新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其在中型規(guī)模水泥廠的應(yīng)用
摘要：本文總結(jié)蘇州南新水泥有限公司日產(chǎn)700噸余熱發(fā)電水泥生產(chǎn)線新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐，通過比較全面的調(diào)查研究，選擇當(dāng)今世界上最優(yōu)秀的軟硬件，構(gòu)成高性能價(jià)格比的實(shí)用系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)界面，完善的操作功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝設(shè)備和生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，符合中型規(guī)模水泥廠裝備水平的實(shí)際需要，對(duì)當(dāng)前為數(shù)眾多的地方水泥廠擴(kuò)建改造具有普遍的指導(dǎo)意義。本文在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能、組態(tài)軟件運(yùn)用、與成套電控設(shè)備的連接與通信、提高系統(tǒng)抗干擾性能等方面，做出了較為詳細(xì)的論述。
關(guān)鍵詞 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)功能 組態(tài)軟件 生產(chǎn)線控制 微機(jī)配料
進(jìn)入九十年代以后，在我國(guó)水泥工業(yè)中占居重要地位的地方水泥企業(yè)，已經(jīng)開始進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。大批有實(shí)力的立窯廠，正在逐步改造成為日產(chǎn)700～1000噸規(guī)模的新型干法窯廠。這些廠原有電氣系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng)方式，單機(jī)控制設(shè)備開停，或有簡(jiǎn)單的“轉(zhuǎn)換開關(guān)──繼電器”聯(lián)鎖，而在生料配料和預(yù)加水成球等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，也采用了一些技術(shù)比較成熟的單項(xiàng)微機(jī)控制，除此以外的自動(dòng)化儀表都比較少。
隨著預(yù)分解窯、五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯和余熱發(fā)電窯等新型干法窯的普及，對(duì)工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)控，已經(jīng)成為非常必要的管理手段。新生產(chǎn)線的建設(shè)者們正越來越重視生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求達(dá)到更高的水平，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及勢(shì)在必行。因此，盡快摸索出一套適合地方水泥廠實(shí)際條件、技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用可靠、投資較省的新一代控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，必將對(duì)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到重要的促進(jìn)作用，因而具有很好的推廣價(jià)值。
一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則
近幾年來，由國(guó)家投資建設(shè)的日產(chǎn)2000噸以上新型干法窯水泥廠，已經(jīng)普遍采用全套從國(guó)外引進(jìn)的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括對(duì)設(shè)備的監(jiān)控、報(bào)警，堆場(chǎng)管理、磨機(jī)配料、窯的模糊邏輯控制等各項(xiàng)功能，趕上了當(dāng)代國(guó)際水平。但其控制系統(tǒng)的投資費(fèi)用過高，調(diào)節(jié)控制功能要求與國(guó)產(chǎn)裝備不相適應(yīng)，對(duì)大多數(shù)地方中型水泥廠來說并不合適。在建材行業(yè)推廣計(jì)算機(jī)應(yīng)用的熱潮中，有一些廠投資了近百萬元，嘗試?yán)肧TD總線或PC總線組成局部網(wǎng)絡(luò)，融生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理為一體，進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用示范，實(shí)際效果并不理想。特別是系統(tǒng)的抗干擾性能較差，在遭受雷擊等意外沖擊后硬件極容易損壞，不能適應(yīng)水泥廠的現(xiàn)場(chǎng)使用條件，因此推廣比較困難。
我們對(duì)新一代控制系統(tǒng)提出最基本的要求是實(shí)用、可靠，根據(jù)地方水泥廠的實(shí)際情況，系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備順序控制、工藝流程顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、多種功能的報(bào)警為主。在進(jìn)行廣泛調(diào)查研究和充分比較的基礎(chǔ)上，我們選擇當(dāng)今世界上最優(yōu)秀的軟硬件，將它們組合起來構(gòu)成新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
我們把硬件配置的重點(diǎn)，放在提高它的可靠性和便于檢修維護(hù)之上，而對(duì)軟件功能要求的重點(diǎn)，則放在加強(qiáng)它的實(shí)用性和方便操作之上。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有靈活的組態(tài)方式，完善的監(jiān)控功能，可靠的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性能，同時(shí)要求它的開發(fā)過程快捷，使用操作方便，日常維護(hù)簡(jiǎn)單。
二、系統(tǒng)硬件的選擇和網(wǎng)絡(luò)功能
系統(tǒng)硬件的選擇包括操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站兩大部分組成，其總的依據(jù)是系統(tǒng)所要求達(dá)到的功能、系統(tǒng)的可靠性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、系統(tǒng)今后的可擴(kuò)展性，以及至關(guān)重要的價(jià)格因素等多方面來考慮。
作為人機(jī)界面的操作員站（監(jiān)控站）硬件的選擇比較簡(jiǎn)單，采用通用的工業(yè)型計(jì)算機(jī)，其性能一般都能滿足要求。為進(jìn)一步提高可靠性以適應(yīng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，我們選用美國(guó)Intel公司的工控機(jī)和日本EIZO名牌大屏幕顯示器組成高品質(zhì)的監(jiān)控站，就能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作功能，清晰顯示復(fù)雜的工藝流程畫面�？晒┈F(xiàn)場(chǎng)控制站選擇的PLC硬件品種繁多，我們必須根據(jù)水泥廠應(yīng)用的實(shí)際需要以及現(xiàn)場(chǎng)條件，重點(diǎn)考慮其網(wǎng)絡(luò)功能的特點(diǎn)，相比較而優(yōu)選出具有高性能價(jià)格比的硬件配置。
