西门子6ES7231-0HC22-0XA8接线方式

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一．水泥行业节能的迫切性

“十一五”规划提出了我国要建设资源节约型社会的构想，并明确了我国经济社会发展今年的预期目标，即要求单位国内生总值能耗降低4%左右。水泥生产是连续性很强的流程工业，它也是耗能大户。由于城市建设、房地产、重点建设项目的需求，我国水泥工业发展在前几年曾经历了一个鼎盛时期，2005年我国水泥产量累计约达9亿吨，2010年我国水泥预期产量为12.5亿吨。我国要建设资源节约型社会，水泥工业面临着如何降低能耗，发展综合利用，较大限度减少污染的艰巨任务。据测算生产每吨水泥熟料，在热耗为3142kj/kg时，需0.13吨标准煤（热值为7000kcal），如按年产7亿吨熟料计算，则每年我国水泥行业约需近9000万吨煤，另水泥行业也是用电的大户，生产每吨水泥需100~110度电，如按年产9亿吨水泥，需为水泥行业提供近上千亿度电。现今水泥行业是国家宏观调控的重点，也是节能的重点行业， 在“十一五”期间国家要求新型干法水泥吨熟料热耗下降到110kg标准煤，水泥单位产品综合能耗下降25%。在当前国内外能源供需矛盾**的情况下，水泥行业必须通过各种途径降低能耗，以获得较佳的经济效益和较高的劳动生产率。

二．革新工艺，弃小建大，从物流、设备到管理采用MES

我国水泥要综合性降低能耗，首先要摒弃落后的生产工艺，如耗能大的湿法工艺生产；质量性能差，污染重，效率低的立窑生产线等，应改之采用先进的新型干法工艺。当今在我国已有上百条日产5000吨新型干法水泥熟料生产线分布在祖国各地，日产10000吨水泥熟料特大规模的水泥熟料生产线也有五条正在建设中。在“十一五”期间新型干法水泥比重提高到70%，企业平均生产规模要由2005年的20万吨提高到40万吨，同时淘汰落后的生产能力2.5亿吨。目前水泥大集团如海螺、华新、三狮已经纷纷将原有的湿法工艺生产停产。

工艺设备选型对稳定生产，提率和降低能耗和电耗十分关键，如北京水泥厂在生料输送上原采用气力输送，后改为提升机输送，从原来约5kwh/t电耗降到约1kwh/t，另水泥磨或原料磨用立磨替代球磨，电耗将从约35kwh/t降到约17kwh/t；另外窑尾预热器中每级旋风筒和分解炉设计和制造的好坏，直接影响压力损失和传热效果，也就直接系统的热耗和电耗。水泥熟料生产线规模越大，工艺设备的单机容量大，同比热耗和电耗就越低，“十一五”期间要求有实力的大集团兼并小厂，水泥企业户数将减少到3500家左右。

我国水泥行业大集团粗略统计已有十几家，如海螺、华新、冀东、三狮、亚泰等，其属下有许多水泥熟料厂和粉磨站，如海螺集团今年水泥产量预计达九千万吨，它的水泥熟料厂主要分布在离资源近的安徽等地，并扩展到两广、浙江、江西；而根据水泥市场的需求，粉磨站分布在离市场近的上海、宁波、温州、南通、张家港等城市附近。“十一五”期间**位的集团生产规模都将达到3000万吨，为此这些集团必需综合调度其生产订单、物流、生产运行、设备管理、实验室信息和销售等，采用MES制造执行系统，促使生产的稳定、协调，并优化生产过程，保整个生产的运转，在提高产品的质量和数量的前提下，将过程信息和整个公司的管理集成在一个信息管理系统中，将能耗降到较低，只有这样，才能获得较佳的经济效益和较高的劳动生产率，并成为效率高、、产品质量优良的企业.。海螺、华新等集团有的已建成PMIS，有的正在积极筹划MES和ERP系统。

