南昌西门子模块代理商触摸屏供应商

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在工业生产过程控制系统中，冷启动及双向无扰动切换对生产过程、产品产量和质量都有很大影响，因此就需要在对生产过程进行控制时，很好地解决这一问题，以保证生产过程的稳定，提高产品质量。

笔者在玻璃窑炉生产过程的工业控制中，设计了以8088工控机为的控制系统（如图1所示）。其中电动操作器作为辅助单元，可实现手动/自动切换，一旦控制机出现故障需要检修时，电动操作器拨向“手动”位置，可对现场执行器进行遥控操作；当控制机检修完毕后，电动操作器拨向“自动”位置，由控制机输出信号，控制现场执行器，这就要求手动、自动实现双向无扰动切换，才能保证料液温度稳定，提高产品质量。

图1　控制系统框图

一、实现方法

由DDZ-Ⅱ型仪表构成的模拟控制系统，可以实现手动/自动双向无扰动切换，系统原理图如图2所示。从自动转向手动时，转换后开关（SK）处于中间位置，阀门电机线圈无电压，因此阀门不动作，实现了从自动到手动无扰动切换。在手动位置时，执行机构的反馈电压，加到调节器积分电容两端，使调节器输出电流始终跟着位置反馈一起变化，并保持相等，实现了“自动”跟踪，保证了手动到自动切换时无扰动。

图2　模拟系统原理图

用工控机代替DDZ-Ⅱ型电动调节仪表后，同理可以实现从自动到手动无扰动切换。但是从手动到自动无扰动切换实现起来就比较困难，如果由硬件实现，不但不经济，而且太复杂。而采用软、硬件相结合，很方便地实现了手动到自动无扰动切换。下面以DFD-09型电动操作器为例，介绍冷启动及手动到自动无扰动切换的方法。
如图3所示，把操作鼓上标号15、16、17、18端与操作器输出端子板的连线断开（见图中打×部分），并且把9与10、11与12端短路（见图中短路线），使得手动、自动所带负载电阻相同。

图3　手动操作器内部端子图

如图4所示，从手动指示灯上取手动标志信号，该信号高电平时，标志手动状态，工控机开始跟踪阀位。反之不跟踪阀位。

图4　手动标志原理图

如图5所示，从阀门位置反馈处阀门开度信号，经衰减，滤除交流成分，送至A/D板。现场调试时，可先给出一个阀门满度信号，然后调A/D模板电位器，使计算机采集的阀门开度数值与阀门开度的满度值相对应，这样当操作器处于“手动”位置时，计算机自动跟踪阀门开度，当手动切换至自动位置时，把跟踪得到的阀门开度值作为跟踪控制量U0（K）［1］，送到D/A转换模板，这样由于计算机输出控制阀门的值与手动操作器控制阀门的值相同，因此手动到自动切换时无扰动，从而实现了手动到自动无扰动切换。

图5　采集阀门开度示意图

另外连续性工业生产过程中，不可能长时间停电，只是瞬间跳闸停电，如果加不间断电源等硬措施，来保护数据不丢失，显然太浪费，可只在软件上稍加动，实现冷启动无扰动切换就能满足生产要求。软件框图如图6所示。

图6　软件框图

二、结束语

冷启动及手动、自动双向无扰动切换的实现，大大提高了控制品质，稳定了工况，也为实现自适应模糊控制奠定了基础。该方法实现简单易行，系统选用的操作单元和工控机都具有通用性，因此对于连续型生产工艺过程控制系统均具有通用性。

1　水泥生产工艺简介

整个工艺流程主要有生料粉末预均化，五级旋风预热，预分解，窑内煅烧，蓖冷机冷却及熟料粉碎等工序组成。

2　水泥生产自动化对DCS系统的要求

我们选用的Honeywell PlantScape中小型集散控制系统是Honeywell公司推出的新系列产品，这也是在我国国内应用的套。

对于年产30万吨水泥生产线，按工艺及实现生产过程控制对DCS系统有如下要求：

(1)根据厂方的具体技术要求，目前DCS主要监控生产线的四大部分：窑头、窑中、窑尾和煤粉制备。共设置560个I/O点，其中模拟量输入72点，模拟量输出25点，数字量输入267点，数字量输出139点，热电偶及热电阻分别为22点和35点。 

窑头、窑中(点) 窑尾(点) 煤粉制备(点)
AI 21 11 40
AO 7 6 12
DI 112 48 107
DO 64 20 55
RTD 5 16 14
T/C 3 4 15