1. 水泥廠生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)
地方中型水泥廠的生產(chǎn)管理模式，一般是按工藝流程將全廠劃分成3～4個(gè)主要生產(chǎn)車間，以車間為單元進(jìn)行生產(chǎn)控制和管理。每個(gè)車間都包括大小數(shù)十臺(tái)設(shè)備，分散在前后各道工序，距離較遠(yuǎn)，且電氣設(shè)備的裝機(jī)容量大，高壓電動(dòng)機(jī)多，現(xiàn)場(chǎng)干擾強(qiáng)，這些都是比較典型的大型工業(yè)集中──分散控制系統(tǒng)的共同特征。
選擇一個(gè)合適的局部網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功顯得十分重要，因?yàn)楣I(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同于一般的辦公室自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)，響應(yīng)時(shí)間可在幾秒鐘的范圍內(nèi)，操作和控制某些設(shè)備的過程往往需要在幾個(gè)毫秒內(nèi)完成。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是集散型控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)工業(yè)控制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而言，必須要求它具有快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力和極高的可靠性，能適應(yīng)在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行。
網(wǎng)絡(luò)功能是PLC可編程控制器的一項(xiàng)重要品質(zhì)指標(biāo)，無論是分車間控制的相對(duì)獨(dú)立小系統(tǒng)，或全廠集中控制的大系統(tǒng)，往往都需要由一個(gè)以上的現(xiàn)場(chǎng)控制站連接而成，現(xiàn)場(chǎng)總線如采用主控站──遠(yuǎn)程站的結(jié)構(gòu)形式，可以充分發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，節(jié)省大量電纜，減少故障隱患，但同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能提出了更高的要求。
2. 幾種局部網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)和性能
網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)是集散型控制系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的概念，它是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能的決定性因素之一。根據(jù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和站之間互連方式的不同，局部網(wǎng)絡(luò)常見有三種拓樸結(jié)構(gòu)。
星型結(jié)構(gòu)：以一個(gè)PLC主控站或其它智能主機(jī)作為控制通信中心，所有其它節(jié)點(diǎn)都作為終端通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與之相連接，每個(gè)接點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送和接收信息，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰。但它有如下缺點(diǎn)：作為星的控制中心一旦出現(xiàn)故障就會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間信息的傳遞都必須通過中心，從而導(dǎo)致只有低的數(shù)據(jù)吞吐率，當(dāng)需要組成大規(guī)模系統(tǒng)時(shí)連線費(fèi)用昂貴等。早期某些公司的低檔PLC采用了這種結(jié)構(gòu)，一般不適宜在集散型工控系統(tǒng)中應(yīng)用。
圖1 星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
公共總線：在一條主干線上以多掛點(diǎn)的形式將各個(gè)節(jié)點(diǎn)互相連接在一起，與星型結(jié)構(gòu)相比，通信可不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中心控制器，而能在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳遞信息，總線拓樸結(jié)構(gòu)一般使用同軸電纜或雙絞線電纜加適當(dāng)?shù)挠布涌�。它的�?yōu)點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)上增加或減少站點(diǎn)都比較容易，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)也是顯而易見的，即在主干線上如出現(xiàn)斷路，就可能影響較多的節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，在這種總線結(jié)構(gòu)下的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，是以并列的形式連接到一條共享的傳輸總線上，必須規(guī)定某種控制協(xié)議才能避免信息沖突，增加了軟硬件技術(shù)的復(fù)雜性。
圖2 公共總線網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)中控制通信的方式一般可分為兩種類型：其一是主從方式，即網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)作為主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制器和多個(gè)PLC從站組成，在這種方式下由主機(jī)統(tǒng)一控制通信，向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，如果需要接收從站信息，主站可查詢每個(gè)從站并等待響應(yīng)。主從方式的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在通信瓶頸，一旦主站故障也可能引起網(wǎng)絡(luò)阻塞。其二是無主從方式，由所有節(jié)點(diǎn)按一定的規(guī)則相互協(xié)同控制總線，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中一般以令牌傳送（Token passing）的方法，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)輪流取得通信控制權(quán)。無主從方式的傳輸效率較高，實(shí)時(shí)響應(yīng)性能較好。新型總線拓樸結(jié)構(gòu)更進(jìn)一步采用了冗余技術(shù)，綜合性能指標(biāo)達(dá)到了比較高的水平，但需要增加較多的硬件開銷。