三．采用全集成自动化TIA，实现水泥熟料生产线监控一体化

一个大中型水泥厂的工艺线通常以一窑和三磨为主体组成不同的工艺区域，同时还有相应的原料、中间物料储存库及输送设备。对于不同规模的水泥工艺线，电机和用电设备的数量相差不多，但其容量却不相同，规模大，设备容量越大，安全保护的措施越多；辅助生产流程包括电站系统及公用工程系统，如供水供热系统和污水处理等，使其构成为一个庞大的综合系统。干法水泥的工艺过程实际上是物料流、燃料流和气流综合的煅烧和控制过程，在气流中又包括冷风、热风、一次风、二次风、三次风，物料流包括原料流和半成品及成品流等，为此在工艺过程要监控温度、压力、气体成分和浓度、还有储存库的物位、流量、重量、阀门开度等，如包括设备本身需监控的参数，一个典型的5000~5500t/d的单条水泥生产需检测的物理参数约为500~600个， 另外需报警的点约为1000个，它包括模拟量和开关量。水泥生产工艺必须通过计算机控制系统及时地监视，并实时调整工艺参数的扰动；特别是对物料流、气流以及原料和燃料流的实时工况和协调关系，协调关系处理好坏将直接影响节能的效果。同时新型水泥干法生产线的工艺设备的单机容量大，如生料立磨的主机电机功率较大可到5MW，与之配套的附属设备较多，它也必须通过计算机控制系统及时地的运行状况，使其运行在较佳状态，以促使电能消耗较低。一个大型水泥企业所谓全集成自动化，在横向即包括主流程和所有辅助流程全由自动化系统实现监控，如广州越堡水泥公司，它从石灰石原料破碎，长皮带输送直至水泥包装发运系统的主生产流程线及辅助生产流程包括电站系统及公用工程系统，构成为一个功能庞大的计算机控制网络系统；纵向集成理念是从智能监控仪表、电动执行器、电动机的控制回路开始一直到管理系统，通过工业以太网将管理和控制系统集成为一个整体，并优化生产过程，使过程的电耗和热耗较低。目前华新集团已应用TIA理念控制全集团的生产和管理走出了可喜的一步。

四．全集成能源管理，采用智能监控仪表和较优化控制软件

笔者认为水泥行业节能，除设备因素外，还应从以下几点着手：一是实现熟料的较佳煅烧，同时要减少热辐射和系统的漏风；二是实现磨系统的较佳负荷控制；三是交流调速系统的普遍应用：由于干法生产线风机的耗电量约占整个厂用电量30%，另增压水泵和循环水泵的装机容量也不小。如将其换成交流调速系统，把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能效果是很可观的，据统计平均节能在20%左右；四是综合利用废气，实现低温余热发电等;五要逐渐采用替代燃料如废弃轮胎等；六是实现全集成能源管理如电站综合自动化和燃料流的MIS管理等。

熟料的较佳煅烧是在生产过程稳定前提下，确保熟料质量的一致性，并实现较高生产率和较低的热耗。我国的较大多数的干法水泥生产线基本实现了生产过程稳定，在保证熟料合格前提下，也有较高的生产率，但是否实现了较低的热耗呢？从自动化角度上，笔者认为多数水泥厂工厂自动化功能已实现了 SA功能，但还没有到MES一级，优化控制及*系统等基本没有。设置的智能监控仪表基本能满足工艺要求，但要满足较佳煅烧还不够完善。如反映窑煅烧时辐射的红外筒体扫瞄仪已广泛应用，但大多数水泥厂仅用于窑筒体温度测定，由于软件的局限，红外筒体扫瞄仪还没有和较佳煅烧连在一起，它应能反映烧成带的窑皮情况、结圈大小，耐火砖的烧蚀程度等，由这些信息又间接反映了窑筒体辐射热的大小和节能的潜力，故还没有充分发挥其在节能的功效。