(2)根据该水泥厂实际情况和生产工艺，整个回转窑系统共设置12个控制回路，其它各设备则采用直接控制和顺序控制方式。12个控制回路中，压力控制回路6个，流量控制回路3个，料位控制回路1个，温度控制回路2个。

(3)为减轻人工操作强度，提高自动化程度和系统性，由DCS系统实现联锁保护功能。同时为了操作方便和直观，在工作站界面中，将工艺流程及各种运行设备工况按比例设计操作界面，并随时对各部位进行动态显示。测量值如温度、压力、流量、料位等数据实现动态显示，阀位开度以百分比表示，料位用彩色棒图动态模拟。不同物料管道用不同颜色来区别，其物料流向用头表示。

(4)为了对生产进行有效监控，以便优化工艺条件如故障查找，对32个重要参数用历史趋势曲线进行汇总。如回转窑各段的窑温，五级旋风及窑尾分解炉等处的温度、压力等，以及各控制回路的测量值等。
3　系统总体方案

根据上述要求，本系统设立两个监控工作站，其中一个工作站兼当 PlantScape服务器，设在窑头控制室，既承担总体网络系统的服务器功能，又作为工作站管理和控制窑头、窑中和煤粉制备部分的各主要设备，另一个工作站(窑尾数据采集站)主要负责窑尾及废气处理等设备的监控。工作站采用两台Dell 6200/OP GXPRO 200计算机，用以太网联接，为主从关系，系统软件除具备编程、组态、系统生成功能外，还具备了操作站的所有操作及显示功能。该系统采用基于以太网的bbbbbb NT Client/Server通讯模式，窑头工程师站作为系统服务器(兼工作站)，处理整个系统的通讯、数据库管理和控制；窑尾数据采集站，同时作为操作员工作站，主要用作监控处理数据采集和设备控制。工作站下层的现场控制级由Honeywell控制器模块、通讯模块及I/O模块等组成。具有数据采集和控制功能。 

Honeywell PlantScape DCS系统采用Client/Server结构(至少包括一个Server服务器)，其Server服务器又可兼作工作站(Station)使用，多可带10个工作站和6个控制器。PlantScape的控制器具有384点I/O能力，考虑到每台PlantScape控制器大模拟量I/O为192点，故本系统选用了两台PlantScape控制器。

考虑到系统与运行，系统对所控设备分别设置了计算机控制和现场控制两种操作功能，各主要设备在现场都配有手操和急停开关等。由于水泥厂生产线现场设备多，故系统内部在软件上对各设备的联锁、顺序启停以及故障停车顺序等都编制相应程序，避免事故发生。整个供电系统有两套，相互热备。同时计算机用电与设备用电作了很好的隔离。

4　增湿塔控制回路

在水泥生产过程中，随着窑尾排出烟气量及烟气温度的变化，以及余热利用系统(生料烘干兼粉磨)的开停，增湿塔的喷水量也需作相应的调节。通常可在增湿塔出口处安装一个测温装置，根据温度的高低来调节喷水量。目前，大多数工厂都采用人工调节水量。中、大型增湿塔人工调节很不理想，不但很难使增湿塔处于理想的工作状态，而且容易造成湿底故障。

由于本水泥生产线采用了新型干法生产技术，窑尾的烟气温度高(一般为220～350℃)，烟气含尘量高，水分低，粉尘电阻率又高，因此在电收尘前先经过增湿塔，可大大提高收尘率。增湿塔控制回路主要控制其出口废气温度，大量研究和实际情况表明，把增湿塔出口和电收尘入口温度降到150～170℃之间，既保护了电收尘设备的运行，又可提高其收尘率，同时可大大降低粉尘排放浓度。具体措施是控制增湿塔喷水量. 

为了加有效地控制温度，实现连续调节喷水量的目的，同时避免打开喷水头过多或过少所造成的增湿塔温度过低或过高(高达200～220℃)等现象，我们采用了通过变频器控制电泵来调节增湿塔喷水量的控制方案，这样有效地解决了烟气调质问题。

