【文章內(nèi)容簡介】 先進水平，進一步推動 DCS的國產(chǎn)化進程，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛適用，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。進一步完成的 主要內(nèi)容包括 : 通訊網(wǎng)絡技術(shù) :新的通訊技術(shù) (FDDI、快速以太網(wǎng) )、無線通信技術(shù) 。人機工程技術(shù) :引入多媒體技術(shù)，包括大屏幕、語音處理、攝錄像。使用先進的軟件平臺設(shè)計操作站、工程師站等人機界面 。 控制技術(shù) :引入或設(shè)計自適應、 預估、最優(yōu)、模糊控制等技術(shù) 。 第 8 頁 系統(tǒng)軟件 :發(fā)展或選用更新型有效的實時多任務操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫 。 可靠性 :提高電子元器件的集成度、發(fā)展現(xiàn)有的容錯技術(shù) 。 產(chǎn)品系列化 :形成小、中、大型集散控制系統(tǒng)以及管理控制一體化系統(tǒng)的系列化，開發(fā)現(xiàn)場安裝的智能化儀表以及現(xiàn)場總線通訊技術(shù)。 DCS 在我國的應用情況基本上是好的，能保證過程工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)。但應用水平不高，大多數(shù)用戶對 DCS 的應用，停留在取代常規(guī)控制的水平上，統(tǒng)計表明，實際應用中 DCS 的功能僅發(fā)揮 30%以下。要做到 DCS“物有所值”，應在如下幾方面努力， 即在開車后日常使用中逐步改進控制方案、完善人機界面、為工藝人員提供分析用的歷史數(shù)據(jù)、加強 DCS 機器的日常維護和大修點檢、清掃等，切實做到減員增效 。在 DCS 系統(tǒng)己完成的自動化基礎(chǔ)之上，進一步開發(fā)先進控制和優(yōu)化技術(shù)，以發(fā)本，就可得化，成本只到 40%的效益 。在先進控制的基礎(chǔ)上，增加和發(fā)揮更大效益 (注 :在 DCS 基礎(chǔ)上實現(xiàn)先進控制，只需增加 10%的成實時優(yōu)需增加 10%，就可進一步獲得 40%的效益 )。 球磨給礦系統(tǒng)整體設(shè)計 用 PC 和 PLC 實現(xiàn)集散控制 (DCS)的基本原理 集散控制的基本思想是集中管理 ,分散控制。即 :將磨礦作業(yè)的自動控制過程與操作管理人員對自動控制過程的管理過程相對分離 。磨礦作業(yè)的自動控制過程由各控制站相對獨立地自動完成 ,而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成。中央操作站與各現(xiàn)場控制站一方面各自相對獨立地運行 ,從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi) ,極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性 。另一方面又相互進行實時數(shù)據(jù)通信和信息交換 ,實現(xiàn)了操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進行管理和調(diào)整?，F(xiàn)場控制站的主要任務是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制 ,因此它必須要能夠自動采集全 廠的各種工藝參數(shù) ， 以及設(shè)備的運行狀態(tài) (如閥門的開關(guān)、機泵的開停、設(shè)備振動、機械位移 ) 等生產(chǎn)信息 ,然后按照事先編好的控制程序進行大量的數(shù)值計算 ,最后輸出 4～ 20mA 標準模擬信號 (或 ON/ OFF 數(shù)字信號 )去驅(qū)動各種閥門、電機等執(zhí)行機構(gòu) ,調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù) ,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制 。另外還要與操作站進 第 9 頁 行實時通信 ,將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用 ,同時接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實時調(diào)整自動控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程。因此它還需要具有標準化的通信接口。目前的各種 PLC均具有這樣的功能 ,而且其容量彈性大 ,擴充方便 ,控制方案的組態(tài)簡單易學 ,性能價格比優(yōu)越 ,因此是中型 DCS的操作站的理想選擇。 中央控制室的操作站實際上是一個人機界面 ,一方面把控制站采集的各種生產(chǎn)信息進行加工處理 ,然后以操作人員所習慣和熟悉的各種流程畫面、生產(chǎn)報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令進行編碼后傳送給操作站對控制方案進行調(diào)整 ,以優(yōu)化生產(chǎn)過程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。