DCS控制系統在α一石膏粉液相法生產中的應用

　　近年來，山東金信新型建材有限公司引進了德國BSH公司先進的α一石膏液相法生產工藝設備，與之配套的國內生產設備也采用了先進的DCS控制技術，從而提高了自動化生產水平和產品的質量。本文介紹該項目中的DCS設計與應用。
1 DCS硬件構成和功能
1．1生產工藝流程

1.2 DCS系統硬件設計
　　該項目選用ABB Industrial IT Freelance控制系統。該系統是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統，全面支持現場總線技術，系統采用全局數據庫技術，實現全局一體化編程。
1.2.1 硬件配置
　　三個操作員站（OS），其中一個操作員站兼工程師站（ES），配置1套ABB AC 800F控制站以及3個遠程I／O站：①1號I／O控制站：破碎、預粉磨；②2號I／O控制站：α細磨、輸送；③3號I／O控制站：α混合、輸送。
1.2.2 網絡通訊
　　根據系統要求通信結構設計為2層：
　　第一層為現場控制層，實現控制器與I／O模件及智能儀表的通信，用Profibus現場總線通訊協議，傳輸介質采用標準Profibus—DP雙絞線。
　　第二層為中央監控層，實現各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信，系統通信采用TCP／IP協議以太網，傳輸介質為以太網雙絞線，通信速率為1OMB。
1.2.3 操作員站概述
　　1）作員站硬件選用適用工業現場的PC機。
　　2）該系統設置2臺操作員站，操作員站安裝DigiVis 6．1軟件，操作界面及菜單為中文。
　　3）操作員站軟件運行在Windows 2000操作系統上。
　　4）操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享，互為冗余備份。
　　5）顯示功能：系統診測顯示、趨勢顯示，實時操作記錄及打印。
　　6）操作功能：操作方式為鼠標操作，同時也支持鍵盤快捷鍵操作方式。
　　7）由于系統采用全局數據庫方式，操作員站的所有標簽數據直接與過程站進行存取，所以數據更新速率較快，所有軟手操也可以快速被過程站響應。
1．2．4 工程師站概述
　　該系統設置一臺工程師站（兼做操作員站），安裝DigiTool6．1版本軟件，運行在Windows 2000系統上。
　　工程師站使用以太網與過程站進行通信，可以實現硬件編輯、現場過程站編程、操作員站組態、一體化編程及調試。DigiTool軟件支持現場總線設備的數據讀取與編程功能。
　　編程語言與圖形化編程語言標準IEC1131—3完全兼容，根據實際控制要求可任意選用FBD、LD、IL、SFC等方式。系統具備大量標準功能塊及功能子程序，編程結構采用項目樹結構，系統采用全局數據庫，系統內的變量實現共享，系統具備選擇部分、修改部分、全部下裝功能。
　　通過軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能可以恢復。
2 軟件設計
　　整個DCS控制組態在DigiTool V6．1版軟件上進行。具體編程步驟簡述如下：
　　1）項目樹建立。規劃系統資源，如指定過程站名稱：①1號l／O控制站，破碎、預粉磨；② 2號I／O 控制站，僅細磨、輸送；③3號I／O控制站，α混合、輸送。
　　2）硬件設備編輯。按照硬件實際配置在組態軟件中完成硬件安裝、參數設置、通道定義，各過程站和操作員站的IP地址設定等。3）程序組態。在各自分布的過程站級資源底下進行，首先將各過程站內控制的項目進行分類，分為不同子任務，根據任務特點將監控和調節任務采用FBD圖方式進行編程，連鎖控制采用LD圖形式進行編程。