 5　系统软件开发

PlantScape集散控制系统具有其鲜明的特色。在软件方面，PlantScape可应用于bbbbbbs NT(NT 3.51，NT4.0)，bbbbbbs 95等操作环境。考虑到今后软件的发展，我们选用bbbbbbs NT4.0系统平台，并用Rich WIN97 for NT4.0汉化，有利于工人操作和生产实际应用。PlantScape的基本功能有：
.实现生产过程监控一体化；
.紧急事件报警；
.记录(Logging)由设备或操作员触发的事件；
.用户界面开发；
.可根据需要，定期或由事件触发来生成记录报表或报告；
.记录并采用映象、图形、总计和平均等方式显示定期采样的历史数据；
.系统及网络API(Application Programming Interface)均支持服务器镜像。
PlantScape的特征有：
.定时控制，隔离的控制器，预建的下部结构——包括为立即查看的过程信息而预先形成的显示和报告；
.可实施本地或远程通讯；
.可限制在线通道、控制器和点的结构；
.在线用户化的报表和趋势显示，操作员注册权限和控制级别设置。
软件系统的框架主要有系统软件(包括数据库)(Controller Interface，Application Interface Library和Network Server)、客户软件(Station，Quick Buider和Display Builder)和网络软件(Network API和Microsoft Excel Data Exchange)，还备有用户可自行开发应用软件的C++函数库和Fortran函数库及API。此外，我们利用系统软件所提供的API接口，采用Visual C++ 4.0自行开发了新的控制策略软件(如模糊、预测控制策略)。
DCS系统软件主要包括控制组态软件(Control Building)和监控组态软件(Station，Quick Builder，Display Builder)。
工作站界面主要有：系统总图，DCS工作站主页面图，窑头工作站控制页面图，气力提升泵工作站控制页面图(又称窑尾喂料)，窑头控制站总图等。图4为监控组态软件结构框图。根据工艺要求及设备控制需要编制的水泥生产过程实时控制应用软件，主要有：
(1)有关顺序控制及联锁系统和报警系统的组合软件。

 　　(2)利用PlantScape提供的API应用编程接口，用Visual C++编写模糊控制等应用软件。

(3)根据操作的要求，编制工艺流程图，顺序控制图，控制回路图，历史趋势图和报警系统图，实现实时数据动态显示。

(4)编制动态参数报表，以便掌握手资料和规律，为实现工艺和控制参数的优化提供参考。

6　结论

该系统自1998-05正式一次投运成功以来，控制效果良好，无湿底和温度过高现象。DCS系统实现了对水泥生产过程的实时控制及数据采集、处理，操作直观方便。且人机界面友好，可提供的信息量丰富，对今后优化工艺和改进控制策略有直接的指导意义，并初见明显的经济效益。

   2、基本情况

    我厂75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的风量调节、风压调节，原来采用的是传统做法，即风机以定速方式运行，由挡板调节。其主要弊端主要表现为：

    （1）调节挡板前后压差增加，工作特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加；
    （2）风机定速运行，挡板调整节流损失大，出口压力高，系统效率低，造成能源的浪费；
    （3）风道压力过高，威胁系统设备密封性能；
    （4）长期的40～70％开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差；
    （5）设备使用寿命短，日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的浪费；
    （6）设备起动冲击电流大，需增加配电设备容量而增加投资；
    （7）与DCS不能直接配合，难于实现自动化操作。
    为了解决上述问题，经过了大量的技术论证，决定用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法。经过多次考察、反复研究讨论，本项目采用了三台北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，其型号为：HARSVERT-A06/040（315kW）、HARSVERT-A06/050（355kW）、HARSVERT-A06/030（250kW）。

    3、HARSVERT-A高压变频调速系统的技术方案

    3.1 工作原理

    该变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构如图1所示，整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列高压变频器有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元在结构上一致，可以互换，其电路结构如图2所示，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。

图1 高压变频调速系统结构图

图2 功率单元电路结构

图3 单元输出的PWM波形

    输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的立性，使每个功率单元的主回路相对立，类似常规低压变频器。

    输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

图4 变频器输出的相电压阶梯PWM波形

    当某一个单元出现故障时，可将此单元模块旁路退出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，如此可减少很多场合下停机造成的损失，避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机故障、停机的产生，从而保证了变频器的性。利德华福的产品多可允许2～3个单元模块的旁路。

