窑头窑尾)为微负压,中间为微正压。图1 窑炉侧面示意图未改造前系统仅对温度进行单回路控制,效果不好,必须人工调节现场油嘴阀门。因此
7、,在现场安装压力检测设备、 氧含量检测设备及燃油流量检测设备,在窑炉关键点增加5支沿截面分布的热电偶,同时为助燃、 雾化、 抽烟、 抽热风机各配备了1台变频器,改造后系统仪表工位分布图如图2所示。图2 仪表工位分布图说明:工位编号中前面字母表示工位类型,后面数字表示同类型工位的序号。TIC为温度测控工位;TI为温度监视工位;SIC为风机控制工位;PIC为气压测控工位;AIC为氧含量测控工位;FQI为燃油量累计工位。2 基于CAN总线的计算机控制系统现场总线(Fieldbus)是用于过程自动化和制造自动 化最底层的现场设备或仪表互联的通信网络,作为核心,使得现场总线控制系统(FCS)实现现场通信
8、、 计算机技术和控制系统的集成。FCS具有全数字化、 全分散式、全开放等优点,它的出现变革了传统控制系统的信号、 通信、 系统标准及体系结构、 设计安装调试方法和产品结构,开创了控制的新纪元。控制器局域网CAN(controllerarea network)属于现场总线范畴,是一种有效支持分布式和实时控制的串行通信网络,由于高性能、 高可靠性 在工控系统及其它领域得到了最广泛的应用。基于CAN总线的计算机控制系统结构示意图如 图3所示,它是由智能模块组成的智能分布式系统。系统通信协议符合美国Honeywell公司SDS CAN210标准。系统由上位机、 智能接口模块及通信媒体组成。上位机采用工
9、控机Advantech Industrial Computer610 ,运行上层监控软件,与各模块进行数据通信,通信媒体为双绞线。智能接口模块均为自行设计,是由51 系列单片机、CAN控制芯片及相关的接口芯片等组成的实时多任务嵌入式控制系统,实现相关功能及通信协议。模块分为3部分:总线接口,包括总线收发器和总线控制器;传感器和控制器接口,不同接口将模块分65自动化仪表 第25卷第1期 2004年1月PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION, Vol.25, No.1,Jan. , 2004 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Di
10、sc Co., Ltd. All rights reserved.图3 基于CAN总线计算机控制系统结构图 成不同类型;单片机软硬件系统及其外围接口,实现模块相应功能。系统使用5种模块,分别是驱动模块20块,与从现场热电偶引来的电压信号、 角执行器的阀位(角度)反馈信号及角执行电机的继电器控制信号相连,实现温度和执行器阀位反馈信号检测以及对执行器的控制;AD模块4块(2通道) ,与现场氧化锆的信号、 压力变送器的信号及新增热电偶的电压信号相连,实现窑炉内氧含量、 压力及关键点温度的检测;DA模块2块(4通道) ,与4台变频器控制信号(420mA)相连,对变频器功率进行控制,进而改变与变频器连接
11、在一起的风机功率,使得系统能对窑炉内压力、 氧含量进行控制;DI模块2块,与窑炉的报警信号线连接,实现对窑炉状态的检测(例如有无各种报警、 风机开关及辊棒状态等) ;计数器模块2块,与现场流量计的信号连接,对窑炉所用燃油流量进行检测。工控机及模块集中放于控制室,来自现场信号线引进控制室与模块相接。工控机实现上层监控,由模块具体实现控制功能(如使角执行器正反转、 改变变频器功率等)。模块之间及模块与工控机之间用双绞线连接,按照通信协议进行数据通信。模块将物理量转换成数字信号,打包成CAN数据包,传至CAN总线,经过EPP口传给工控机;相反,模块从总线上传来的CAN数据包中,取出数据信息,转换成相