窑尾的气体分析是很重要的参数，它测定窑尾烟室气体中含的O2，CO，NOX ， 这些参数可间接反映窑煅烧情况，系统漏风情况以及所煅烧的熟料质量，也可作为优化或*控制的重要参数，目前在国内除少数几个水泥厂外，大多数水泥厂没有设置此装置，主要原因是成套设备较复杂且价格较贵，在操作和分析数据方面也有一定难度，但从节能战略角度来看，应该予以重视，而且已有新推出的便于操作的新型探头和取样分析装置，如西门子公司新研制的CEMAT分析装置等。建议大水泥集团在吸取国内外先进厂使用经验逐步加以推广。

优化或*控制对窑的煅烧工艺是锦上添花，要用好的确不易，但用好了也能节能。国内水泥厂还没有成功的实例，却有失败的经历。现今IT的技术不断发展，智能监控仪表也越来越完善，笔者认为走在水泥行业的大集团，可做试点，借鉴如Optimize IT优化*系统，使工厂运行在较高生产率。在优化或*控制实施前，也应把有限的PI控制回路投入，如：窑头罩负压控制回路，分解炉出口温度控制回路，增湿塔出口温度控制回路，冷却机蓖床速度控制回路，高温风机出口压力控制回路等。

水泥厂的电耗集中在三磨，它约占全部电耗的70~80%，降低磨运行的电耗又是节能的重点，其关键是磨运行在较佳的负荷状态，负荷控制回路若能可靠投入运行，即能降低磨运行的电耗。对球磨而言，被控过程变量是磨机和提升机的功率，磨音的频率等；在立磨被控过程变量则是进出口的压差，调节参量是定量给料机的喂料量。 目前国内用PID回路投入的几乎没有，因为它是多变量、非线性、纯滞后的回路，可通过组态为PI的串级回路或开发*系统、模糊系统、神经单元或建模预估的方法来实现磨机的负荷控制，国外已有较成熟的软件，如CEMAT等。

五．综合利用废气，实现低温余热发电

前述干法水泥的工艺过程气流活跃在整个生产过程中，其中热风有一次风、二次风、三次风， 还有冷却机形成的大量热风，在循环过程中带有一定温度的气体被排放在大气中，实现低温余热综合利用，用于发电和热力管网，是国家重点扶植的项目，“十一五”期间实现低温余热水泥生产线将达40%。目前在能源紧缺的浙江等省已有不少的案例。在北方地区一个典型的CDM项目是北京水泥厂的清洁发展机制，北京水泥厂是环保型企业，现有二条干法水泥生产线，规模分别为2000t/d和3200t/d，它还是中国水泥行业**个兼有垃圾焚烧的企业。它正在实施的CDM项目是利用二台窑的预热，实现7.5MW汽机的预热发电。 在窑尾一级筒出口至排风机的管道抽出温度约300度的废气，同时在冷却机上打洞，抽出温度约150度的热空气，二套窑系统四个出口点，有四台锅炉，分别装在工艺点附近，锅炉出口蒸汽汇总进入汽机。根据标定温度设计锅炉，汽机发出的电能并入工厂中压电网。另外在北方地区用低温余热供热力管网，实现取暖和供热，这方面有专门介绍，本文就不再叙述。

六．结论

1．在当前国内外能源供需矛盾**的情况下，提出建设资源节约型社会，是基于我国要长期发展的战略构想， 水泥行业是耗能大户， 它面临着如何降低能耗，发展综合利用，较大限度减少污染的艰巨任务。

2．降低能耗有多种措施，但离不开自动化。它起监控、协调、优化、管理的重要作用，通过TIA，MES可以使水泥大集团生产更有序，使工厂运行在较高生产率，较优的能耗指标。

3．综合利用废气，实现低温余热发电，有较其深远的社会影响，也有较大的经济效益。
我们相信在不久的将来，我国不仅是水泥产量世界**，单位能耗是世界较低的，综合利用也是世界较好的。

