摘要
以某企業(yè)的調(diào)漿配料生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，介紹了基于開物2000 開發(fā)的離散數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)硬件搭配合理，程序設(shè)計(jì)模塊化，控制精度高，可靠性良好。
關(guān)鍵詞：離散數(shù)字控制，調(diào)漿配料系統(tǒng)，開物2000
介紹在controx（開物）2000的平臺上開發(fā)設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的數(shù)字控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對某企業(yè)的調(diào)漿配料生產(chǎn)過程控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路明確、方法獨(dú)到，而且具有控制精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性良好等特點(diǎn)，很好地實(shí)現(xiàn)了廠家的控制要求。
1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
1.1 系統(tǒng)控制過程及要求
企業(yè)的主要生產(chǎn)工藝流程為：將鐵紅廠細(xì)磨后的鐵紅漿料用輸料泵輸入濃縮機(jī)；在濃縮機(jī)中進(jìn)行脫水處理后再儲備下來；再采用自動化檢測控制技術(shù)將高濃縮溶液(濃度值高于60%)通過輸料泵輸入到混合調(diào)制攪拌桶中；在攪拌桶中加水?dāng)嚢杌旌希M(jìn)行調(diào)漿處理(調(diào)漿濃度50%, 精度要求5%)，調(diào)漿后的溶液總量要達(dá)到預(yù)定值；最后控制輸料泵將調(diào)漿后的溶液按照預(yù)定量輸出到標(biāo)定池中，再進(jìn)行后繼處理。
系統(tǒng)的控制要求是：根據(jù)工藝要求，自動調(diào)控被控參數(shù)，啟停各類設(shè)備；自動存儲歷史數(shù)據(jù)和打印報表；實(shí)時顯示主要運(yùn)行參數(shù)和曲線；攪拌桶中調(diào)漿濃度為50%, 精度為5%；每天出礦量達(dá)到T噸，精度為0.3%。
1.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
分析系統(tǒng)控制要求，難點(diǎn)主要在于調(diào)漿過程和出漿過程的精度控制。調(diào)漿過程的濃度精度要求為5%，由于濃度計(jì)、密度計(jì)等儀器的精度基本在1%-5%之間，所以通過這些儀器可以實(shí)現(xiàn)控制精度要求。而出漿過程中精度要求為0.3%，所以出漿過程控制要通過精度更高的儀器來實(shí)現(xiàn)，如壓力計(jì)(精度最低達(dá)0.05%)。
根據(jù)生產(chǎn)的控制要求，分析系統(tǒng)控制的難點(diǎn)，將系統(tǒng)的控制過程分成漿料濃縮控制過程、攪拌調(diào)漿控制過程、出料控制過程三大部分。
1) 漿料濃縮控制過程負(fù)責(zé)控制啟停濃縮機(jī)，對鐵紅廠出來的細(xì)磨鐵紅漿料進(jìn)行濃縮；并根據(jù)濃度計(jì)抽樣值控制濃縮機(jī)出漿開關(guān)，以確保從濃縮機(jī)出去的溶液是高濃度溶液。此控制過程的控制點(diǎn)只有兩個：濃縮機(jī)的啟停電機(jī)和出漿閥門，控制過程相對簡單。
2) 攪拌調(diào)漿控制過程主要控制加水。由于企業(yè)對調(diào)漿濃度的精度要求并不高，所以加水量是以攪拌桶進(jìn)漿開始10min 內(nèi)溶液的平均濃度為依據(jù)計(jì)算出來的。
攪拌調(diào)漿控制完成之后，攪拌桶內(nèi)的礦漿溶液濃度在50%左右，桶內(nèi)溶液高度達(dá)到預(yù)定的液位計(jì)高度。
3) 出料控制過程是最為關(guān)鍵的一步，控制的原理如下：
首先， 通過加油機(jī)向攪拌桶中灌入自來水， 每次灌入2000L， 通過對壓力計(jì)抽樣標(biāo)定對應(yīng)的水壓P2，分別得到2000L、4000L、6000L、…、100000L等50個水壓值，并存入系統(tǒng)中。10萬升水溶液高度對應(yīng)的位置就是液位計(jì)的位置。
其次，調(diào)漿完成后、出漿之前對溶液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢钑r間為預(yù)定值。攪拌均勻后，從壓力計(jì)抽取溶液在液位計(jì)高度對應(yīng)的壓力值P1。
最后，系統(tǒng)啟動出漿開關(guān)，并不斷循環(huán)抽樣檢測壓力計(jì)，抽樣間隔為1s。當(dāng)抽樣值達(dá)到計(jì)算出的剩余礦漿壓力值時停止出漿，同時關(guān)閉各類設(shè)備，系統(tǒng)控制過程結(jié)束。
上述方案有如下的優(yōu)點(diǎn)：充分利用了壓力計(jì)的高精度性能，確保系統(tǒng)的控制精度要求；各個模塊獨(dú)立，互不干擾，便于操作和維護(hù)；避開使用價格昂貴的密度計(jì)等儀器，通過使用壓力計(jì)等儀器降低了系統(tǒng)的費(fèi)用。
根據(jù)生產(chǎn)的控制要求，系統(tǒng)單生產(chǎn)線的控制結(jié)構(gòu)圖如1 所示。
圖1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)中各個物理參數(shù)的測量選用相應(yīng)的傳感器來檢測，濃度計(jì)選用蘭州同位素儀表廠的HT-2310, 精度為1% ；流量計(jì)選用西安儀表廠的W3000-0401211-100，精度為2% ；壓力計(jì)同樣選用西安儀表廠的315/AGS5S22M, 精度為0.2% ；攪拌轉(zhuǎn)速以及送漿速度、出漿速度的控制選用艾默生的TD1000系列變頻器；數(shù)據(jù)采集卡選用研祥的PCL-812PG，通過它實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的A/D、DI 轉(zhuǎn)換；考慮到PCL-812PG的輸入、輸出信號要求為0-5V電壓或4-20ma 電流，而這些信號不滿足傳感器輸出、驅(qū)動開關(guān)設(shè)備的要求，這就需要通過PCLD-880和PCLD-885做中轉(zhuǎn)，對信號進(jìn)行整流。系統(tǒng)上位機(jī)選用研祥生產(chǎn)的IPC-810/PV工控機(jī)。