對中型 DCS 來講 ,目前比較流行的各種監(jiān)控軟件均能實現(xiàn)這樣的功能 ,且對計算機的硬件和操作系統(tǒng)無特別要求 ,用普通的 PC機加一套 監(jiān)控軟件就可實現(xiàn)。用 PC 機 + PLC 組成集散控制系統(tǒng)時 ,PLC承擔了現(xiàn)場控制站的工作 ,PC機承擔了操作站和工程師站的工作。在安裝有 PLC系統(tǒng)軟件的 PC 機上可以離線 (或在線 ) 編輯 PLC的控制應用軟件 (一般稱為梯形圖 ) ,控制應用軟件下載到 PLC后 , PLC獨立完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、模擬控制等，而操作站的各種功能都可以通過“實時監(jiān)控軟件” +“ PC機”來實現(xiàn) ,在安裝有實時監(jiān)控軟件的 PC機上可以方便地對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。 磨礦車間工藝流程簡述 磨礦工藝中，礦石經(jīng)破碎（一般在十幾毫米以 下）形成入磨礦，送入球磨機進行研磨。研磨過程中需要補加水和鋼球，研磨后的礦漿給入分級機進行分級。分級返礦（粗礦）返回球磨機進行再磨，合格礦漿（細礦）溢流送入下道作業(yè)工序。其工藝流程見圖 第 10 頁 圖 磨礦工藝流程圖 經(jīng)過焙燒的礦石從圓筒料倉中通過電振給礦機到達傳誦帶上，在經(jīng)過傳誦帶到達球磨機內(nèi)。其間通過核子秤來檢測給礦量。給球磨機加礦的同時加入一定比例的水，用電磁流量計來檢測水流量。自動加球機按設(shè)定好的速度往球磨機內(nèi)加入鋼球。磨好的礦漿 由出料口進入下一環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)對控制的要求 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查了解。選礦廠的改造工程首先要建立自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各工藝參數(shù)的集中顯示，以便對生產(chǎn)過程及時進行調(diào)控，從而改變目前人工到現(xiàn)場讀取和記錄數(shù)據(jù)再層層傳送，指標優(yōu)化困難大的現(xiàn)狀。另外，由于磨礦作業(yè)存在著很大的檢測滯后性，再加現(xiàn)場上環(huán)境的干擾，給球磨分級作業(yè)的自動控制帶來困難。同時，在現(xiàn)場生產(chǎn)中，系統(tǒng)往往連續(xù)長期運行，控制系統(tǒng)是否可靠，直接關(guān)系到財產(chǎn)安全及經(jīng)濟效益，因此，對磨礦的自動控制設(shè)備和系統(tǒng)提出以下要求 : （ 1）可靠性 :可靠性是控制系統(tǒng)設(shè)計的最基本 原則，要求控制系統(tǒng)在長時間連續(xù)工作 情況下不出現(xiàn)故障?？煽啃灾饕婕傲谁h(huán)境適應性設(shè)計、控制系統(tǒng)的冗余性設(shè)計、控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計、控制系統(tǒng)的故障診斷等方面。 （ 2）安全性 :要求系統(tǒng)中有專用的監(jiān)控裝置，用于監(jiān)視系統(tǒng)的工藝設(shè)備、電源等工作情況，故障時將系統(tǒng)自動切換到安全裝置并發(fā)出聲光報警。系統(tǒng)中還要有安全聯(lián)鎖以防誤操作，控制系統(tǒng)能進行軟手操和緊急手操，能實現(xiàn)雙向 第 11 頁 無擾動切換，在任何情況下，都有操作手段，防止操作失靈。 （ 3）實時性高 :即能夠在對象允許的時間間隔內(nèi)對系統(tǒng)進行控制、計算和處理，一般控制系統(tǒng)采集和控制 的參數(shù)是比較關(guān)鍵的，這些參數(shù)的變化可能會影響到正生產(chǎn)或 經(jīng)濟運行，因此這就要求控制系統(tǒng)能夠及時地反映出這些參數(shù)的變化，并加以處理控制，保證生產(chǎn)正常高效運行。 （ 4）抗干擾能力 :磨礦過程中現(xiàn)場條件差，因此要求控制設(shè)備必須要采用光電隔離、防爆防塵等技術(shù)措施。 （ 5）使用維護方便 :要求控制系統(tǒng)原理易于掌握，具有模塊化的組件和功能，易于檢驗維修 。 （ 6）人機界面友好 :要求界面系統(tǒng)簡單明了，實用方便，易于操作 。 監(jiān)控方案簡介 在現(xiàn)代工業(yè)控制中工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制也越來越重要。工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制是指在冶 金、機械、石油、化工、電力、輕工、建材、原子能與環(huán)保等部門的生產(chǎn)中，對于溫度、壓力、液位、流量、濃度、成分等變量實現(xiàn)的自動控制。根據(jù)總體設(shè)計方案和鋁廠蒸發(fā)車間的實際工藝對過程控制的要求，并考慮當前自動控制技術(shù)的新發(fā)展及企業(yè)發(fā)展的需要，選用運行可靠、功能強大的DCS 控制系統(tǒng) . 從所要監(jiān)控的磨礦車間來考慮，球磨分級在選礦工藝流程中是一十分重要的環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中要監(jiān)控的參數(shù)主要有給礦量、水流量、出料量，我們要控制的參數(shù)是電振給礦機的給礦量，和水流量把它們控制在我們設(shè)計的范圍內(nèi)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。