引 言

近年来，随着软硬件资源的成熟与完善，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密相关，功能单一的公用电话也开始向嵌入式多媒体信息终端转型。对嵌入式系统的研究，在**激起了人们较大的兴趣。

选择开放源码的Linux操作系统开发新一代嵌入式产品已经成为其中新的技术热点。在本系统中，采用了MontaVista Linux系统。它提供了很多处理器、目标板和主机环境的组合，有一套完整的辅助开发工具，便于嵌入式系统**人员设计、开发和发布应用程序。

与此同时，配备一个优秀的图形用户界面，使产品和用户能进行友善可靠的交互也已成为开发工作中非常紧迫的要求。本系统中使用的MiniGUI就是嵌入式Linux系统下一个轻量级的图形用户界面支持系统，目前已比较成熟，并已
被用到很多项目的实际开发中。

1、嵌入式Linux系统

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减。适用于用户系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的**计算机系统。从20世纪80年代末开始，陆续出现了一些嵌入式操作系统，如VxWorks、pSOS、bbbbbbsCE、Linux等。其中免费源代码的Linux操作系统因其内核小、支持多种硬件平台、可裁减性好等显著优点，得到了广泛的关注，为嵌入式系统开发提供了一个较有力的选择。

MontaVista Linux

目前，已有多家公司推出了嵌入式Linux发行版本。本系统中采用的是应用**三大嵌入式Linux供应商之一MontaVista Software公司的较新版MontaVista Linux3.0。它使用的是较标准Linux内核2.4.2,是针对嵌入式设备度身定制的实时的、专业的嵌入式操作系统。考虑到嵌入式设备处理器、存储器资源有限的情况，在不减少新内核对嵌入设备有利特性的基础上，MontaVista公司对内核部分进行了高度裁减、配置，使MontaVista Linux 3.0。它使用的是标准Linux内核2.4.2，是针对嵌入式设备度身定制的实时的、专业的嵌入式操作系统。考虑到嵌入式设备处理器、存储器资源有限的情况，在不减少新内核对嵌入设备有利特性的基础上，MontaVista公司对内核部分进行了高度裁减、配置，使MontaVista Linux 3.0系统性能具备稳定、**等特点，同时还为MontaVista Linux 3.0配备了一个由**级驱动的实时调度器（RealTime Scheduler），从而使客户对实时性的要求得到更大的满足。

2、软件开发平台

MontaVista Software公司在嵌入式Linux发行版中已提供了系统开发所需的环境：

a）内核和文件系统工具——目标配置工具（TCT）、库优化工具（LOT）；

b）交叉开发工具——GNU GCC/C++编译器、GDB源码调试器、DDD图形界面调试器等；

c）实时性能工具和分析工具。

系统内核则通过Abatron公司的BDI2000调试器进行测试，内核运行于PowerPC体系的CPU上。该目标系统已实现以太网接口、串口、USB接口，LCD也能正常显示。

3、系统框架结构

应用程序是较上层的开发，其交互界面直接通过MiniGUI图形系统的API接口函数实现。MiniGUI屏蔽了对底层显示、输入设备编程的细节，使程序员更能专注于信息终端界面的特色上，从而缩短了编程投入时间。MiniGUI图形率编译安装后一般以库的形式存放在操作系统/usr/lib文件目录下。

4、MiniGUI的移植

（1）MiniGUI特点

MiniGUI是由魏永明主挂的一个自由软件项目，现完全遵循GPL（General Public License）条款的纯自由软件，可以运行在任何一种具有POSIX线程支持的POSIX兼容系统上。MiniGUI在体系结构上有许多*特之处。它的主要特色有：

a）提供了完备的多窗口机制；

b）对话框和预定义的控件类；

c）消息传递机制；

d）多字符集和多字体支持；

e）全拼、五笔等汉字输入法支持；

f）BMP、GIF、JPEG等常见图像文件的支持；

g）小巧，包含全部功能的库文件大小为300KB左右；

h）可配置，可根据项目需求进行定制配置和编译；

i）可移植性好。

（2）MiniGUI的移植过程

要使MiniGUI运行在入式目标板PPC上，需在MontaVista Linux 3.0的交叉开发环境下移植该图形包。

MiniGUI 1.2.6版发布时含资源文件压缩包minigui-res1.2.6.tar.gz、库文件压缩包libminigui-1.2.6.tar.gz和一个综合示范程序mde-1.2.6.tar.gz。