2.2 控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架及各部分功能
系統(tǒng)軟件的軟件構(gòu)架如圖2 所示。為開發(fā)生動方便的操作界面，在上位機(jī)中采用了國產(chǎn)組態(tài)軟件,Controx2000 進(jìn)行控制界面的設(shè)計(jì)。ControX2000是基于Windows98/2000/NT操作系統(tǒng)的軟件包，它內(nèi)部采用Client/Sever體系結(jié)構(gòu)， 對眾多的現(xiàn)場控制器和其他現(xiàn)場智能部件能進(jìn)行實(shí)時控制和監(jiān)視，操作時具有高性能和高可靠性，以及隨時對各種突發(fā)事件做出反應(yīng)，不丟失任何數(shù)據(jù)和報警信息。
此外，Controx2000與數(shù)據(jù)采集卡之間的通信無需編制通訊程序, Controx2000將現(xiàn)場的硬件設(shè)備采集來的數(shù)據(jù)通過組態(tài)軟件的設(shè)備驅(qū)動程序傳送到組態(tài)軟件中。在ControX2000中只需配置這些硬件的驅(qū)動程序， 比如對數(shù)據(jù)采集卡PCL-812PG, Controx2000就要配置該硬件相應(yīng)的驅(qū)動程序。而在控制系統(tǒng)中，就可以通過設(shè)置不同地址的標(biāo)簽量來與數(shù)據(jù)采集卡的通道相對應(yīng)，通過標(biāo)簽值的變化反應(yīng)、控制數(shù)據(jù)采集卡通道的輸入和輸出。
圖2 系統(tǒng)軟件構(gòu)架 系統(tǒng)各個功能模塊相互獨(dú)立，互不影響，一定程度上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中參數(shù)顯示模塊和報表打印模塊有良好的人機(jī)交互性能，方便用戶實(shí)時有效地控制管理生產(chǎn)現(xiàn)場。
2.3 控制系統(tǒng)的主程序框圖
按照系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)程序控制分成三個控制階段：濃縮進(jìn)料過程、加水調(diào)漿過程和出料控制過程。
濃縮進(jìn)料控制過程：人工啟動濃縮機(jī)進(jìn)料開關(guān)，啟動濃縮機(jī)攪拌電機(jī)開關(guān)，系統(tǒng)開始濃縮機(jī)進(jìn)料過程。當(dāng)濃縮機(jī)灌滿后，停止進(jìn)料開關(guān)和攪拌電機(jī)開關(guān)；根據(jù)生產(chǎn)需要，啟動濃縮機(jī)出漿開關(guān)、出漿軟管泵，在出漿的過程中，數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時檢測濃度計(jì)的抽樣值，系統(tǒng)根據(jù)采樣值判定出漿溶液是否為濃度大于60%的高濃度溶液。如果判定為否，關(guān)閉出漿開關(guān)和軟管泵。
加水調(diào)漿控制過程：在啟動濃縮機(jī)出漿開關(guān)的同時，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡對濃度計(jì)進(jìn)行約為10min 的抽樣， 抽樣間隔為1S；系統(tǒng)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出加水量后，自動啟動加水開關(guān)，并通過數(shù)據(jù)采集卡對流量計(jì)抽樣計(jì)算加水量。當(dāng)加水量滿足時，系統(tǒng)自動停止加水開關(guān)。在加水過程進(jìn)行時，進(jìn)漿過程繼續(xù)進(jìn)行，直到礦漿溶液高度達(dá)到液位計(jì)高度時，系統(tǒng)根據(jù)傳感器信號停止進(jìn)漿。
出料控制過程：進(jìn)漿過程結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需要啟動攪拌電機(jī)，攪拌礦漿30min（可以設(shè)定），攪拌完成后計(jì)算出礦漿濃度等參數(shù)；當(dāng)用戶輸入班產(chǎn)體積H每日產(chǎn)量I時，系統(tǒng)計(jì)算剩余礦漿壓力，同時啟動出料開關(guān)和軟管泵，開始出料過程；出料中，系統(tǒng)實(shí)時檢測壓力計(jì)抽樣值，當(dāng)抽樣值達(dá)到計(jì)算值預(yù)定精度范圍時，停止出料開關(guān)和軟管泵，出料過程結(jié)束。
根據(jù)上述控制過程，一次控制的主程序框圖如圖3 所示。
圖3 主程序控制流程圖3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及其分析
系統(tǒng)運(yùn)行時各個功能模塊界面可以相互轉(zhuǎn)換，圖4 顯示的是系統(tǒng)控制出漿過程時的界面。從圖4 可看出，系統(tǒng)很好地反應(yīng)了現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時顯示了系統(tǒng)控制參數(shù)值及其曲線，對設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行報警，很好的完成了生產(chǎn)設(shè)計(jì)的要求。
圖4 部分系統(tǒng)運(yùn)行圖系統(tǒng)總體運(yùn)行結(jié)果良好，很好地滿足了控制要求，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目的。為保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行，在系統(tǒng)中除了對各控制量自動控制外，還設(shè)置了人工手動控制。在手動控制過程中，軟件系統(tǒng)只負(fù)責(zé)監(jiān)測。