環(huán)形網(wǎng)絡(luò)：所有節(jié)點(diǎn)都通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，形成一條長(zhǎng)鏈并首尾相通構(gòu)接成一個(gè)封閉的環(huán)，網(wǎng)絡(luò)中的信息按點(diǎn)至點(diǎn)的方式只傳送到其相鄰的點(diǎn)，如果不是信息的目的站，就再接力傳送至下一個(gè)站。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)雖然存在某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障容易引起信息阻斷的缺點(diǎn)，但它是一種技術(shù)上非常成熟的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過雙環(huán)冗余和其它附加功能，硬件結(jié)構(gòu)仍比較簡(jiǎn)單，但可靠性方面卻能略勝一籌，因此在PLC控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
局部網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要指標(biāo)是它的通信速率，特別在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較多的情況下，較高的波特率對(duì)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力十分有利。通過多方面的比較，我們選用日本三菱公司的Ａ系列大型PLC各功能模塊，組成車間主控站和現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程站。
圖3 環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
3. 三菱Ａ系列PLC的主要技術(shù)指標(biāo)
MELSEC是日本三菱電機(jī)公司可編程控制器商品代號(hào)，MELSEC-A是其生產(chǎn)的高功能產(chǎn)品，設(shè)計(jì)選用的A3系列是當(dāng)今世界上能與美國(guó)A＆B公司的PLC5/25和Modicon公司的984系列相媲美的高檔次可編程控制器。它的品種規(guī)格全、各項(xiàng)性能指標(biāo)都很高，在世界市場(chǎng)銷售份額中占有很高的比重。
�。�3系列CPU微處理器為16位，有250多條高級(jí)指令，程序容量為2×30K步，每個(gè)CPU單元的最大I/O點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)�？蓱�(yīng)用于開關(guān)量、模擬量控制，PID調(diào)節(jié)及步進(jìn)／伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。Ａ系列可編程控制器具有完善的網(wǎng)絡(luò)功能，以其為主體可構(gòu)成龐大的局部網(wǎng)絡(luò)，并可與F1/F2系列小型可編程控制器、VVVF變頻調(diào)速器等連接，構(gòu)成全自動(dòng)的工廠控制系統(tǒng)。
整個(gè)Ａ系列外部設(shè)備都能兼容，具有共同的編程語言，通用的模塊和組件基板，易于升級(jí)和擴(kuò)充。三菱公司還在不斷推出新品種，擴(kuò)充新功能。如超高速運(yùn)算和表決式三機(jī)冗余CPU，采樣式16通道A/D模塊、小信號(hào)輸入A/D模塊，64回路PID調(diào)節(jié)組件，以及圖象顯示CRT/LCD、數(shù)據(jù)保存打印組件等。
Ａ系列可編程控制器具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，可單步運(yùn)行、設(shè)斷點(diǎn)運(yùn)行、采樣跟蹤、狀態(tài)鎖存，調(diào)試程序方便快捷，并可在線修改，使用暫停功能可在不關(guān)斷重要輸出的情況下修改程序。同時(shí)還具有很好的自診斷功能，CPU、存儲(chǔ)器失效校驗(yàn)，運(yùn)算電路、RAM及參數(shù)校驗(yàn)，自動(dòng)測(cè)量掃描時(shí)間等。可快速查出故障所在，以文字顯示錯(cuò)誤類型。
4. 三菱MELSEC-NET總線網(wǎng)絡(luò)功能
MELSEC-NET是三菱電機(jī)公司專為MELSEC可編程控制器，尤其是Ａ系列可編程控制器配備的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度為1.25Ｍbps。它具有很高的抗干擾能力，與不同裝置的可連接性和編制程序容易等特點(diǎn)。因?yàn)樗泻芎玫男阅軆r(jià)格比，因此非常適合于我們的應(yīng)用場(chǎng)合。
它采用局部網(wǎng)絡(luò)中常見的環(huán)形結(jié)構(gòu)，并雙環(huán)冗余，當(dāng)發(fā)生任何通信電纜斷路或從站故障時(shí)，雙環(huán)路中的主環(huán)路和副環(huán)路能自動(dòng)進(jìn)行切換，在兩個(gè)環(huán)路同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，還能通過回送功能（Loop back function），保持通信暢通。對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，MELSEC-NET提供了同軸電纜和光纜兩種不同選擇。同軸電纜的通信距離為0.5km，光纜的通信距離可達(dá)1～2km。 我們選用了同軸電纜，也即有線電視系統(tǒng)CATV中常見的75Ω電纜，它的成本比較低，同時(shí)抗干擾性能也較好，能滿足使用要求。
MELSEC-NET還具有通信軟元件Ｂ&Ｗ的獨(dú)特功能，即在所有站之間共享的通信數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)絡(luò)提供了1024個(gè)通信繼電器Ｂ和1024個(gè)16位的通信寄存器Ｗ，Ｂ與Ｗ在編程時(shí)如同一般的內(nèi)部軟元件一樣使用，每個(gè)站只可對(duì)在通信參數(shù)初始化時(shí)指定的Ｂ和Ｗ進(jìn)行寫操作，而任意站均可對(duì)Ｂ和Ｗ的全部?jī)?chǔ)存區(qū)進(jìn)行讀操作，也就是說Ｂ的 ON/OFF狀態(tài)和Ｗ中的數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)自動(dòng)分布至所有其它的站。這個(gè)新功能不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳輸，同時(shí)還使我們?cè)谔幚磉@些數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收時(shí)，不再需要通過特殊的編程，調(diào)用極其方便。
利用MELSEC-NET的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)功能，我們可以很方便地把各車間主控站和遠(yuǎn)程站之間的通信小環(huán)路打開，將全廠所有的站就近連接起來，構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的大網(wǎng)絡(luò)，從而升級(jí)成為一個(gè)名副其實(shí)的集散型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠的計(jì)算機(jī)集中控制。MELSEC-NET還發(fā)展了幾種更加新型的現(xiàn)場(chǎng)和PLC－PLC通信網(wǎng)絡(luò)，采用32位專用處理芯片，具有無主從方式令牌傳送功能，冗余性更好，通信速率可高達(dá)10Ｍbps甚至更快。在有條件時(shí)我們可以適當(dāng)增加投資，提高選用檔次。
