高純鎂砂油窯多通道數據采集與監測系統

在耐火材料行業中，尤其是在耐火磚生產行業中，高純鎂砂是一種非常重要的生產原料之一。高純鎂砂的質量直接影響到耐火磚的各項技術指標，因此，在耐火磚生產行業中，用于生產高純鎂砂的油窯是很常見的。在油窯的運行過程中，各類現場數據的變化對生產出的高純鎂砂的質量起著極其重要的作用。因此，對油窯的數據采集與自動監測管理也就成為了工廠自動化 (ＦＡ)的一個重要組成部分，這樣不但可以起到節約能源的作用，而且還可以節省大量的人力。

2．系統配置：

高純鎂砂油窯多通道數據采集與監測系統的下位機數據采集功能是由ADAM數據采集模塊在RS-485總線上進行通信來實現。ADAM模塊是臺灣研華公司生產的傳感器到計算機的智能接口模塊系列產品。它集儀表與計算機技術于一體，借鑒了集散控制系統的通信、管理和控制軟件的優點，具有較高的性能價格比。不同功能的ADAM模塊配以完成管理控制功能的上位機及通訊線，就可構成一個完整的網絡系統，實現對工業生產過程的監測和控制。根據高純鎂砂油窯的現場情況，系統選用ADAM - 4000系列模塊，分別為ADAM - 4017、ADAM - 4053和ADAM - 4520。

上位機監控軟件使用Intellution公司發布的新一代工業控制用組態軟件FIX。它采用多線程方式編程，通過串行口與下位機的ADAM模塊進行通信。在實時的數據采集過程中，外部傳感器的信號變送到下位機后變為ＲＳ-232信號傳入上位機，然后由ＰＣ機內FIX開發的油窯監測系統在后臺進行數據的記錄、分析和處理，在前臺通過其友好的人機交互監控畫面來動態的實時顯示現場設備的工作狀態和數據值。

3．控制系統設計

高純鎂砂油窯多通道數據采集與監測系統，是以工業ＰＣ機為主體，并和溫度、壓力、流量、液位傳感器以及作為下位機使用的ADAM功能模塊共同組成的集散測控系統，上位機的系統監控軟件采用Intellution公司的FIX工控組態軟件。該系統可通過對高純鎂砂油窯的各類現場數據的采集與實時在線監測，實現對現場數據的在線集中管理、提供在線的現場流程顯示、產生報警信息、繪制實時曲線與歷史曲線、分析油窯運行狀態、打印輸出報表等功能，從而為高純鎂砂的生產提供了可靠的信息與依據，同時也提高了生產的安全性、可靠性。系統結構框圖如圖 1所示。


ADAM - 4000系列模塊是一種內置微處理器、變送器和計算機接口的智能設備，可掛接在RS-485總線上接受由主計算機送來的ＡＳＣＩＩ格式的控制命令集。本系列模塊具有信號濾波、隔離、信號放大倍數與量程的調整、Ａ/Ｄ和Ｄ/Ａ轉換、數據比較以及數據通訊等功能，某些模塊還可以提供數字信號的輸入和輸出功能，其信號既可以是繼電器的，也可以是與ＴＴＬ兼容的。ADAM - 4000系列模塊在硬件上沒有任何可以直接設置的開關，所有的參數設置和標定均通過軟件來完成。其配置參數包括Ｉ/Ｏ地址、速度、奇偶位、上下限報警、輸入范圍設定等，并且可以使用ADAM模塊中的ＥＥＰＲＯＭ存儲器來存放這些被設置的參數，這樣即使在掉電情況下，也能保證這些參數依然有效。所有模塊的設計工作電壓標準為 24Ｖ直流電源電壓，但只要供電電源保持在 10～ 30Ｖ以內，模塊即可正常工作。

ADAM - 4017模塊是一個 8通道的 16位模擬輸入模塊，采樣頻率為 10Ｈｚ，所有通道的可編程輸入范圍均可在± 150ｍＶ、± 1Ｖ、± 5Ｖ、± 10Ｖ、± 20ｍＡ中選擇。ADAM - 4017模擬量輸入模塊具有以下特點

:( 1)輸入信號可為毫伏級、伏級電壓以及毫安級電流信號 ;

( 2)輸入信號與模塊之間采用 3000ＶＤＣ的光隔離技術 ;

( 3)對輸入信號具有濾波、16位精度的 8路Ａ /Ｄ轉換和RS-485數字通信等功能 ;

( 4)可提供 6路差動輸入，2路單端輸入。

ADAM - 4053模塊為干接觸和濕接觸信號提供了一個 16位的數字量輸入通道，并具有看門狗定時器功能。

ADAM - 4520模塊可用來將工業ＰＣ機的ＲＳ -23 2接口標準信號轉換成ADAM模塊使用的RS-422或RS-485接口標準信號，實現工業ＰＣ機與ADAM模塊間的長距離數據通訊。它的傳輸速率最高可達11 5. 2ｋｂｐｓ，并且具有 3000ＶＤＣ的隔離保護作用。

在分布式監控系統中，RS-485標準由于其傳輸距離遠、接點多、聯線少等特點，已經成為工業應用中數據傳輸的首選標準。RS-485標準采用平衡式發送、差分式接收的數據收發器進行總線驅動。它是一種多發送器標準，允許一個發送器驅動多個負載設備，負載設備可以是被動發送器、接收器或收發器組合單元。由于RS-485能夠在一對平衡傳輸線上連接 32個發送器 /接收器對，這使它在多點通信系統中得到了廣泛的應用。在高純鎂砂油窯多通道數據采集與監測系統中，在實現主機與各功能模塊的互連時，都要利用ADAM- 4520模塊進行RS-232與RS-485信號的轉換 ;在對現場儀表傳輸過來的 4～ 20ｍＡ和 05Ｖ的信號進行采集時，使用的是 16位精度的 8通道Ａ/Ｄ轉換模塊ADAM - 4017;而ADAM - 4053模塊則用來進行現場開關量和數字量的采集 ;同時，由ADAM - 4520來最后完成這些ADAM模塊與主計算機間的數據通信。

上位機軟件主要實現以下功能：

（1）數據顯示 ，現場數據按照運行時事先確定的格式實時顯示。

（2）信號濾波，在數據由傳感器向工業ＰＣ機傳送的過程中，為了盡量減小傳感器通道中信號干擾，我們采用了硬件濾波與數字濾波相結合的方式，硬件濾波由下位機的ADAM - 4017來完成，數字濾波則由FIX的防脈沖干擾濾波功能來完成對采樣數值的平滑濾波。

（3）數據分析，在油窯的實際生產過程中，油窯的燒嘴溫度和進風管流量等現場數據的變化是影響產品質量至關重要的因素。為了便于對現場數據的分析和生產決策的制定，本監測系統提供了繪制實時曲線和歷史趨勢圖的功能，如圖2，3 所示：

4．結束語

經過設計及現場的運行調試，該系統在高純鎂砂油窯生產的實際運行中取得了良好的效果，獲得了用戶的一致好評。該系統大幅度降低了現場操作人員的操作難度，減小了人工比例，延長了現場設備的運行壽命，提高了高純鎂砂油窯的生產運行效率和產品質量，為安全可靠的生產提供了極其有效的保證。