現(xiàn)場總線技術(shù)在玻璃配料系統(tǒng)中的應用研究
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原料配料是玻璃生產(chǎn)工藝的核心。對原料進行科學的配比和精確的計量是保證玻璃質(zhì)量的首要條件，而配料控制系統(tǒng)設計是影響配料工藝質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)玻璃生產(chǎn)線采用的控制系統(tǒng)大都為集散控制系統(tǒng)(DCS)，這種控制系統(tǒng)大多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，尚未形成從測控設備到操作控制計算機的完整網(wǎng)絡，在技術(shù)上有很大的局限性。由于采用單一信號傳輸以致可靠性差，互操作性差，不能很好的對現(xiàn)場設備進行實時控制。
現(xiàn)場總線是綜合運用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的產(chǎn)物。它把微處理器置入現(xiàn)場自控設備，使設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、控制和傳輸精度。近年來，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣，將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進為基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)成為科技進步的必然趨勢。本文結(jié)合工程實際，介紹了一種基于現(xiàn)場總線技術(shù)的玻璃配料控制系統(tǒng)的設計并在實際應用中取得了良好的效果。
2 現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線。其中，“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類?；蛘?，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線發(fā)展迅速，目前已經(jīng)開發(fā)出40多種現(xiàn)場總線，其中有影響力的5種分別為FF、Profibus、HART、CAN、Lonworks。
現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們具有了一定的數(shù)字計算及通信能力，成為獨立承擔某些控制、通信任務的網(wǎng)絡節(jié)點。它們分別通過雙絞線、同軸電纜、光纖等多種途徑進行信息傳輸，這樣就形成了以多個測量控制儀表、計算機等作為節(jié)點連接成的網(wǎng)絡系統(tǒng)。可以認為，現(xiàn)場總線是通信總線在現(xiàn)場設備中的延伸，允許將各種現(xiàn)場設備，如變送器、調(diào)節(jié)閥、基地式控制器、記錄儀、顯示器、PLC及手持終端和控制系統(tǒng)之間，通過同一總線進行雙向多變量數(shù)字通訊。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System)是繼集散控制系統(tǒng)(DCS)之后，出現(xiàn)的又一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。它是依靠具有檢測、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化儀表(設備)在現(xiàn)場實現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場分散的測量，控制設備單個點作為網(wǎng)絡節(jié)點，將這些點以總線形式連接起來，形成一個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它是屬于最底層的網(wǎng)絡系統(tǒng)，是網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)，它將原來集散型的DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制機的功能，全部分散在各個網(wǎng)絡節(jié)點處。為此，可以將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標準的系統(tǒng)。它改變了原有的控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的集散控制，更新為全數(shù)字的控制，它用開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，將現(xiàn)場各控制器及智能儀表互聯(lián)，構(gòu)成可操作的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，真正做到控制分散、危險分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。因此，F(xiàn)CS實質(zhì)是一種開放的、可互操作性的、徹底分散的、分布式控制系統(tǒng)，因此比DCS又前進了一步。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)與傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS構(gòu)對比如圖1所示。
圖1 FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較
3 基于Profibus總線的玻璃配料控制系統(tǒng)的設計
3.1 Profibus現(xiàn)場總線概述
PROFIBUS是SIEMENS公司推出的一種開放式現(xiàn)場總線標準，它不依賴生產(chǎn)廠家，各種各樣的自動化設備均可以通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS用于分布式I/O設備、傳動裝置、PLC和基于PC的自動化系統(tǒng)。PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本通訊連接，用于設備級控制系統(tǒng)和分散式I/O通訊，它的實時性好，數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kbps-12Mbps，響應時間為幾百微妙到幾百毫秒。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)采用RS-485，傳輸介質(zhì)是可屏蔽雙絞線或光纖。此外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理及復雜設備在運行中參數(shù)的確定。經(jīng)過擴展的PROFIBUS-DP的診斷功能能對故障進行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集，并且采用開放式通信網(wǎng)絡，允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。
PROFIBUS無論在其性能、開放程度、可互換性和互可操作性上還是在其工業(yè)業(yè)績上都是比較突出的，因此在總線選型上選擇了PROFIBUS總線。
3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和工作原理
整個控制系統(tǒng)是以傳感器結(jié)合PANTHER稱重終端構(gòu)成的電子稱重為基礎，以S7-300 PLC為控制核心，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線和計算機組成一個有機整體，結(jié)合外圍的執(zhí)行設備完成對從原料料倉口開始到熔窯料倉的配料輸送混合的全過程的自動控制，同時對整個系統(tǒng)的報警，聯(lián)鎖進行顯示和監(jiān)控，并完成對整個系統(tǒng)的配方，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)管理，以滿足玻璃生產(chǎn)對混合料的配料要求?；凇?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/減量法">減量法”的玻璃配料系統(tǒng)工藝流程如圖2所示:
圖2 “減量法”玻璃配料工藝流程
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