5. 對(duì)輸入輸出模塊的`具體要求
MELSEC-A系列可編程控制器提供了多種規(guī)格的輸入輸出模塊，可以從使用條件和節(jié)省投資兩方面考慮作出選擇。針對(duì)一般水泥廠現(xiàn)場(chǎng)粉塵較多的特點(diǎn)，很容易造成繼電器接點(diǎn)接觸不良，故選用220V交流輸入模塊，提高其可靠性。輸出模塊選用繼電器輸出形式，便于通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)隔離連接。
模擬量輸入采用多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D模塊，精度為12位二進(jìn)制數(shù)，并可與多路切換模塊配合，很容易擴(kuò)展。在輸入端和內(nèi)部電路之間采用光電隔離，保證了抗噪聲干擾的性能良好，通道之間采用了水銀繼電器隔離，確保了在廠區(qū)尤其是電站周圍大地電平多變的條件下使用。這些模塊特別適合于要求多通道的模擬量采集和控制，而又想要價(jià)格便宜的場(chǎng)合。
模擬量I/O模塊的另一項(xiàng)指標(biāo)是信號(hào)的采樣周期，要根據(jù)被測(cè)參數(shù)的工藝特點(diǎn)合理選用。例如，在水泥粉磨和煅燒過程中的溫度、壓力信號(hào)一般變化比較緩慢，而發(fā)電系統(tǒng)鍋爐和汽機(jī)的壓力、流量信號(hào)變化就可能快許多。在處理數(shù)據(jù)量較大而且要求較高的情況下，除了在硬件選擇方面作重點(diǎn)考慮外，還可配合采取軟件功能上的優(yōu)化措施，盡可能降低系統(tǒng)成本。
6. PLC可編程控制器的最新發(fā)展
目前，國(guó)內(nèi)引進(jìn)世界各國(guó)的PLC硬件品種規(guī)格較多，各大公司都先后推出了許多不同檔次的新產(chǎn)品，普遍采用表面安裝技術(shù)，芯片趨向更高的集成度，模塊小型化，增加了新功能，成本反而有所下降。其中較有代表性的有三菱公司的A系列已開發(fā)了新品種AnU和QnA系列， SIEMENS公司的S7系列，Modicon公司的Quantum系列。采用這些新型PLC可編程控制器，可以組成功能更強(qiáng)大，或者配置簡(jiǎn)潔的經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)。我們摘錄比較適合在中型水泥廠使用的部分PLC可編程控制器網(wǎng)絡(luò)功能的主要指標(biāo)，以供選用時(shí)參考。
表1 新型PLC可編程控制器網(wǎng)絡(luò)功能
制造廠商 規(guī)格型號(hào) 網(wǎng)絡(luò)名稱 最多節(jié)點(diǎn) 波 特 率 存取方式
莫 迪 康 Modicon984 Modbus 248 19.2K/S 主從方式
三菱電機(jī) MELSEC A MELSEC-NET 64 1.25M/S 主從方式
西 門 子 SIMATIC S7 SINEC L2 128 1.5M/S 令牌傳送
AB公司 PCL 5 DH+ 64 57.6K/S 令牌傳送
莫 迪 康 Quantum Modbus+ 32 1.0M/S 令牌傳送
三、系統(tǒng)組態(tài)軟件的選擇
對(duì)一個(gè)應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，具有簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用的操作功能，有清晰流暢的工藝流程畫面，能對(duì)所顯示的各種實(shí)時(shí)信息和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和動(dòng)態(tài)刷新，是衡量系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的主要依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的逐步提高，高分辯率真彩色顯示器的出現(xiàn)和CPU的不斷升級(jí)，用戶對(duì)人機(jī)操作界面即應(yīng)用軟件提出了更加苛刻的要求，如果我們還停留在使用程序語言直接編制過程畫面，或是依靠原先DOS方式下的圖形編輯來作圖，即使耗費(fèi)大量工時(shí)也未必如愿，一旦需要進(jìn)行修改，則十分繁復(fù)而且很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。我們?cè)谛滦蚉LC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)國(guó)內(nèi)外組態(tài)軟件技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查研究。
適合三菱Ａ系列PLC及其網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)軟件較多，例如：Paragon、Onspec和Fix等，這些通用組態(tài)軟件都已經(jīng)過了較長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，其可靠性和穩(wěn)定性有充分保證。但是，它們都只能在DOS環(huán)境下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)漢字處理非常困難，而對(duì)一個(gè)中型規(guī)模的地方水泥廠來說，如果我們要求一般水平的人員，都要能面對(duì)全英文提示畫面進(jìn)行操作，這將是不現(xiàn)實(shí)的。經(jīng)過反復(fù)調(diào)研，我們?cè)诋?dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還很少有人使用過，完全缺乏可借鑒經(jīng)驗(yàn)的情況下，獨(dú)具一格地大膽采用了一種全新的人機(jī)接口組態(tài)軟件InTouch，此舉雖然給項(xiàng)目增加了一定的風(fēng)險(xiǎn)性，但卻取得事半功倍的滿意效果。
圖4 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的新型組態(tài)軟件InTouch，是目前世界上最強(qiáng)有力和最先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件，曾經(jīng)連續(xù)三年被國(guó)際控制工程學(xué)會(huì)評(píng)為最佳人機(jī)對(duì)話軟件。研制生產(chǎn)InTouch軟件的美國(guó)Wonderware公司也因此而馳名于世界各國(guó)。
InTouch是第一個(gè)以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的工控軟件，作為一個(gè)實(shí)時(shí)的人機(jī)界面實(shí)用程序的程序生成器，可以產(chǎn)生在管理級(jí)別上的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集程序，依靠菜單驅(qū)動(dòng)在Windows多任務(wù)環(huán)境下運(yùn)行。它幾乎利用了Windows全部豐富的圖形和窗口功能，因而具有靈活的組態(tài)方式，使工控用戶應(yīng)用程序的開發(fā)和修改，變得極為容易而快捷。它具有如下顯著的特點(diǎn)：
1. 動(dòng)畫圖形編輯和顯示功能