在开发主机上安装好MontaVista Linux 3.0后，把主机NFS服务的输出目录配置为硬盘路径/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target。目标板运行起来后，会自动挂载到该目录下。

将该目标作为当前路径安装MiniGUI。

打开资源文件压缩包，执行如下命令

tar-xvf minigui-re.2.6.tar.gz

会自动在当前路径下生成minigui-res目录。在该目录下可以看到config.linux文件，修改其中TOPDIR=NONE一项，使TOPDIR=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target，此处的路径对应的
就是设置的NFS输出目录。运行安装命令make install即可。

编译库文件压缩包libminigui-1.2.6.tar.gz时，解压步骤如上。不同的是须在当前目录下运行configure命令对库文件进行移植的配置。命令行如下：

CC=ppc_8xx-gcc./configure

——build=i386-linux

——target=ppc-unknown-linux

——prefix=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target

——libdir=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target/usr/lib

——includedir=/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/target/usr/include

——enable-debug

其中，ppc_8xx-gcc是针对PowerPC体系结构目标的编译器，是MontaVista Linux提供的；build是指执行编译的机器，这里是x86的开发主机；target是运行该编译器所产生目标文件的机器；prefix是所有安装路径的前缀；libdir是库文件安装路径；includedir是头文件安装路径；enable-debub指编译时需包含调试信息。

配置完，运行编译安装命令。

综合示范程序mde-1.2.6.tar.gz的安装方法和库文件类似的。

此时，启动目标板，在MontaVisa Linux的控制程序下，进入/mde-1.2.6/mginit目录，输入命令行./③mginit运行MiniGUI的这个后台服务器程序，出现一个有小企图片的窗口管理器，并在左上角弱出一个控制台程序的子窗口。在该控制台下，可以运行mde中其它的示范例子。至此，MiniGUI图形包在目标板上移植安装完成。

5、信息终端软件开发

本系统中采用了MiniGUI专为嵌入式系统开发的Lite版本。它基于客户/服务器（C/S）体系，在服务器和客户之间传递输入设备数据，以及客户务器之间的某些语法 和响应数据。

在该信息终端软件中，就根据这种结构特点，设计了一个服务器程序和两个客户进程。服务器始终运行后台，记录有关系统信息，如系统计时、用户刷卡余额等，通过MiniGUI提供的Socket机制通信将数据传给下面的客户程序。主界面客户进程给用户提供了完整的操作体验，用户可以通过菜单选择打电话、浏览信息等功能。另一客户进程则是广告屏保，在无人使用的间隙时间里，可以动态显示一些精彩的画面，实现商业价值或公益宣传。下面分别进行介绍。

（1）信息终端客户程序

该信息终端主体界面客户程序在MiniGUI服务器的控制台程序下打开，弹出的是信息终端的主菜单，显示了电话、信息查询、城市交通、新闻专栏等板块。

程序实现时，开始是包含的头文件。

MiniGUI图形包的头文件有：common.h（MiniGUI常用的宏及数据类型的定义）、minigui.h（全局的和通用的接口函数及杂项函数的定义）、bbbbbb.h（定义了和窗口有关的宏、数据类型、数据结构和窗口函数）。使用GDI函数和控件还需包括gdi.h、control.h两个头文件。

编程实现时，MiniGUI的程序入口点是MiniGUIMain函数，系统初始化后就会自动找到该函数。在该函数中先设置主窗口一些基本属性，建立每个客户程序一的一个消息队列。当程序结束时，调用Mainbbbbbb ThreadCleanup函数，主窗口所使用的消息队列系统资源，退回服务器程序中。