　　4）操作員站組態。填寫參數完成系統預定義顯示的組態，然后進行用戶流程圖組態，采用導人位圖文件的方法直接生成靜態圖形，在此基礎上直接做各位號的動態。
　　5）系統調試。系統程序支持在線參數整定和修改，由于系統數據庫為全局，支持系統全范圍的一體化調試。
3 控制方法
　　在編程方面，采用了直觀的LD梯形圖，把各個設備的啟動停止采用了連鎖控制，在料倉的前端設備為一個組，啟動順序1→2→3→4，停止順序為4→3→2→1，把各設備的故障信號串聯其中，如當2設備有故障時，設備2、1會即時停止。在模擬量采集方面，通過數字轉換，適當的在界面上進行顯示，并采用邏輯運算（例如PID運算、數字加減等），參與控制。變頻器的給定，采用給定頻率的方法，經過模塊轉換成4～20mA或0～DC 5V的標準信號，輸入到變頻器，把變頻器的反饋信號，經過轉換傳回DCS，經數字換算，進行界面顯示等應用。
4 生產應用
　　在實際應用中DCS控制系統對生產各個流程做到精確控制。原材料經過人工篩選后，經過一、二級鄂式破碎機破碎，進入到兩個塊料倉儲存，料倉配有高低料位顯示，上有電動擋板閥根據料位的高低進行分料儲存，一個倉滿，料自動進入到另外一個塊料倉。塊料倉下各有一臺皮帶計量稱，由配套的控制器調節中控給定的流量，并把徇時流量傳回中控，累計并顯示。粉磨設備電機功率較大，安裝智能轉換模塊，把互感器檢測的0-5A交流信號轉換成4～20mA直流信號，提供給DCS系統，在畫面上顯示，當電流超過額定電流的120％時，到1min停機保護。
　　選粉機轉子采用變頻器控制，由中控設定運行頻率，并反饋4～20mA的直流信號顯示，粉儲存料倉有高低料位，倉上設備有兩個電磁閥控制的氣動閥進行料的分配，一個倉滿，自動轉到另一個料倉。
　　α濕法反映車間是德國BSH公司提供的西門子S7—400控制系統，車間喂料時提供給DCS開停數字量信號，來啟動停止喂料設備，粉倉下的變頻器及時調節下料速度控制下料量，并顯示反饋值。
　　α基料儲存分到三個料倉，料倉采用了德國VEGA公司的纜式雷達料位儀，提供4～20mA信號表示料位的百分比，并通過DCS的模擬量輸出模塊提供4-20mA信號給S7—400控制系統顯示，根據料位選擇料倉，提供每個料倉上氣動閥的開停。基料可以包裝的同時，并可以輸送到細磨設備進行細磨，喂料倉下的螺旋喂料稱由控制器控制流量，由中控給定喂料量并反饋，進行顯示和累計，磨機采用電流測量同粉磨設備，顯示電流，并控制過載，中控人員根據電流變化來給定喂料量的大小。
　　選粉也是采用變頻器控制，給定頻率并反饋信號。
　　細磨儲存分三個料倉，根據不同的細度，進行來選擇哪個料倉，倉下有變頻器控制下料速度到混合機，混合機上面有稱重計量，根據配方的要求，同時添加不同的物料，調整混合時間進行混合，混合完成進入到成品倉進行計量包裝。
　　從技術指標和儀一型石膏顯微照片的比較可以看出：采用先進的DCS控制技術液相法生產制得α一型石膏晶體結晶特別完善，純度特別高，使其機械性能大大提高，其干燥轉化完全、規則，因而所得產品強度高、硬度大，膨脹系數小。
5 結束語
　　1）DCS控制系統，對 一石膏粉液相法生產線的各個生產流程做到精確控制。
　　2）采用DCS控制液相法生產的α-型高強度石膏，其發育而成的石膏晶體完善，純度高，其機械性能大大提高，干抗壓強度在50MPa以上，制品具有強度高、硬度大、耐磨性好等優點。
　　3）DCS控制技術對國內石膏粉體生產在提高產品質量、裝備改造升級方面具有推廣意義。同時適用于其他非金屬礦粉體生產線的應用。