由于采用Windows的內(nèi)存管理，擴(kuò)大了存儲(chǔ)空間，使InTouch軟件對(duì)被監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)和最大畫面數(shù)均不受限制。它的作圖功能完善，圖形逼真，利用鼠標(biāo)器操作就能啟動(dòng)軟件包中新的功能工具箱，進(jìn)行字型和顏色的選擇，安排和對(duì)齊目標(biāo)。InTouch對(duì)任何一個(gè)目標(biāo)對(duì)象，都可以賦予不同的動(dòng)畫特性，包括平移、升降、旋轉(zhuǎn)、閃光、變色、放大、縮小、隱形、再現(xiàn)，調(diào)入新的圖形窗口等，所有這些動(dòng)畫特性有機(jī)地結(jié)合在一起，就能創(chuàng)造出難以置信的神奇效果。
用戶只需建立起不同種類的圖形目標(biāo)，然后定義它們的動(dòng)態(tài)特性并儲(chǔ)存到圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中，就能在應(yīng)用軟件的任何位置上復(fù)制拷貝，唯一要改變的是它與變量的連接，而原有的動(dòng)態(tài)特性都能自動(dòng)保留。這一特點(diǎn)極大地簡(jiǎn)化了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)過程，大大節(jié)省了調(diào)試中程序修改的工作量。
2. 數(shù)據(jù)處理和報(bào)警功能
InTouch的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可儲(chǔ)存多達(dá)32,000個(gè)變量名，包括實(shí)數(shù)、整數(shù)、邏輯數(shù)或字符串，具有多種用戶數(shù)據(jù)輸入方式，以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換功能。獨(dú)立運(yùn)行的DDE驅(qū)動(dòng)程序直接將實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)過程參數(shù)，傳送到InTouch的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行各種處理，提供顯示、記錄、打印和報(bào)警。
InTouch極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)圖形化功能，能在一幅畫面中同時(shí)顯示四條實(shí)時(shí)曲線圖或者歷史趨勢(shì)曲線圖，每個(gè)應(yīng)用程序中、每個(gè)窗口上所能開辟的曲線圖數(shù)目則不受限制，可以由操作人員任意設(shè)置。
InTouch具有豐富的報(bào)警功能，包括數(shù)據(jù)報(bào)警、速率報(bào)警和偏差報(bào)警等，改變報(bào)警上下限和設(shè)立優(yōu)先權(quán)的操作都非常簡(jiǎn)單。各種報(bào)警信息，包括報(bào)警目標(biāo)、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警值等都可以在屏幕上顯示、記錄、或打印，并可記錄操作者對(duì)報(bào)警的確認(rèn)。
3. 快速動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換
InTouch借助于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic Data Exchange──DDE）與其他軟件聯(lián)合工作，Wonderware公司提供的I／O服務(wù)程序可支持許多公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC）與InTouch通信，因而使這個(gè)優(yōu)秀的組態(tài)軟件具有了很好的通用性，能應(yīng)用于任何運(yùn)行Windows的兼容系統(tǒng)中，在這方面極具特色。
為了加速數(shù)據(jù)的采集和交換，InTouch提供了獨(dú)特的高速DDE通道，即所謂“Fast DDE”�！癋ast DDE”數(shù)據(jù)采集和交換速度能達(dá)到一般DDE的十倍以上，擴(kuò)展了對(duì)數(shù)據(jù)的利用。用戶可以直接調(diào)用這些數(shù)據(jù)在Microsoft Excel中制表作圖，極便利于產(chǎn)生和打印管理級(jí)別上的各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表。InTouch在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中，只采集和傳送所有必要的變量：正在屏幕上顯示的點(diǎn)，要求記錄的運(yùn)行變量或報(bào)警點(diǎn)，正在執(zhí)行的背景目標(biāo)等。InTouch只“報(bào)告”任何已經(jīng)改變了的變量，這種數(shù)據(jù)采集的最優(yōu)化設(shè)計(jì)大大加快了它的運(yùn)行速度。
最近幾年來，工控組態(tài)軟件得到了極其迅速的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一些著名大公司先后開發(fā)了不少Windows下運(yùn)行的同類軟件產(chǎn)品，或與各自的DCS系統(tǒng)或大型PLC系統(tǒng)硬件配套推出，使我們有了更多的選擇余地。然而，InTouch工控組態(tài)軟件在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍然保持著它的優(yōu)越地位。
四、新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
蘇州南新水泥有限公司日產(chǎn)700噸余熱發(fā)電窯水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，是一個(gè)集順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理為一體的計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)。它包括生料制備、燒成（含煤磨）、水泥粉磨、余熱電站四個(gè)以車間為單位相對(duì)獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)。
本系統(tǒng)控制的設(shè)備總數(shù)為225臺(tái)套，開關(guān)量輸入832點(diǎn)，開關(guān)量輸出640點(diǎn)，模擬量測(cè)點(diǎn)輸入378點(diǎn)，模擬量調(diào)節(jié)D/A輸出32點(diǎn)。主要功能如下：
·對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門等成套機(jī)電設(shè)備的開關(guān)量控制，包括分組連鎖起動(dòng)、分組連鎖關(guān)機(jī)、組內(nèi)自動(dòng)連鎖控制、組內(nèi)單步連鎖控制、系統(tǒng)單步調(diào)試。
·過程控制數(shù)據(jù)的采集和處理（包括開關(guān)量和模擬量）。
·完善的報(bào)警功能。開關(guān)量和模擬量報(bào)警的顯示、確認(rèn)、記錄和打印。報(bào)警發(fā)生的開始時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均能自動(dòng)記錄。
·動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖畫面，各畫面之間可以自由切換。
·歷史曲線圖、實(shí)時(shí)曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖顯示和打印。
·定時(shí)打印或即時(shí)打印生產(chǎn)班報(bào)表、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、生產(chǎn)月報(bào)表。定時(shí)打印的時(shí)間間隔可修改，交接班時(shí)間可通過操作設(shè)定。
