基于现场总线小型水泥生产配料控制系统

目前我国中小型水泥厂在水泥生产中所占的比例越来越大，为达到节能降耗、提高质量的目的，采用现场总线技术和智能模块，设计一种低成本，可靠性高，易于维护，操作方便的新型微机配料系统，符合我国为数众多的中小水泥企业的要求。为此，我们开发了基于现场总线的小型水泥生产配料控制系统，并应用于实际生产。本系统不仅提高了生产的可靠性，提高了质量，同时为水泥企业带来了明显的经济效益。
2 系统组成
整个控制系统由两大部分组成——计算机和控制柜，通过工业以太网将计算机连接起来，系统组成结构如图1所示。配料控制计算机通过RS485通讯接口和电气控制柜内的远端数据采集模块进行通讯。RS485是一种简单的工业现场总线标准，具有良好的抗干扰性和可扩展性，在微机的标准RS232串口上插接光电隔离的RS232/RS485转换模块，就构成了微机的RS485接口，采用这种通讯结构后，微机和它所控制的设备只有简单的总线连接，避免了将过多的连线引入微机造成的干扰，配料控制计算机可采用工业控制计算机或通用型微机。
在总线式工控机中，STD总线已较少实用，PC总线工控机价格便宜，软件、硬件开发环境好、用户界面好等优点而得到广泛的应用，影响极大，使PC总线成为事实上的标准总线。工业控制计算机使用工业级电源，采用密封机箱、正压送风技术，用橡胶垫作防震缓冲，采用模块化结构，同时配置了能适应工业控制要求的实时多任务操作系统，对工控领域的吸引力是很大。因此本系统采用工业控制计算机作为过程控制计算机。

图1 基于总线的微机配料控制系统的组成结构

选择模块作为检测与控制信号方式时，模拟信号检测采用IOM4017L模块，电磁振动给料机和开门电机等由IOM4050控制。
IOM4017L是便携的、模拟量检测到计算机的接口单元，用于模拟量的检测。IOM4050是开关量到计算机的接口单元，用于开关量的输出如电动机起停、开关门等。它们都具有抗干扰能力强，可靠性高，传输距离远等特点。内置微处理器，只需二根导线通过RS485网络与控制主机相互通讯，基于ASCⅡ码的命令/底层协议，可以用高级语言编写应用程序，且可以使用组态软件如INTONCH、FIX等组态成为各种监控网络。模块的地址存储在模块的EEPROM中，可由控制计算机进行修改，内置看门狗功能，保证可靠运行。
使用多个模块可以方便的构成RS485网络，每个网络最多可串接255个模块，最大传输距离为1200米，该网络通过RS232/RS485转换即连到主计算机。
3 系统功能
所设计的系统要求成本低廉，可靠性高，易于使用和维护，容易为现场运行人员接受，便于推广应用。为此，该系统具备如下功能：
1）数据显示、编辑和统计功能：可显示、编辑台时、配比、调整系统和皮重;对班产量、日产量、月产量和年产量自动进行累计。
2）工况图动态显示：如电振机的振动，电机的开关门，出料，动作过程真实生动，且有文字提示。
3）检测与故障诊断功能：如料位检测、轴温检测与磨机故障诊断;自动识别缺料、卡秤，启动报警并全线自动停机，屏幕指示故障内容。
4）磨机负荷、钙铁仪在线

专家控制功能。
5）计算机辅助标秤功能和方便的手动控制功能，操作方便准确可靠。
4 系统软件设计
微机配料系统广泛应用于水泥厂的生熟料配料，早期开发的配料系统的微机采用DOS操作系统，由C语言开发。随着Windows 操作系统的广泛应用，我们用Visual C++对原系统进行了重新设计。微机配料系统采用单文档界面，使用静态链接库，形成一个可执行文件。
监控的“实时”要求由定时器方法实现，定时时间为0.5秒。每个周期完成数据通讯、输入输出检测、控制算法、输出刷新、报警输出、画面显示操作。数据通讯的实现采用多线程。命令及数据的输入由Windows操作系统提供的命令及数据输入方法实现。菜单功能实现命令输入，如运行、暂停、打印等，对话框用来进行数据的输入。使用位图进行工况图的显示，通过周期调用不同画面产生动画效果，图2为工况图的动画效果图。
磨机负荷的控制采用模糊与专家系统相结合的控制方法，由专家系统确定模糊参数，模糊算法确定下料量的大小。使用的模糊控制主要函数有：模糊化void fuzzylize （）;模糊规则推理 void fuzzyRule（）;反模糊化void refuzzylize （）;模糊化修正void modifyFuzzy（）等。使用的专家控制主要函数有：推理函数int what（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）; 规则匹配int matchRule（struct TREE ＊root,char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;事实查找struct FACT ＊factFind（char ＊relate,char ＊name1,char ＊name2）;