分析系統(tǒng)中得出電振 給礦機的給礦量的控制是通過控制電振來實現(xiàn)的，為了達到這一控制目的我們需要一個控制方案來實現(xiàn)。圖 為控制系統(tǒng)方框圖： 第 12 頁 磨 機給 定＋控 制 器1 ， 2 ，3 ， 4 核 子 稱控 制 器電 子 閥電 磁 流 量 計－水＋－水K 圖 球磨給礦系統(tǒng)框圖 監(jiān)控系統(tǒng)采用 DCS 控制系統(tǒng)，上位機使用組態(tài)王，實現(xiàn)實時監(jiān)控。下位機采用智能模塊 PLC，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。利用 MPI 多點接口實現(xiàn)上位機與下位機的通信，實現(xiàn)上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)交換。從而實現(xiàn)了上位機對現(xiàn)場的實時監(jiān)控。 其硬件連接圖如圖 ： 第 13 頁 上 位 機上 位 機電 振P L C S 7 2 0 0打 印 機核 子 秤 分 級 機 電 磁 流 量 計 圖 DCS 系統(tǒng)的硬件連接圖 第 14 頁 3 球磨機給礦控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 西門子 S7200系列可編程序控制器 SIMATIC S7200系列 PLC是西門子家族中最小型的 PLC,共有 5 種基本型號(共 18種 )的 CPU ,其基本型號分別為 CPU 2 CPU 21 CPU 21 CPU 21 CPU 216, 控制點數(shù)可以從 10 點到 128 點 , 除 PLC所具有的一般功能外 , 其強大的通訊能力使其區(qū)別于一般的小型 PLC, 可通過網(wǎng)絡、分布系統(tǒng)輕易完成復雜的控制要求 , 在基本不增加成本的情況下大大提高控 制系統(tǒng)的綜合控制能力與自動化程度。這一點在大量的實際應用中已得到充分的證實 , 為很經(jīng)濟地進行技術(shù)改造 , 將控制與管理結(jié)合 , 提高工廠的綜合自動化程度提供了一種可能。 S7200PLC 的軟件特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面 : 數(shù)據(jù)存放的方式 PLC 指令大多是對數(shù)據(jù)進行操作 , 為了增強處理能力 , 數(shù)據(jù)是以多種方式存放的 , 所以對于數(shù)據(jù)存儲的方式必須預先約定 , S7200 系列 PLC 采用與計算機相同的存儲方式 : 即用位、字節(jié)、字、雙字來存儲數(shù)據(jù)。隨著計算機技術(shù)的普及 , 該方式已經(jīng)被廣大工程技術(shù)人員 所熟悉、掌握 , 顯得容易理解、很直接。 尋址方式 尋址方式的多少是反應指令系統(tǒng)強弱的一個重要指標。由 S7200 數(shù)據(jù)存儲方式可知 , 所有數(shù)據(jù)都可以按位、字節(jié)、字、雙字尋址 , 使其尋址方式方便、多樣。另外 , 不同的數(shù)據(jù)分不同的區(qū)域存儲 , 針對不同的存儲區(qū)又有不同的尋址方式 , 它們是 : 立即尋址、直接尋址和間接尋址。這樣 S7 系列 PLC 的指令就具有計算機指令靈活的特點 , 與一般的小型 PLC有很大的區(qū)別。其中 , 間接尋址也稱為指針尋址 , 西門子把指針的概念引入 PLC, 并作為 S7200系列 PLC 的基本尋址方式之一 , 這是很有特色的。有了指針尋址方式 , 指令的變化更加靈活多樣 ,使用也更加靈活 , 在同樣的指令數(shù)目下 , 編程的方式與程序的質(zhì)量都可大大提高。由于指針的引入 , 特別是和指針的結(jié)合使用 , 使許多指令的變化很大 , 有時還會出現(xiàn)意想不到的效果。例如編碼指令 , 一般都認為這是一條特殊 第 15 頁 指令 , 只有在特殊應用中才可能用到 , 但結(jié)合指針指令用活了 , 就會出現(xiàn)特殊的效果 , 變成了常用指令。例如 , 在工業(yè)控制中 , 隨著自動化水平的提高 , 要求控制器 PLC 對設(shè)備具有自我診斷的能力 , 把故障或者報警信息充分細 化 ,并要求 PLC 根據(jù)故障作出不同反應 , 這些信息的處理 , 如采用傳統(tǒng)的 PLC 指令編程就有一定的困難 , 但采用編碼指令就很方便 , 可采用預先在 PLC 內(nèi)部建立信息表的方法 , 不同故障從某一字節(jié)的最高位開始 , 連續(xù)建立標志 , 通過對標志字節(jié)的編碼 , 不同故障就產(chǎn)生不同的結(jié)果 , 用編碼結(jié)果作為指針對某個固定地址的偏移去查表 , 就可以對不同故障進行不同處理 , 而且同時產(chǎn)生的故障還可以區(qū)分優(yōu)先級 , 以方便以后的分級處理 , 大大增強了 PLC 在實際工業(yè)控制中的能力。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 質(zhì)量好的程序應該是占 用存儲空間少 , 執(zhí)行時間短 , 編制、調(diào)試時間短以及清晰易讀和易于移植的 , 故應采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法。 S7200 系列 PLC 的指令系統(tǒng)中 , 包含了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的一些基本指令 ,如比較指令、跳轉(zhuǎn)指令、子程序調(diào)用指令、標記段的指令等。實際