基于ProfiBus现场总线的碱回收车间DCS方案设计

3 系统软件设计

针对碱回收工艺流程的特点，为每个工段编制采样、滤波、PID控制、标度变换、报警、累计等子程序，由于结构化编程的方法具有程序结构层次清晰、部分程序通用化、标准化、易修改、简化程序调试的优点，所以这里我们采用该方法编制控制程序。

下面对控制系统程序的各个基础功能块进行说明，通过在OB1、OB32、OB33、OB34、OB35（控制周期不同）等组织块中调用这些基础功能块就构成了系统的控制程序。

1）采样子程序：将模拟量输入读回并顺序存入数据块。其中模入模块的起始地址，通道数，存储数据块的块号以及数据在数据块中的存储位置是可变的，可在调用时确定。

2）滤波子程序：采样部分对每个通道连续采样8次，顺序存放在数据块中。对8次采样值进行求平均操作。在调用时需要指定数据块号、数据存放首地址、相邻两次采样值在数据块中的间隔。

3）PID控制程序：STEP7的程序库中有通用的PID控制子程序，每一个子程序调用时必须为其指定一个背景数据块，在被调用时，向逻辑块传递参数值，在调用结束时，用来保存逻辑块输出的结果数据。

4）标度变换：模拟量输入经过A/D转换后，其数字化结果的标称变化范围为0-27648，而操作人员在进行设定给定值时，为了直观，使用的是具体的数值，或者用百分比来表示。PID的采样值有两种形式:Word类型或Float类型，Word类型范围为0-27648，但不直观。因此，为了使给定值与测量值能够做比较，就应该使测量值与设定值的标度一致，那么就需要进行标度变换。两种标度的数值是一一对应的。

5）报警子程序：对模拟量进行超上限或超下限判断，若有则置位超限标志，为防止超限标志输出抖动，设置判断死区。

6）流量累计子程序：为了考核各班效益，通常对重要流量（如进工段黑液流量等）要进行累计。对流量采样信号进行时间积算，按照班别分别计入早班、中班、晚班，并累计当日总和、昨日总和及本月总和。

7）电机控制：对电机的起停控制，是系统最基本的控制应用。当准备信号就位时，可对电机直接进行启停操作;当准备信号不到时，自动停止电机。电机电流过大时，电机报警。

每个工段根据本工段的实际情况，在调用子程序时赋予不同的参数值。对于燃烧工段上汽包液位的控制不能采用简单的PID控制，一般采用三冲量控制。其中液位作为主冲量送调节器，而蒸汽和给水流量信号作为辅助冲量。当锅炉系统处于物料平衡时，液位稳定，由于给水流量和蒸汽流量信号大小相等，引入加减器的正负号相反，而互相抵消，因此调节系统的控制信号没有变化。当其中一个辅助冲量突然变化（例如蒸汽用量增加）、则破坏了物料平衡，这二个符号相反的辅助冲量差值作用于调节系统及时改变控制信号，增加给水量、使锅炉系统物料重新恢复平衡，可见，三冲量调节系统，能在来自蒸汽流量或给水流量的波动干扰还未影响到汽包液位时，就得到了克服，从而减小了液位的大幅度波动，因而减小了液位的“虚假现象”。锅炉给水阀门要用气闭式阀门，这时积分调节器置于正（+）作用，液位信号为正（+），蒸汽流量信号为负（-），给水流量信号为正（+）。

每个工段按照工艺要求还设定有一定的连锁子程序。蒸发工段的蒸汽压力调节与I效黑液循环泵连锁。当I效黑液循环泵的运行反馈信号没有时，自动将蒸汽压力调节打为手动状态并关闭蒸汽阀门。燃烧工段的上汽包液位是整个系统的关键，它与给水泵，一、二、三次风机和引风机构成连锁。当汽包液位超高限时，自动停止给水泵并报警;当汽包液位超低限时，自动关闭引风机、三次风机、二次风机和一次风机。

4 结语

该系统是陕西科技大学微机应用研究所为河南某造纸厂的碱回收车间而设计的。它的特点是：

（1）更新、扩充了DCS的功能。传统的DCS中加入了现场总线,不但保持了DCS的稳定性,且引入了现场总线的灵活性;同时可减少硬件数量,安装、维护的工作量随之减少。

（2）提高了系统的灵敏性、精确性。与此现场总线有关的信号,无需再像传统的DCS在发送与接收过程中通过数模/模数反复转换,而是直接进行CPU间的通讯,从而提高了信号采集的品质和系统的控制质量。

（3）降低了DCS的负荷,提高了系统的控制品质。由于一部分调节任务分配到现场智能仪表或者执行机构的CPU上去实现,DCS中相关自动处理单元中的CPU的负载得到降低,相关设备的调节品质得到提高。

（4）由于现场总线具有自诊断和简单的故障处理能力,并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室,用户可以查询总线设备的运行状态与诊断维护信息。

本系统成本较低，简单易用，可靠性高，通讯能力强，有很强的模拟量运算能力和数字逻辑处理功能。实现了对蒸发、燃烧、苛化生产过程控制的联网监控。目前该系统运行稳定，系统中的算法有效可行，达到了令人满意的控制效果，创造了较好的经济价值。