·面向目標(biāo)的操作方式，友善的人機(jī)操作界面，只要具備一般水平的人員均能勝任操作。
·較強(qiáng)的系統(tǒng)自診斷功能，包括PLC模塊出錯(cuò)顯示，在線查看開關(guān)量和模擬量條件表。
·系統(tǒng)時(shí)間、模擬量報(bào)警上下限的設(shè)置和修正。
·操作記錄、開關(guān)量報(bào)警列表、模擬量報(bào)警列表的自動(dòng)記錄和顯示打印。
·燒成系統(tǒng)和余熱電站兩個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)均為雙機(jī)熱備份運(yùn)行，兩臺(tái)監(jiān)控機(jī)可分別控制本系統(tǒng)內(nèi)的分部流程，也可以不作控制只作監(jiān)視。能人工進(jìn)行控制權(quán)限的轉(zhuǎn)換，并具有故障自動(dòng)切換功能。
·對(duì)系統(tǒng)的重要操作功能設(shè)置了密碼，以防無關(guān)人員隨意進(jìn)入操作，提高了系統(tǒng)的可靠性。
本系統(tǒng)由建設(shè)單位提出具體使用要求并組織實(shí)施，工程項(xiàng)目主體設(shè)計(jì)單位與控制系統(tǒng)的軟件編程協(xié)作單位三方聯(lián)合開發(fā)。經(jīng)過近半年的共同努力，順利完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，于1994年10月投入生產(chǎn)使用，至今運(yùn)行情況良好。
這是一個(gè)具備技術(shù)領(lǐng)先，功能強(qiáng)大，品質(zhì)優(yōu)良，運(yùn)行可靠，易于擴(kuò)充，投資較低等許多優(yōu)點(diǎn)的新型PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)，它的首次應(yīng)用十分成功，已經(jīng)取得有關(guān)方面的充分肯定和普遍的好評(píng)。該系統(tǒng)特別適合于在地方中型水泥廠和中小型發(fā)電廠中推廣。與采用成套引進(jìn)的系統(tǒng)相比，性能完全可以做到相當(dāng)，而投資金額約能節(jié)省50％左右，日常維護(hù)費(fèi)用也極低。
1. 系統(tǒng)畫面安排和運(yùn)行
為了使畫面整齊、美觀，各系統(tǒng)監(jiān)控畫面分別由一幅系統(tǒng)概貌圖和若干幅分畫面組成，系統(tǒng)概貌圖上只顯示重要的目標(biāo)和數(shù)據(jù)。如要了解更詳細(xì)的情況可切換到分畫面上，就能看到進(jìn)入PLC系統(tǒng)的所有測(cè)點(diǎn)目標(biāo)和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，全部使用漢字提示。
以燒成系統(tǒng)為例，按主菜單中的運(yùn)行操作按鈕進(jìn)入系統(tǒng)概貌圖。在主畫面的底部有一個(gè)按鈕式的子菜單，包括：煤磨系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)、窯尾系統(tǒng)、廢氣處理、組操作、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警列表、退出等八個(gè)操作按鈕。按動(dòng)它們即可進(jìn)行畫面切換和選擇其它功能操作。
在系統(tǒng)概貌圖上還設(shè)有輔助操作按鈕，可以進(jìn)入班組選擇，系統(tǒng)健康圖，系統(tǒng)配電圖，系統(tǒng)試燈、試鈴，計(jì)算機(jī)試鈴等輔助操作。
在各監(jiān)控畫面和組操作中，都以不同的顏色來表示電機(jī)是否備妥、正常運(yùn)行，報(bào)警和報(bào)警狀態(tài)已被確認(rèn)。從運(yùn)行目標(biāo)是否帶有邊框，還可以區(qū)分出該設(shè)備是在集中方式下啟動(dòng)，還是在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁啟動(dòng)的。
系統(tǒng)的正常運(yùn)行操作以組操作為主。按下組操作按鈕，就能彈出一個(gè)標(biāo)注設(shè)備名稱的流程框圖構(gòu)成的組操作畫面，根據(jù)開車順序，分別起動(dòng)各組電機(jī)。在組操作區(qū)中，有組開、組關(guān)、暫停、急停、退出五個(gè)按鈕供操作者選擇。各按鈕前還有一個(gè)指示燈，綠色表示正在執(zhí)行該操作。將光標(biāo)直接對(duì)準(zhǔn)組內(nèi)電機(jī)也可進(jìn)行組內(nèi)單步連鎖操作。
上述各畫面的圖形分辯率為1024×768，顯示色彩256色。在配色上我們盡可能采用了柔和的色調(diào)，避免強(qiáng)烈的對(duì)比度，使操作者能夠長(zhǎng)時(shí)間注視屏幕，眼睛也不容易感到疲勞。
2. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和歷史曲線功能
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示包括實(shí)時(shí)曲線、棒形圖、電氣儀表圖三個(gè)子功能按鈕，可分別進(jìn)入不同的圖形顯示。實(shí)時(shí)曲線畫面分四個(gè)小顯示窗口，可以同時(shí)顯示四條實(shí)時(shí)曲線，由操作者從模擬量菜單中任意選擇設(shè)置。
在系統(tǒng)主菜單中按歷史曲線按鈕，屏幕上即顯示四個(gè)歷史曲線窗口，四個(gè)窗口可以分別打開，由操作者從彈出的菜單中任意選擇需要顯示的歷史曲線。并能實(shí)現(xiàn)曲線的左右移動(dòng)和打印，對(duì)所顯示和打印歷史曲線的日期、起始時(shí)間和時(shí)間間隔都能進(jìn)行任意設(shè)置。記錄在系統(tǒng)硬盤上的歷史曲線數(shù)據(jù)可保持一個(gè)星期。
歷史曲線對(duì)提高過程控制能力和生產(chǎn)管理水平兩方面都能起到重要作用，通過調(diào)用這個(gè)功能，對(duì)工藝參數(shù)波動(dòng)或所發(fā)生的設(shè)備事故進(jìn)行分析和判斷。
3. 故障報(bào)警功能
系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行過程中的開關(guān)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視報(bào)警：如電機(jī)在運(yùn)行過程中備妥消失，或啟動(dòng)后沒有運(yùn)行應(yīng)答信號(hào)、在運(yùn)行過程中有過電流、出現(xiàn)綜合故障等系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警。此時(shí)屏幕上相應(yīng)的目標(biāo)變成紅色閃動(dòng)且有聲響。對(duì)其進(jìn)行操作即可確認(rèn)，紅色停止閃動(dòng)且聲響消失，而目標(biāo)的紅色要一直保持到故障原因解除為止。如報(bào)警目標(biāo)不在當(dāng)前畫面上，系統(tǒng)畫面切換按鈕上會(huì)顯示紅色閃動(dòng)邊框，提示操作者切換到該畫面中尋找報(bào)警目標(biāo)。
模擬量報(bào)警：在系統(tǒng)概貌圖和各分圖中可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示模擬量數(shù)值。正常時(shí)以綠色顯示，當(dāng)超出設(shè)定上下限且系統(tǒng)正處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，此時(shí)數(shù)值成紅色閃動(dòng)和發(fā)出聲響，并在屏幕頂端彈出報(bào)警窗口，提示模擬量名稱、報(bào)警的發(fā)生時(shí)間、越限值和確認(rèn)按鈕。經(jīng)確認(rèn)后報(bào)警窗口消失。