各个功能子函数是在MiniGUI程序的另一主体部分——主界面窗口的过程函数中调用打开的。在主窗口建立时，其中有一项属性MainbbbbbbProc，即是注明了对应该窗口的过程函数。各个功能模块的消息也都是通过主窗口中的消息循环进行触发的。

窗口过程函数主体上都是switch和case结构的选择语句，针对不同的消息产生不同的响应。一般MSG_CREATE消息在窗口生成时被发送，因而控件往往在这里调用Createbbbbbb函数生成。MSG_PAINT则是在移动窗口或调用Updatebbbbbb重绘时发生，可根据需要定义相应的操作。MSG_CLOSE即是关闭窗口时的动作，一般调用DestroyMainbbbbbb销毁主窗口，调用PostQuitMessage退出消息循环。

此外，在窗口过程函数MiniGUI提供的GDI，即图形设备接口（graphics device interface），可以方便地将BMP、GIF、JPEG等图片用LoadBitmap函数输出到界面，并通过设备上下文（DC）的逻辑
字体（logfont）实现多字体和多字符集支持。

广告进程的制作也类似，不再说明。

（2）信息终端软件服务器程序

因为服务器和客户程序需要交换数据，所以我们使用了经MiniGUI包装过的Socket通信机制。

在服务器中，建立一个套接字：

#define LISTEN_SOCKET "/var/tmp/socket1"

static int listen_fd;

BOOL listen_socket（HWND hwnd）

｛ if（（listen_fd=serv_listen（LISTEN_SOCKET））<0）

return FALSH;

return RegisterListenFD（listen_fd,POLLIN,hwnd,NULL）;

｝

服务器该套接字listen_fd。当客户有连接请求时，服务器的过程函数中就会收到MSG_FDEVENT消息，服务器就可以接受该请求以进行相应处理：

static int MainFunProc（HWND hWnd,

｛ switch（message）

｛case MSG_FDEVENT:

if（LOWORD（wbbbbb）= =listen_fd）｛

……

conn_fd=serv_accept（listen_fd,&uid）;

if（conn_fd>0）｛

sock_read（conn_fd,buff[20],40）;

……

sock_write（conn_fd,buff[20],40）；

｝｝

break;

｝｝

在主界面进程中，需要连接到服务器时，可以通过cli_conn（LISTEN_SOCKET,‘b‘）来提出请求。

这样，服务器和客户程序之间即可相互交流数据了。

广告进程实现时，需要在服务器中设置事件钩子函数SetServerEventHook（my_event_hook）。因为广告屏保是在没有键盘鼠标输入的一段时间后自动打开的，有任意键时又自动关闭，所以只有始终运行在后台的服务器才能判断广告是否要打开关闭。

可以在消息循环时进行判断：

while（GetMessage（&Msg,HWND_DESKTOP））

｛if （pid_scrnsaver= =0&&GetTickCount（）>

old_tick_count+1000）｛

ShowCursor（FLASE）;

pid_scrnsaver=exec_app（"./scrnsaver","crnsaver"）;

｝

DispatchMessage（&Msg）;

｝

dld_tick_count是**次消息的时间。当从GetTickCount（）得到的当前时间大于设定值时，还没有任何消息的话，广告屏保scrnsaver程序就启动，同时隐蔽鼠标光标。

当系统又接收到事件时，会自动执行注册过的事件钩子函数。在该函数中，使用kill（pid_scrnsaver,SIGINT）命令关闭广告程序，并显示鼠标即可。

将完成的C语言程序文件用交叉编译工具编译，并链接MiniGUI库文件，即可生成所需的可执行文件。

结 语

将嵌入式Linux应用至信息家电类产品中，并开发出优秀的人机交互界面，是嵌入式发展的趋势，拥有广阔的市场前景。本系统开发的嵌入式信息终端也已初见成效，相信这种方案必将得到越来越多的应用