PDF《辊道窑现场总线计算机控制系统》

⑥ 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.

⑦ 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

5 000 r/ min 时,测量误差 大. ⑧ ETS 保护的切投状态与保护切投操作应增加 历史记录功能. ⑨ 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 Control 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 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 800mm * 800mm 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2200mm * 850mm ,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 ,

5 5 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. 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 ,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、 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(controller area 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 CAN

210 标准.系统由上位机、 智能接口模块及通信媒体 组成.上位机采用工控机 Advantech Industrial Computer

610 ,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

6 5 《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 Disc 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(4~20mA) 相连 ,对 变频器功率进行控制 ,进而改变与变频器连接在一起 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 ,转换成相应物理量 ,传给执 ........