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智能CAN总线仪表在水泥配料系统中的应用

【摘  要】  本文介绍一种基于CAN总线的水泥配料系统在某水泥生产企业的自动配料系统中的应用。主要介绍CAN总线仪表应用、总体结构、系统软件设计等,系统配置灵活、组态方便,现场应用的可靠性较好。
【关键词】 皮带秤仪表  CAN总线  水泥配料控制软件  自动配料  监控系统
 
[Abstract]  This treatise presents the application of a cement batching system which is based on CAN bus and used in the automatic batching system of a cement manufacturer. It mainly introduces the application of CAN bus instrument, gross structure, software design of the system, etc. The system has flexible allocation, convenient configuration and good reliability in the on-site application.
 
[Key Words] conveyer scale instrument, CAN bus, controlling software of cement batching, automatic batching, supervisory control system
 
一、概述
随着电子技术、传感器技术、通信技术、计算机及网络技术的高速发展,现代工业控制系统中对电气设备控制自动化和智能化程度的要求也越来越高,而目前被应用的计算机配料系统多以工控机控制系统为主,现场信号通过模拟放大后被传入载有采集板卡的工控机系统,此种系统有控制精度低、抗干扰能力差等缺点,而且这种传输方法使用的导线多,现场安装工作量大,投资高。操作人员在控制室不了解现场装置的工作情况,不能对其进行参数调整和故障测试。因此需要一套具有高度的人性化设计、高可靠性,在正常及事故情况下对设备进行监测、保护和控制,又能对现场工况进行集中监视、数据远传,并可为调度室、决策层等管理层人员提供现场数据,仪便管理层人员可以直接地了解整个生产情况,避免人为的对数据弄虚作假的现象出现,及减少管理人员不必要的工作量的智能控制监控系统。而近几年来随着现场总线技术不断地完善,现场应用效果较好,得到市场的认可。本文着重介绍了具备CAN总线功能的配料控制仪表的的水泥自动配料监控系统的设计和应用。
二、CAN总线系统的设计
控制器局部网CAN(Controller Area Network)总线是当今最为流行的五大总线之一,它是由德国Bosch公司首先提出来的,采用了ISO/OSI模型的物理层数、据链路层和应用层,硬件数据自动识别机制,具有传输距离远、抗干扰能力强、可靠性高等特点。由于CAN总线采用面向数据而非面向节点的数据传输机制,使网络节点数量多,可任意增减网络设备的特点。CAN总线通信最高速率可达到1Mbps;传输速率为5kbps时,采用屏蔽双绞线,传输距离可达10km,并且数据传输可靠性高。


 
图1  CAN总线系统简图
系统设计时应注意如下要点:
1、              为使阻抗匹配,应保证总线两端加120Ω的终端电阻;此总线匹配电阻在长线传输时尤为重要,若总线电阻不符合标准则会引起诸多通讯问题。
2、              CAN总线适配卡或者CAN总线通讯模块(型号:NH-380)配有光电隔离器,可增强系统的抗干扰能力。
三、系统构成
在水泥配料系统中,一般是使用皮带秤、给料机、螺旋秤等连续计量设备进行原料的配比计量工作,系统配置简图如下:


图2  系统配置简图
1、  系统总体结构
总体结构框图如图3所示,系统采用B/S模式实现远程访问和现场控制功能,通过配置B/S模式服务器,连接本地局域网的各个具有权限用户可随时登陆服务器进行数据的查看和打印工作,为了保证系统的安全性,为客户提供具有用户权限的访问模式,具备不通权限的用户可进行不同级别的数据操作。


图3  总体结构框图
系统上位机服务器负责各智能控制器参数的设置、起停等操作,变频器参数设定,配料数据采集、数据处理、现场数据的查询和打印工作等,同时负责提供Intarnet信息数据服务供企业管理层随时掌握系统运行情况,并提供不同的操作权限来提供数据安全服务。系统配置中PLC采用西门子200型,通过专用通讯线缆进行数据通讯;操作站通过CAN总线适配器与智能控制器连接,连接介质为屏蔽双绞线,保证了系统的抗干扰能力,提高系统的安全性能,每台控制器控制一台皮带秤或者螺旋秤。
1、  系统设备配置及其控制
本系统包括3台恒速电子皮带秤,采用圆盘给料机进行给料控制;2台调速皮带秤,通过调节皮带输送机速度进行给料控制;1台螺旋秤,通过给料螺旋和计量螺旋构成配料控制。智能控制仪表选用秦皇岛诺华电子有限公司生产的NHZK820型皮带秤控制仪表。控制过程主要是通过皮带秤和螺旋秤对给料机输送的物料进行计量。NHZK820型皮带秤控制仪表接收来自称重传感器的称重信号和速度传感器的速度信号,经处理后转化为累计值和瞬时流量,并将累计值、瞬时流量信号传送给工业控制机(上位机)进行数据的现实和存储工作。由于该控制器具有智能PID调节功能,因此系统中省略了独立式PID控制器,简化了系统设计;通过该控制器可直接调节变频器来调节给料机的给料速度,实现瞬时流量和阶段累积量的控制,为提供可靠的产品质量提供了技术依据。
系统的参数及运行过程可通过工控机进行设定和监控,并可通过读取控制器状态来现实现场的设备运行状态,也可通过手动修改控制器PID参数值进行灵活的手动控制。由于NHZK820皮带秤控制器具有智能PID调节、LCD显示、汉字提示信息,显示信息丰富、直观,能同时显示累计量、瞬时流量等特点,使整个系统操作方便,控制可靠,实现了高度自动化、图形化操作系统,形成6个既相对独立又相互联系的闭环控制系统,其配料控制系统过程控制结构简图如图4所示。


