遠(yuǎn)程分布式干混設(shè)備控制系統(tǒng)

李克斌

（山東圓友重工科技有限公司，山東 濰坊 261100）

1 遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)和分布式控制方案

長期以來，干混設(shè)備因?yàn)樯皾{生產(chǎn)工藝和流程的千差萬別，設(shè)備控制往往以簡(jiǎn)單的人工操作為主。生產(chǎn)設(shè)備種類較多，對(duì)應(yīng)各設(shè)備控制箱操作方式也不相同，操作難度較大，設(shè)備故障和操作故障頻繁發(fā)生。這種控制方式極大地影響了生產(chǎn)效率，制約了干混砂漿生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展。干混設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境存在粉塵污染和噪聲污染，而且中控室需要相對(duì)較好的辦公環(huán)境，遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)設(shè)備以上特點(diǎn)，本公司設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)構(gòu)架

現(xiàn)場(chǎng)通過CAN總線將設(shè)備信息和狀態(tài)反饋給現(xiàn)場(chǎng)總控，現(xiàn)場(chǎng)總控根據(jù)預(yù)先分配的處理權(quán)限將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反饋的信息和狀態(tài)進(jìn)行分類和預(yù)處理，并及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)問題，保證響應(yīng)時(shí)效，快速處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的緊急事件?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在處理緊急事件的同時(shí)將接收到來自現(xiàn)場(chǎng)的信息和反饋，包括緊急處理的事件和需要更高權(quán)限處理的事件，通過以太網(wǎng)傳輸給中控室。中控室是數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)也是整套設(shè)備運(yùn)行情況處理的最高權(quán)限者，中控室收到來自現(xiàn)場(chǎng)總控的數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過中控室電腦分析處理，有些復(fù)雜情況需要人工干預(yù)后，將處理結(jié)果和方式通過以太網(wǎng)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)總控?，F(xiàn)場(chǎng)總控在得到處理命令后，立即通過CAN總線分發(fā)給相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備根據(jù)命令做出響應(yīng)。這種遠(yuǎn)程分布式控制方式既能實(shí)時(shí)監(jiān)控整套設(shè)備的狀態(tài)，又能及時(shí)有效地處理生產(chǎn)中的問題，提高工作效率，降低操作難度，減少故障率，設(shè)置在遠(yuǎn)端的中控室還能夠提供較好的人機(jī)交互環(huán)境。

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)中控之間采用CAN總線是因?yàn)镃AN總線連接簡(jiǎn)單、抗干擾能力和數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力強(qiáng)、傳輸速度快，相較于RS485來說是分布式控制，任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障都不會(huì)影響其他設(shè)備和整個(gè)系統(tǒng)的安全。

在現(xiàn)場(chǎng)總控和中控室采用以太網(wǎng)連接是因?yàn)橐蕴W(wǎng)傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、遠(yuǎn)距離架設(shè)成本低、后期維護(hù)簡(jiǎn)單。同時(shí)，以太網(wǎng)接口在后期數(shù)據(jù)共享方面的二次開發(fā)更容易。

干混設(shè)備主要包括攪拌設(shè)備和備料設(shè)備兩大類。備料設(shè)備主要包括各種石料破碎、天然砂烘干、砂石料篩分、原材料儲(chǔ)存等。攪拌設(shè)備主要包括原材料計(jì)量、卸料、攪拌、成品料打包、儲(chǔ)存和生產(chǎn)過程除塵等?？偵a(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 總生產(chǎn)流程

根據(jù)總的生產(chǎn)流程，我們?cè)O(shè)計(jì)了分布式控制方案，如圖3所示。

圖3 分布式控制方案

整個(gè)系統(tǒng)共有現(xiàn)場(chǎng)制砂系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)烘干系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)攪拌系統(tǒng)三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)。下面以這三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)為核心，分開說明各個(gè)控制點(diǎn)的控制特點(diǎn)。

1.1 制砂現(xiàn)場(chǎng)

常見的砂原料主要有兩種來源，一種是石材經(jīng)過破碎設(shè)備、篩分設(shè)備處理得到的機(jī)制砂；一種是河砂、湖砂和海砂等經(jīng)過篩分、洗滌后的天然砂。機(jī)制砂原材料一般是原石，自然離不開破碎系統(tǒng)。砂石破碎系統(tǒng)主要包括各種原石輸送、原石破碎、碎料篩分、成品砂輸送、成品砂儲(chǔ)存、成品包裝運(yùn)輸?shù)?。破碎系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)流程如圖4所示。

圖4 破碎系統(tǒng)生產(chǎn)流程

從制砂生產(chǎn)流程圖可以看到，制砂現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要采集的信號(hào)見表1。

表1 制砂現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)

制砂現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備見表2。

表2 制砂現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備

匯總現(xiàn)場(chǎng)制砂系統(tǒng)的所有輸入和輸出系統(tǒng)后，根據(jù)系統(tǒng)要求，必須選用帶CAN總線的可編程控制器，綜合考慮性能、成本、易用性等各個(gè)方面，我們選用博碩公司可編程控制器BCS7-CPU11配套16輸入16輸出模塊BCS7-EM113。

現(xiàn)場(chǎng)制砂控制系統(tǒng)總共需要43點(diǎn)輸入、29點(diǎn)輸出。考慮到后期系統(tǒng)的擴(kuò)展，采用了1個(gè)主模塊BCS7-CPU11和2個(gè)IO擴(kuò)展模塊BCS7-EM113。最后制砂系統(tǒng)總的控制點(diǎn)數(shù)為輸入48點(diǎn)、輸出40點(diǎn)，滿足制砂現(xiàn)場(chǎng)的需要。制砂系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)主控可編程控制程序處理流程如圖5所示。