12、应物理量,传给执行器,进行现场控制。系统充分利用FCS的优点,全数字化传输数据,具有很强的抗干扰性和高速的传输率。系统扩充非常容易,增加新控制对象,只须设计相应模块,连接控制对象信号线,将模块挂至系统总线上即可,这正是FCS全开放的最大特点和优点。3 控制方案系统主要控制对象是窑炉内相应检测点温度、 压力及氧含量,在满足工艺要求条件下,进行燃烧优化,实现节能并提高制品品质。温度制度决定制品质量,辊道窑是典型大滞后、 大时间常数的近似一阶系统。沿窑炉纵向分布10几个温度测点,每点温度设定值由烧成曲线得出,控制目标是使温度测量值与设定值吻合且波动很小。在满足其它工艺条件下,温度控制越好陶瓷制品质量
13、越高(能提高优等品率)。温度控制须从整体考虑,原系统每个PID温控仪表仅对一个工位点对应的8个油嘴阀门进行控制,10几个温控仪表各自控制相应工位点对应油嘴阀门,未考虑燃烧时各个工位点(尤其是相邻的)之间的影响,控制效果不理想,经常会出现一些油嘴阀门开到最大,温度却升不到设定值,而有些油嘴阀门开得很小,温度却降不下来。因此系统在控制温度时在每个回路中,将相邻工位点的温度作为前馈引入,控制回路图见图4。在PID基础上,采用专家系统进行先进控制,专家知识来自一线工人及技术人员经验,同时结合工艺理论,综合考虑,得到较好控制效果。图4 温度控制回路 窑炉内压力控制保证温度制度实施,同时影响炉内气氛。改造
14、前窑炉不检测压力,工人凭经验调节风机挡板改变风量,效果不好,产品质量波动很大,引入压力控制有很强现实意义。在窑头附近零压力点安装压力传感器,通过变送器将信号送至控制室,实现压力监测。通过改变与各个风机相连变频器的功率大小,增大或减小相应风机功率影响检测点压力大小。系统中压力控制暂时采用单回路PID ,控制回路图见图5。图5 压力控制回路 雾化风机送出雾化风必须满足一定风压要求,使燃油变成极细油雾,与助燃空气充分混合后燃烧,雾化风风压大,流量小,对炉内压力影响较小。助燃风机送出助燃风,提供燃烧所需空气,风压较小,流量大,风机功率增加,窑炉内压力增加;功率减小,压力减小。抽烟风机从窑头抽走窑炉内废
15、烟气,保证气流通畅,风机功率增大,窑炉内压力减小,相反,压力增大。通过控制相应风机变频器实现压力控制。变频器功率为37kW,两根信号线控制,控制线上电流为420mA ,通75辊道窑现场总线计算机控制系统 王 嵩,等 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.过DA模块改变电流大小,电流信号控制变频器工作功率,二者呈线性关系,4mA代表功率为零,20mA代表功率最大即100 % ,实践中得到较好控制效果。进一步对压力采用自适应预测控制,结合工程经验,能更好保证窑炉压力制度。3#窑炉制品一般用氧化气
16、氛烧成,改造前为保证氧化完全通常将助燃风给得很大,超过所需用量,所以能耗很大。为此,在零压点附近安装氧化锆,对炉内氧含量进行检测,利用变频器控制助燃风机功率实现对氧含量控制,同时引入抽烟风机功率作为前馈,回路图结构及控制方案与压力控制类似。在保证温度、 压力、 气氛制度情况下,对窑炉燃烧系统进行优化,实现最佳风油比,即助燃风和燃油比例,使得燃油消耗最小。若空气不足,燃料不完全燃烧,造成燃油损失;空气过量(超过最佳值) ,会降低燃烧产物的温度,降低向被加热物传热速率,增加排烟热损失,增加油耗。一般用过剩空气系数衡量风油比,实际应用中公式近似为:空气过剩系数= 21 %/ (21 % -氧含量) ,为111113比较合适,对应氧含量为115 %5 %。优化算法是在一定约束下,进行最佳氧含量搜索,用变频器实现风机控制,达到最佳风油比,满足优化目标函数。系统的上层监控软件用VC实现,提供以下功能:系统、 历史库、 图形、 控制回路、 数据报表组态;实时数据显示;在线改动与保存控制参数