計(jì)算機(jī)自動(dòng)在報(bào)警列表中記錄目標(biāo)名稱，發(fā)生、確認(rèn)、解除時(shí)間，以及模擬量報(bào)警的數(shù)值，分別以不同的顏色顯示。
4. 報(bào)表打印和其它輔助功能
在系統(tǒng)主菜單中可選擇報(bào)表打印功能。屏幕顯示當(dāng)前時(shí)刻的生產(chǎn)班報(bào)表，右下角有報(bào)表選擇按鈕，可設(shè)置為定時(shí)打印和即時(shí)打印兩種方式。在設(shè)置按鈕上有指示燈，表示當(dāng)前打印狀態(tài)。啟動(dòng)打印功能后，打印機(jī)還能自動(dòng)通電。
選擇主菜單中的系統(tǒng)維護(hù)，即彈出系統(tǒng)維護(hù)功能子菜單，對(duì)能改變系統(tǒng)運(yùn)行狀況的操作，必須從鍵盤輸入密碼才能進(jìn)入，各級(jí)密碼可通過操作者修改重新設(shè)置。系統(tǒng)維護(hù)功能還包括：
操作權(quán)限設(shè)置：用于雙機(jī)操作控制權(quán)的相互切換。
進(jìn)入系統(tǒng)單步調(diào)試狀態(tài)：解除組操作中的順序連鎖關(guān)系，直接在各子畫面上進(jìn)行單機(jī)操作。
通過鍵盤或跟蹤球校正系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒，設(shè)置早、中、晚三個(gè)班的起始時(shí)間，各個(gè)班按八小時(shí)間隔自動(dòng)分配。
查看系統(tǒng)操作記錄：記錄上位機(jī)的權(quán)限轉(zhuǎn)換、狀態(tài)變化及運(yùn)行操作。
開關(guān)量和模擬量控制條件表：分頁顯示系統(tǒng)開關(guān)量的電氣接線端子編號(hào)、PLC模塊地址，模擬量連接的儀表點(diǎn)號(hào)表、測(cè)量上下限和報(bào)警值等，以供查閱和修改。
系統(tǒng)健康圖：顯示PLC各模塊的運(yùn)行狀況。當(dāng)某一模塊發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的模塊能發(fā)出閃爍的紅色報(bào)警，直到故障排除為止。
五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)技術(shù)問題
在本項(xiàng)目開發(fā)過程中，我們?cè)谙到y(tǒng)配置和軟件編程方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，這里從以下幾個(gè)方面加以敘述。
1. 開關(guān)量及與電氣二次回路的連接
PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用畢竟還不很普遍，除自身帶有小型PLC的煤磨高壓油站和單機(jī)袋收塵器以外，一般隨設(shè)備配套的電控箱， 都不具備能與PLC系統(tǒng)直接相連的接口。如果要求設(shè)備制造廠修改必將延長(zhǎng)訂貨周期，我們只能在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)加以改造，針對(duì)不同情況用不同的辦法來解決：
對(duì)主機(jī)設(shè)備所配套的稀油站、高壓潤(rùn)滑站等的控制箱增加機(jī)旁──集中控制轉(zhuǎn)換開關(guān)和必要的中間繼電器，經(jīng)改造后的這些設(shè)備，可以在控制室監(jiān)控機(jī)上完成對(duì)它的全部操作。原控制箱的電控性能不變，重要的故障報(bào)警信號(hào)均同時(shí)接入PLC控制。
對(duì)自成系統(tǒng)性設(shè)備如電收塵器、煤磨的防爆袋式收塵器等設(shè)備，控制過程復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)改造困難，而且本身也需要單獨(dú)設(shè)立操作崗位。不如把它看作單機(jī)，作少量改動(dòng)后可以向PLC系統(tǒng)傳送有關(guān)狀態(tài)信號(hào)，以監(jiān)視它的運(yùn)行。
對(duì)自成系統(tǒng)但本身已配備了微機(jī)控制的設(shè)備，如聯(lián)想集團(tuán)的配料電子皮帶秤和華海公司的核子秤，我們都為它增加了通信接口，使之與PLC聯(lián)網(wǎng)，充分利用這些系統(tǒng)原有已經(jīng)成熟的功能，避免了不必要的二次開發(fā)。
對(duì)應(yīng)于每一臺(tái)單機(jī)設(shè)備的電氣二次回路與PLC模塊連接的基本開關(guān)量接點(diǎn)為4點(diǎn)，其中備妥、應(yīng)答信號(hào)輸入和電機(jī)驅(qū)動(dòng)、模擬圖信號(hào)燈輸出各2點(diǎn)。備妥信號(hào)表示低壓回路供電正常，并且設(shè)備操作權(quán)在集中控制位置。按下啟動(dòng)后，PLC輸出有驅(qū)動(dòng)，低壓配電柜內(nèi)的交流接觸器吸合，設(shè)備投運(yùn)。與此同時(shí)，該設(shè)備相對(duì)應(yīng)模擬圖上的信號(hào)燈點(diǎn)亮，交流接觸器上的輔助觸點(diǎn)閉合，送出應(yīng)答信號(hào)，表示設(shè)備啟動(dòng)過程正常。
在這里，輸入回路采用統(tǒng)一的同相供電，輸出回路使用中間繼電器與現(xiàn)場(chǎng)隔離，保證了系統(tǒng)的安全性。而對(duì)成套設(shè)備的PLC開關(guān)量接點(diǎn)，則直接與該設(shè)備自帶電控箱的控制回路相連接，并且視需要而增加中間聯(lián)絡(luò)、故障信號(hào)、雙輸出驅(qū)動(dòng)等接點(diǎn)，以提高系統(tǒng)的可靠性。
2. 模擬量及與儀表系統(tǒng)信號(hào)的連接
PLC系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程模擬量參數(shù)的監(jiān)控功能是很強(qiáng)的，完全可以替代傳統(tǒng)的儀表，但鑒于國(guó)內(nèi)地方水泥企業(yè)采用如此規(guī)模的PLC生產(chǎn)控制系統(tǒng)還處于起步階段，受傳統(tǒng)觀念的制約不宜一步到位。我們用以下幾種處理方法：
對(duì)最重要的模擬量采用雙重測(cè)點(diǎn)，即配置兩套一次儀表分別接入計(jì)算機(jī)和常規(guī)顯示、記錄儀表，如鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)的主要溫度、壓力和流量測(cè)點(diǎn)。增加了部分一次儀表，實(shí)際上起到了互為備用的作用，提高了可靠性。
對(duì)其它重要的模擬量采用合用一路傳感器和變送器，在控制室內(nèi)分別接入計(jì)算機(jī)和常規(guī)顯示儀表。利用常規(guī)儀表上的模擬顯示效果，使觀察更為醒目。當(dāng)然它們之間如何正確連接是很關(guān)鍵的，我們按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制的規(guī)定，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間4～20mA電流信號(hào)的傳遞和變換，效果較好。
對(duì)一般性的模擬量則取消了常規(guī)顯示，以節(jié)省二次儀表和儀表柜，使控制室的布置更為簡(jiǎn)潔。以余熱電站為例，我們大約減掉了近四分之三的常規(guī)二次儀表，相應(yīng)的儀表操作臺(tái)數(shù)量，由同類型廠一般需要五個(gè)減少到了三個(gè)（包括兩個(gè)計(jì)算機(jī)操作臺(tái)在內(nèi)）。