 
图4  系统控制结构
1、  系统上位机及其监控软件
(1)       组成
 系统上位机采用工业控制计算机,Intel 2.0G处理器、512M内存、80G硬盘、52X光驱、19”液晶显示器、WINDOWS 2000操作系统,NH-380型CAN总线适配器。
(2)      B/S模式软件功能
操作站主要用于对现场的工况进行集中监视、数据记录、参数设置、定时存盘、报表打印、工厂级信息服务等,将手/自动切换开关置于操作站,可实现对现场设备的手/自动操作转换;同时操作站为其他科室更具不同权限,将现场数据传送到调度室、经理室、材料室等不同科室,各级人员能在上位机上直观地观察到生产过程中设备的运行状况、实时数据和历史数据等,并根据不同权限对数据进行处理存储、打印等工作。通过这些实时数据的采集、处理,可以直接地了解整个生产情况,避免以前数据论虚作假的现象及管理人员为取得数据去现场取正而带来不必要的工作量,从而充分地提高该产品的质量、生产效率,发挥人力、物力和实现高度自动化控制。
(3)       软件的编制
 控制系统软件界面如图5所示:
工作站软件选用目前比较流行工控软件开发工作VB6.0作为开发工具,充分利用WINDOWS功提供的COM组件功能和较好图形界面开发能力,可以很方便地构造自己的数据采集系统,可是显现场的信息的实时采集,并根据现场仪表返回的设备运行状态在软件操作界面上进行实时模拟现实,便于操作人员及时掌握现场设别的运行状况,对生产情况进行监测。软件通过WINDOWS功提供的通讯控件与智能控制器、变频器和PLC 进行数据通讯:实现智能控制器数据读取,数据改写; PLC的I/O状态读取,发送I/O指令;变频器参数的设置和读取等功能;具有数据存储、报警及信息存储、故障查询及打印等功能;组态画面真实反映实时状态;软件控制功能较强,可实现设备单独启动、延时启动、单秤产量可通过操作界面进行单数设置或通过总台时产量根据配料百分比自动修改,适应能力较强;软件设有不同的访问权限,可让不同权限的人操作不同的内容;软件可根据系统设置的交接班时间实现自动换班和数据保存功能。其软件主要表现在:系统功能设计、实时数据采集及存储、班次交接、历史数据查询打印、数据库维护等。
1.系统功能设计
系统功能设计是针对整个系统的设计要求行的,它是整个工程开始的第一步,确定了软件的整体运行模式、功能和数据库的选择。
2.实时数据采集及其存储
实时数据集散控制系统的重要组成部分和控制核心,完成所有要监测和控制的点的采集和存储工作,实时曲线的绘制工作。并提供画面显示数据、网络服务数据。
3.班次交接的设计与实现
系统班次时间可自行设置,并根据设置的班次时间完成自动的交接班管理和班次数据自动统计。
4.历史数据查询打印设计
历史数据存储组要提供报表打印数据、历史曲线数据。
5.数据库维护的设计
随着系统运行时间的增加,数据库内容会变得比较庞大,因此数据的导出、清除工作在系统使用中是及时必要的,当系统数据库出现问题系统无法正常运行时,可通过数据结构恢复操作来恢复受损的数据库结构来快速进行系统的恢复和维护。
6.运行操作
系统安装完成后,用户可点击左面菜单或者在开始菜单中进入软件操作界面,启动程序后要求输入用户姓名和密码,只有输入正确的用户名和密码后才能正常进入系统,否则如果连续6次输入用户名或者密码系统将被锁死,只有取得超级用户进入系统后才能解锁系统。进入系统后首先进入系统监控界面,用户可通过鼠标或者快捷键进行实时曲线、历史曲线、数据统计、打印等操作界面。
四、结束语
通过对该厂配料系统的改造,大大提高了配料精度,使产品质量有了很大提高,并且经过2年使用,得到了用户的认可:系统运行可靠性高,界面简单直观,操作简单,维护方便,控制精度高,保证了产品的质量和产量,同时又由于采用变频控制结束,实现了企业节能减排的环保指标,为企业创造良好的经济效益。该系统通过改造设计已成功应用在钢铁配料烧结生产线,并可应用于其他需要连续配料的场合。