    3.2 技术方案

    我厂此次采用一拖一自动旁路方案，其一次电路如图5所示。

图5 旁路系统方案

、除尘系统结构和要求
    铁合金分公司除尘项目包括的区域有原料倾翻机、液压混料机、机械混料机、翻饼区、放渣区、钛铁筛粉机、成品破碎区、钛铁筛粉\破碎机、加料站、炉筒打结、分料器、反应室门、钛铁加料平台、中频炉、球磨机、破碎机、石灰破碎机、双辊破碎机、颚式破碎机、破碎区域1、破碎区域2等。
    现场由两台由变频带动的电机，各负责一部分除尘任务，当有一台变频故障暂时无法工作时，可以打开中间的连通阀门，由一台电机实现所有区域的除尘。
各区域都有运行信号指示，传给PLC的DI。各区域都有自的风门，风门处于自动状态时由PLC控制其开和关，处于手动状态时由现场控制开和关。当风门打开且对应的电机处于运行状态时就可以对该区域进行除尘了。
    各区域风门面积不一样，现在要求打开的风门面积总和和变频器输出频率成一定阶梯关系。并要求各区域开始工作后延时一段才开风门，各区域停止工作后也延时一段才关风门，各区域对应的时间不尽相同。
    要求在工作日的每天上午8点开启变频器，每午5点半关掉变频，当设备处于自动运行且风门已经打开时对应变频器会自动启动。
在变频柜和PLC柜面板上有系统状态/报警指示灯，报警蜂鸣器、急停按钮、启动/停止按钮等，方便观察和紧急处理。
    上位机工程师/操作员站要求能直观、地展示整个系统的运行状态，显示参数，实时报警、并能查询历史数据和历史报警，还要求能在局域网的其他机器通过IE能浏览工程师站的数据和画面。
三、自控部分硬件和软件选取
1．硬件选择
PLC采用西门子300系列，CPU为314。S7-300是模块化中小型 PLC 系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以根据实际应用选择合适的模块。 当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。314CPU集成一个MPI接口，供编程和与上位机通讯。由于本系统IO模块较多，用到了一对IM365作两组模块之间的桥接。
两组变频器都采用了西门子MM430。MM430传动平稳，是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载。功率范围7.5kW至250kW。它按照要求设计，具有高度性和灵活性。控制软件可以实现功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。牢固的EMC设计； 控制信号的快速响应；线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（FCC），多点 v/f控制； 内置PID控制器； 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； 数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个； 具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程； 采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接； 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块。

2．软件选择
    上位机软件选择的是北京三维力控研发的组态软件PCAuto3.62网络版。力控软件是一个高度集成化、可视化及具有友好的界面风格的软件，其功能特点如下：
1 动画功能
    软件的开发环境具有多种动面功能，使浏览器画面加的生动形象。
2 图库
    集成化的开发环境、增强的图形功能，丰富的图形元素及级子图精灵图库集，提供子图精灵开发工具，用户可以方便地生成自己的图库；优化设计的图库，提供了丰富的子图和“子图精灵”。
3 趋势曲线
    实时趋势曲线：能够显示采集来的实时值的当前趋势情况
    历史趋势曲线：能够显示数值的历史趋势情况，可能作为查询采集数值的历值的工具，也可以作为分析工具。
4 内部组件
    视频组件：进行视频的捕捉和回放；
    温控曲线组件：可以进行温度的自动升温和保温控制；
    浏览器组件：可以作为标准的浏览器客户端；
    标准bbbbbbS组件：支持标准的文本框、单选框、列表框等组件；
    增强的报警组件：集成的报警管理和查询；
    X—Y曲线组件：可以自由的进行曲线分析和查询；
    幻灯片组件：灵活的幻灯片播放，可进行自由控制；
    自由曲线组件：方便的绘制各种曲线和动画连接；
    报表组件：类EXCEL的报表工具，方便您完成管理报表；
    立体棒图组件：直方图的分析工具；
    历史追忆组件：可以追忆带毫秒标签的数据，方便事故查询；
    手机短信组件：简单的手机短信发送组件；
5 报表组件
    历史报表，报表，内置数据表等多种报表形式。
6 查询功能
7 打印功能
    支持多种打印功能主要有：浏览面面整体打印、选择区域打印以及对打印机的在线设置等。
8 与其它数据库系统的数据交换
    提供了包括ODBC、OPC、ActiveX控件编程接口在内的多种开放接口。
9 网路发布功能
    力控网络版发布后的内容通过IE能在局域网或互联网上进行浏览。

四、控制系统的体系机构
    如下图所示，控制系统由变频柜I、变频柜II,PLC柜、上位机组成。
    PLC与上位机通过MPI协议通讯，采用了一根西门子的MPI串口适配器，上位机为研华工控机，操作系统为Win2000SP4 Professional,并安装了Step7-V5.3编程软件和力控组态软件。力控软件的驱动程序内置了MPI协议，可直接与PLC通讯。
    CPU的DO和AO端子直接与变频器的端子相连，控制变频器的起停以及变频转速给定。
变频器带有485串口，直接与上位机组态软件通讯，把变频器的温度，电流电压等信号传给上位机，让用户直观地了解变频器的工作状态。通讯协议为USS，力控软件中也同样内嵌了USS协议，不需要用户自己另外开发。