我們對(duì)回轉(zhuǎn)窯和余熱電站所必須的模擬量連續(xù)調(diào)節(jié)回路，則堅(jiān)持少而精的原則，除了在系統(tǒng)中配置D/A接口以外，還保留了部分常規(guī)儀表。這是考慮到地方中型水泥廠都為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，一般選用的調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)特別是閥門的控制精度和重復(fù)性不好，而且對(duì)復(fù)雜工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型還正在探索，事實(shí)上即使在一些大廠，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的投運(yùn)也未必理想，一步到位必然使系統(tǒng)的調(diào)試周期延長(zhǎng)。我們?cè)谙到y(tǒng)配置中已包括有D/A輸出模塊，在有條件時(shí)就能很方便地加以擴(kuò)充，使計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制回路能逐步投入。
3. 與配料系統(tǒng)微機(jī)的通信聯(lián)網(wǎng)
在設(shè)計(jì)生料配料和水泥磨配料系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)通信過程中，針對(duì)中型水泥企業(yè)的特點(diǎn)，綜合考慮系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，選擇確定如下方案：
系統(tǒng)運(yùn)行具有集中和分散兩種操作方式：在集中方式下，配比的設(shè)定，物料的瞬時(shí)量和累計(jì)量顯示，包括來自配料系統(tǒng)的報(bào)警和報(bào)警應(yīng)答都能在主控室的監(jiān)控機(jī)上實(shí)現(xiàn)；而對(duì)不經(jīng)常使用的秤體標(biāo)定、系統(tǒng)檢測(cè)等功能則仍在配料機(jī)上進(jìn)行。在分散方式下，配料微機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)能在PLC系統(tǒng)主機(jī)上進(jìn)行監(jiān)視和記錄。這樣涉及的修改工作量最小，完全能滿足使用的要求。
利用PLC作為通信控制中心，主控機(jī)與配料系統(tǒng)微機(jī)通過PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸。既充分利用了PLC通信接口的高可靠性能，又能避免InTouch軟件對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE之間接口的限制，簡(jiǎn)單而實(shí)用。
在通信連接上采用了自行研制的完全電隔離的RS-422長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接口，使兩機(jī)之間的接地很容易處理，并能實(shí)現(xiàn)帶電插拔，在線更換。
在軟件上增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)通信出錯(cuò)的診斷，保證了傳輸信息正確無誤。同時(shí)，在通信一旦出錯(cuò)時(shí)，配料微機(jī)仍能按原指令繼續(xù)運(yùn)行。在系統(tǒng)集中控制狀態(tài)下，還設(shè)置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘校對(duì)功能，以保持雙機(jī)時(shí)鐘同步。
經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)際運(yùn)用，表明上述設(shè)計(jì)是非常成功的。
4. 閥門控制與閥位調(diào)節(jié)
在水泥生產(chǎn)和余熱發(fā)電過程控制中，對(duì)風(fēng)量、流量的調(diào)節(jié)占相當(dāng)大比例，都需要使用閥門，遺憾的是在所有設(shè)備中電動(dòng)閥門的可靠性最令人擔(dān)心。我們采取兩種控制與連接方式：
使用閥門電動(dòng)操作器，在儀表上增加了閥門關(guān)閉到位的開關(guān)量輸出，以及表示閥位的4～20mA模擬量信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。顯然這是傳統(tǒng)儀表調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)起監(jiān)視作用。利用閥門全關(guān)時(shí)的開關(guān)量輸出，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)設(shè)備的連鎖。
直接由計(jì)算機(jī)輸出對(duì)閥門進(jìn)行正驅(qū)動(dòng)或反驅(qū)動(dòng)，閥門的限位信號(hào)接入計(jì)算機(jī)，在系統(tǒng)投運(yùn)前進(jìn)行閥門對(duì)位。計(jì)算機(jī)上只有閥門開關(guān)的到位指示，而無閥位顯示，但在相應(yīng)的管路上都配備了流量檢測(cè)點(diǎn)。
上述兩種方式在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試生產(chǎn)中都有較好的性能，它們的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性已經(jīng)得到證實(shí)。我們認(rèn)為在這些關(guān)鍵部位必須選用高質(zhì)量、高可靠性的電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)今后擴(kuò)充模擬量D/A調(diào)節(jié)功能將是十分重要的。
5. 系統(tǒng)接地和屏蔽
系統(tǒng)的接地和屏蔽對(duì)PLC系統(tǒng)十分重要，我們主要依靠以下一些措施：
PLC系統(tǒng)，儀表系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)，設(shè)備安全接地都是獨(dú)立的，在調(diào)試中我們發(fā)現(xiàn)由于不接地或者接地不可靠，可能導(dǎo)致機(jī)殼或PC輸入端最高有上百伏的感應(yīng)電勢(shì)。這是造成系統(tǒng)死機(jī)、通信阻塞的主要原因，甚至損壞模塊。要進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)、調(diào)試，直至對(duì)計(jì)算機(jī)和儀表的干擾最低。
PLC主控站與遠(yuǎn)程站之間采用75Ω同軸電纜連接，其長(zhǎng)度在200m左右，而且與動(dòng)力線路平行，其中包括不少6kV高壓電纜。我們用穿鐵管加接地屏蔽，與動(dòng)力電纜一起敷設(shè)在電纜橋架中，要特別注意檢查所有的跨接點(diǎn)必須電氣連接可靠。使用證明此法對(duì)確保系統(tǒng)通信是完全有效的。
對(duì)進(jìn)PLC系統(tǒng)的4～20mA模擬量信號(hào)，在不同情況下分別使用單屏蔽或分屏蔽電纜，在PLC模塊選型上作了特別考慮，全部使用了帶水銀繼電器隔離的多路器，避免了信號(hào)通道之間的干擾。
由于我們?cè)谶@方面有充分的考慮，措施在前，防患于未然，在調(diào)試中幾乎沒有遇到什么困難。在系統(tǒng)正式投運(yùn)之后，又經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)，在曾經(jīng)遭受過嚴(yán)重的雷擊干擾，電氣回路意外故障跳閘引起大電流沖擊等情況下，連續(xù)兩年多來一直保持無故障運(yùn)行。
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