圖5 制砂系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)主控可編程控制程序處理流程

制砂現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在這個(gè)控制流程下，可以及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的緊急情況，能同時(shí)保持和控制中心的聯(lián)系，在現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制中心的監(jiān)控下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠高效、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)運(yùn)行，保證和整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)效性、穩(wěn)定性和安全性。在后面介紹的烘干現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、攪拌現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)都采用了相同的控制流程。實(shí)際配置如圖6所示。

圖6 制砂現(xiàn)場(chǎng)配置圖

1.2 烘干現(xiàn)場(chǎng)

天然砂一般都不需要破碎系統(tǒng)，往往需要烘干含水量高的砂。烘干系統(tǒng)主要包括烘干筒、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)口溫度、堂內(nèi)溫度、煙道溫度、出口壓力等。各個(gè)設(shè)備生產(chǎn)流程如圖7所示。

圖7 烘干設(shè)備生產(chǎn)流程

從烘干生產(chǎn)流程可以看到，烘干現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要采集的信號(hào)見表3。

表3 烘干現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要采集的信號(hào)

烘干現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備見表4。

表4 烘干現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)烘干控制系統(tǒng)總共需要31點(diǎn)輸入、21點(diǎn)輸出和5路模擬量輸入?？紤]到后期系統(tǒng)的擴(kuò)展，采用了1個(gè)主模塊BCS7-CPU11、2個(gè)IO擴(kuò)展模塊BCS7-EM113和1個(gè)8路模擬量輸入模塊BCS7-EM131-FK-D。最后烘干系統(tǒng)總的控制點(diǎn)數(shù)為輸入48點(diǎn)、輸出40點(diǎn)和8路模擬量輸入。滿足烘干現(xiàn)場(chǎng)的需要。

烘干系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)主控可編程控制程序采用和制砂控制相似的處理流程，可以參考制砂現(xiàn)場(chǎng)控制流程圖。實(shí)際配置如圖8所示。

圖8 烘干現(xiàn)場(chǎng)配置圖

1.3 攪拌現(xiàn)場(chǎng)

攪拌現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備一般包括物料重量的稱量設(shè)備、物料轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)除塵設(shè)備、混合物料攪拌設(shè)備、成品料轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)設(shè)備。各個(gè)設(shè)備生產(chǎn)流程如圖9所示。

圖9 攪拌設(shè)備生產(chǎn)流程

從攪拌生產(chǎn)流程可以看到，攪拌現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要采集的信號(hào)見表5。

表5 攪拌現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要采集的信號(hào)

攪拌現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備見表6。

表6 攪拌現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)攪拌控制系統(tǒng)總共需要65點(diǎn)輸入、75點(diǎn)輸出和4路稱重模擬量輸入?？紤]到后期系統(tǒng)的擴(kuò)展，采用了1個(gè)主模塊BCS7-CPU11、5個(gè)IO擴(kuò)展模塊BCS7-EM113和1個(gè)5路稱重模擬量輸入模塊BCS7-PR320-5I。最后，攪拌系統(tǒng)總的控制點(diǎn)數(shù)為輸入96點(diǎn)、輸出88點(diǎn)和5路稱重模擬量輸入，滿足攪拌現(xiàn)場(chǎng)的需要。

攪拌系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)主控可編程控制程序采用和制砂控制相似的處理流程，可以參考制砂現(xiàn)場(chǎng)控制流程圖。在攪拌系統(tǒng)的控制中增加了稱重控制環(huán)節(jié)，沒采用稱重控制模塊，只需要將目標(biāo)重量數(shù)據(jù)傳輸給對(duì)應(yīng)稱量模塊即可。稱重過程中物料的增減、后期的卸料等過程，由稱重控制模塊自動(dòng)完成。實(shí)際配置如圖10所示。

圖10 攪拌現(xiàn)場(chǎng)配置圖

現(xiàn)場(chǎng)的各控制箱獨(dú)立完成對(duì)應(yīng)生產(chǎn)控制，同時(shí)，需要將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息和現(xiàn)場(chǎng)處理狀況同步反饋給現(xiàn)場(chǎng)總控，并時(shí)刻準(zhǔn)備接收現(xiàn)場(chǎng)控制總控的各種控制命令，接收命令后快速做出響應(yīng)，以此保證現(xiàn)場(chǎng)控制和現(xiàn)場(chǎng)總控的信息同步，保證整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制的時(shí)效性。

現(xiàn)場(chǎng)總控箱的作用是和現(xiàn)場(chǎng)控制箱通過CAN總線連接構(gòu)成局域控制網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總控室的操控命令和信息反饋?，F(xiàn)場(chǎng)總控由1個(gè)主模塊BCS7-CPU11和1個(gè)IO擴(kuò)展模塊BCS7-EM113組成。主模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成信息的傳遞，同時(shí)，通過以太網(wǎng)向中控室的控制電腦傳遞數(shù)據(jù)。配置的IO控制模塊可以完成現(xiàn)場(chǎng)總控室的信號(hào)處理。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中控室的配置如圖11所示，包括現(xiàn)場(chǎng)管理電腦、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕和現(xiàn)場(chǎng)打印機(jī)等。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)中控室配置圖

2 結(jié)語

這種遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于我公司近兩年的干混設(shè)備生產(chǎn)控制中。經(jīng)過兩年多的使用和現(xiàn)場(chǎng)反饋，這種控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、安全可靠、故障率低、遠(yuǎn)程控制高效直觀，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。