DCS控制系统在α一石膏粉液相法生产中的应用

　　近年来，山东金信新型建材有限公司引进了德国BSH公司先进的α一石膏液相法生产工艺设备，与之配套的国内生产设备也采用了先进的DCS控制技术，从而提高了自动化生产水平和产品的质量。本文介绍该项目中的DCS设计与应用。
1 DCS硬件构成和功能
1．1生产工艺流程

1.2 DCS系统硬件设计
　　该项目选用ABB Industrial IT Freelance控制系统。该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统，全面支持现场总线技术，系统采用全局数据库技术，实现全局一体化编程。
1.2.1 硬件配置
　　三个操作员站（OS），其中一个操作员站兼工程师站（ES），配置1套ABB AC 800F控制站以及3个远程I／O站：①1号I／O控制站：破碎、预粉磨；②2号I／O控制站：α细磨、输送；③3号I／O控制站：α混合、输送。
1.2.2 网络通讯
　　根据系统要求通信结构设计为2层：
　　第一层为现场控制层，实现控制器与I／O模件及智能仪表的通信，用Profibus现场总线通讯协议，传输介质采用标准Profibus—DP双绞线。
　　第二层为中央监控层，实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通信，系统通信采用TCP／IP协议以太网，传输介质为以太网双绞线，通信速率为1OMB。
1.2.3 操作员站概述
　　1）作员站硬件选用适用工业现场的PC机。
　　2）该系统设置2台操作员站，操作员站安装DigiVis 6．1软件，操作界面及菜单为中文。
　　3）操作员站软件运行在Windows 2000操作系统上。
　　4）操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享，互为冗余备份。
　　5）显示功能：系统诊测显示、趋势显示，实时操作记录及打印。
　　6）操作功能：操作方式为鼠标操作，同时也支持键盘快捷键操作方式。
　　7）由于系统采用全局数据库方式，操作员站的所有标签数据直接与过程站进行存取，所以数据更新速率较快，所有软手操也可以快速被过程站响应。
1．2．4 工程师站概述
　　该系统设置一台工程师站（兼做操作员站），安装DigiTool6．1版本软件，运行在Windows 2000系统上。
　　工程师站使用以太网与过程站进行通信，可以实现硬件编辑、现场过程站编程、操作员站组态、一体化编程及调试。DigiTool软件支持现场总线设备的数据读取与编程功能。
　　编程语言与图形化编程语言标准IEC1131—3完全兼容，根据实际控制要求可任意选用FBD、LD、IL、SFC等方式。系统具备大量标准功能块及功能子程序，编程结构采用项目树结构，系统采用全局数据库，系统内的变量实现共享，系统具备选择部分、修改部分、全部下装功能。
　　通过软件可以离线编程，在线修改参数，被修改的参数具备自动备份功能可以恢复。
2 软件设计
　　整个DCS控制组态在DigiTool V6．1版软件上进行。具体编程步骤简述如下：
　　1）项目树建立。规划系统资源，如指定过程站名称：①1号l／O控制站，破碎、预粉磨；② 2号I／O 控制站，仅细磨、输送；③3号I／O控制站，α混合、输送。
　　2）硬件设备编辑。按照硬件实际配置在组态软件中完成硬件安装、参数设置、通道定义，各过程站和操作员站的IP地址设定等。3）程序组态。在各自分布的过程站级资源底下进行，首先将各过程站内控制的项目进行分类，分为不同子任务，根据任务特点将监控和调节任务采用FBD图方式进行编程，连锁控制采用LD图形式进行编程。
　　4）操作员站组态。填写参数完成系统预定义显示的组态，然后进行用户流程图组态，采用导人位图文件的方法直接生成静态图形，在此基础上直接做各位号的动态。
　　5）系统调试。系统程序支持在线参数整定和修改，由于系统数据库为全局，支持系统全范围的一体化调试。
3 控制方法
　　在编程方面，采用了直观的LD梯形图，把各个设备的启动停止采用了连锁控制，在料仓的前端设备为一个组，启动顺序1→2→3→4，停止顺序为4→3→2→1，把各设备的故障信号串联其中，如当2设备有故障时，设备2、1会即时停止。在模拟量采集方面，通过数字转换，适当的在界面上进行显示，并采用逻辑运算（例如PID运算、数字加减等），参与控制。变频器的给定，采用给定频率的方法，经过模块转换成4～20mA或0～DC 5V的标准信号，输入到变频器，把变频器的反馈信号，经过转换传回DCS，经数字换算，进行界面显示等应用。
4 生产应用
　　在实际应用中DCS控制系统对生产各个流程做到精确控制。原材料经过人工筛选后，经过一、二级鄂式破碎机破碎，进入到两个块料仓储存，料仓配有高低料位显示，上有电动挡板阀根据料位的高低进行分料储存，一个仓满，料自动进入到另外一个块料仓。块料仓下各有一台皮带计量称，由配套的控制器调节中控给定的流量，并把徇时流量传回中控，累计并显示。粉磨设备电机功率较大，安装智能转换模块，把互感器检测的0-5A交流信号转换成4～20mA直流信号，提供给DCS系统，在画面上显示，当电流超过额定电流的120％时，到1min停机保护。
　　选粉机转子采用变频器控制，由中控设定运行频率，并反馈4～20mA的直流信号显示，粉储存料仓有高低料位，仓上设备有两个电磁阀控制的气动阀进行料的分配，一个仓满，自动转到另一个料仓。
　　α湿法反映车间是德国BSH公司提供的西门子S7—400控制系统，车间喂料时提供给DCS开停数字量信号，来启动停止喂料设备，粉仓下的变频器及时调节下料速度控制下料量，并显示反馈值。
　　α基料储存分到三个料仓，料仓采用了德国VEGA公司的缆式雷达料位仪，提供4～20mA信号表示料位的百分比，并通过DCS的模拟量输出模块提供4-20mA信号给S7—400控制系统显示，根据料位选择料仓，提供每个料仓上气动阀的开停。基料可以包装的同时，并可以输送到细磨设备进行细磨，喂料仓下的螺旋喂料称由控制器控制流量，由中控给定喂料量并反馈，进行显示和累计，磨机采用电流测量同粉磨设备，显示电流，并控制过载，中控人员根据电流变化来给定喂料量的大小。
　　选粉也是采用变频器控制，给定频率并反馈信号。
　　细磨储存分三个料仓，根据不同的细度，进行来选择哪个料仓，仓下有变频器控制下料速度到混合机，混合机上面有称重计量，根据配方的要求，同时添加不同的物料，调整混合时间进行混合，混合完成进入到成品仓进行计量包装。
　　从技术指标和仪一型石膏显微照片的比较可以看出：采用先进的DCS控制技术液相法生产制得α一型石膏晶体结晶特别完善，纯度特别高，使其机械性能大大提高，其干燥转化完全、规则，因而所得产品强度高、硬度大，膨胀系数小。
5 结束语
　　1）DCS控制系统，对 一石膏粉液相法生产线的各个生产流程做到精确控制。
　　2）采用DCS控制液相法生产的α-型高强度石膏，其发育而成的石膏晶体完善，纯度高，其机械性能大大提高，干抗压强度在50MPa以上，制品具有强度高、硬度大、耐磨性好等优点。
　　3）DCS控制技术对国内石膏粉体生产在提高产品质量、装备改造升级方面具有推广意义。同时适用于其他非金属矿粉体生产线的应用。