1、引言 過去的工業(yè)控制系統(tǒng)，幾乎是由清一色的繼電器控制回路構(gòu)成。近年來，由于世界電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是微處理器和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展已使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)日趨完善，在性能和功能上都有著很大的進(jìn)步?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算控制裝置。其中AC800F是ABB自動(dòng)化集團(tuán)為滿足用戶需要，推出的新一代控制器，它支持四種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，可以與各種現(xiàn)場設(shè)備交換數(shù)據(jù)和處理信號(hào)，同時(shí)它又提供全方位的冗余，具有功能齊全、強(qiáng)大；使用方便、靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)及較易于維護(hù)維修等優(yōu)點(diǎn)。它不僅可替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制網(wǎng)絡(luò)，已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主流。 監(jiān)控系統(tǒng)是生產(chǎn)過程的核心。由現(xiàn)場總線組成的過程級(jí)控制系統(tǒng)，不但要采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，反饋現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作狀態(tài)，更為重要的是能夠根據(jù)得到的信息自動(dòng)地控制生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，而且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障時(shí)能做出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警和處理。一旦處理結(jié)束，計(jì)算機(jī)能夠切換到自動(dòng)控制狀態(tài)。首先簡要地描述了系統(tǒng)的控制對(duì)象和控制任務(wù)；然后介紹了換火過程控制系統(tǒng)的組成；根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝流程和要求，討論系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)式以及硬件、軟件的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)。 2、系統(tǒng)概述 AC800F自動(dòng)化現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)從信號(hào)采集、判斷、運(yùn)算、到信號(hào)輸出，時(shí)間短、速度快、無滯后。實(shí)現(xiàn)在浮法中不需人工干預(yù)的換火過程是工業(yè)自動(dòng)化的典型實(shí)例。在熔窯換火上采用該系統(tǒng)的可消除繁重的工作；實(shí)現(xiàn)好的連續(xù)性、換火速度和質(zhì)量，只需對(duì)相應(yīng)的控制參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，就可以達(dá)到較佳工況要求。原來采用繼電器控制回路，易出現(xiàn)工作異常，不穩(wěn)定，常需要人工看守來完成換火，其工作量大、連續(xù)性低、故障率高、影響大窯溫度從而波及玻璃質(zhì)量。根據(jù)換火過程的工藝要求及安全規(guī)范，結(jié)合換火所要達(dá)到的順序控制目標(biāo)，我們采用先進(jìn)的ABB AC800F 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、Freelance 2000控制程序、氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、行程反饋、主令定位控制器、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等設(shè)備，完成換火的全自動(dòng)過程，確保換火的順利完成。 3、系統(tǒng)組成和工藝流程簡介 3.1現(xiàn)場系統(tǒng)組成： 換火系統(tǒng)有：彩色針孔攝像頭、彩色視頻監(jiān)視器、主令控制器、氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)截止閥、電磁閥、三連體、控制氣源、旋轉(zhuǎn)蝶閥、行程開關(guān)、壓力開關(guān)、換火指示盤、換火手動(dòng)控制柜、重油槍及信號(hào)線路和管路等設(shè)備組成，現(xiàn)場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如(圖1)所示。 回油子系統(tǒng)采用氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關(guān)反饋構(gòu)成。其作用是控制回油開關(guān)及反饋動(dòng)作的執(zhí)行情況。 重油控制子系統(tǒng)采用雙電控二位五通電磁閥、雙壓力開關(guān)并聯(lián)動(dòng)作反饋。其作用是控制重油南北換向及反饋重油換向動(dòng)作的執(zhí)行情況。 霧化氣控制子系統(tǒng)采用氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關(guān)反饋構(gòu)成。其作用是控制霧化氣南北換向及反饋換向動(dòng)作的執(zhí)行情況。 吹掃氣控制子系統(tǒng)采用氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、氣缸截止閥、單電控二位三通電磁閥、行程開關(guān)反饋構(gòu)成。其作用是控制吹掃氣有無及反饋是否執(zhí)行吹掃動(dòng)作的情況。 廢氣閘板控制系統(tǒng)采用主令定位控制器、電機(jī)、鏈條、限位開關(guān)、雙側(cè)閘板構(gòu)成。其作用是廢氣南北煙道換向、閘板動(dòng)作定位、反饋閘板是否過位及其執(zhí)行動(dòng)作的情況。 助燃風(fēng)控制系統(tǒng)采用二位式氣動(dòng)蝶閥、三連體、雙電控二位五通電磁閥構(gòu)成。其作用是助燃風(fēng)南北換向、反饋動(dòng)作的執(zhí)行情況。 視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用彩色針孔攝像頭、彩色視頻監(jiān)視器構(gòu)成。其作用是從視覺上觀察大窯換火過程。 3.2工藝流程圖 從上一輪換火開始到下一次換火開始時(shí)間為20分鐘。 換火開始-----開回油-----關(guān)北或南油-----北或南吹掃------關(guān)北或南霧化氣-----助燃風(fēng)、廢氣閘板同步換向-----開南或北霧化氣-----開南或北油-----關(guān)回油-----換火結(jié)束 換火過程中必須遵守以下的控制原則： 1、 嚴(yán)格按照順序控制指令進(jìn)行，反饋到達(dá)后方可進(jìn)行下一步 2、 吹掃風(fēng)關(guān)閉之間，油槍內(nèi)無殘油；否則殘油會(huì)成焦堵塞油槍 3、 關(guān)南或北油之前，回油閥門必須打開；否則會(huì)造成供油相關(guān)設(shè)備、儀表損壞。 4、控制系統(tǒng)硬件配置 過程級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB AC800F，它是一種積木式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成與擴(kuò)展都十分方便，主要配置如下： 中央處理模塊：選用AC800F 集成主板CUP、冗余監(jiān)控 電源模塊：SA801F 115—230V AC 通訊模塊：EI803F 10BASE T 、RJ45口、TCP/IP通訊、安裝在AC800F第二與第三槽位、設(shè)定波特率為1.5M bit/s 、傳輸距離可達(dá)50米，完全滿足現(xiàn)場要求 PROFIBUS模件：FI830F 支持PROFIBUS DP/PA、 遵從DIN 19245標(biāo)準(zhǔn)、遵循PROFIBUS協(xié)議的現(xiàn)場總線設(shè)備間通訊的接口模件、可以保證與工業(yè)控制中分布的外圍設(shè)備(DP)間建立快速的數(shù)據(jù)交換 數(shù)字量輸入模塊：DI810 24V、 共3塊、 16通道輸入/塊 數(shù)字量輸出模塊：DO810 24V 0.5A、共2塊、16通道輸出/塊 系統(tǒng)整體框架示意圖：如(圖2)： 5、控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成 系統(tǒng)軟件包括：組態(tài)軟件為Freelance 2000 Digivis v6.1及Freelance 2000 Digitool v6.1。其中Freelance 2000 Digivis v6.1使用于操作員站(D-OS站)進(jìn)行系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控、Freelance 2000 Digitool v6.1用于工程師站完成系統(tǒng)組態(tài)與編程。 5.1、程序編寫中的邏輯關(guān)系： 采用Freelance 2000 Digitool v6.1編寫程序用來完成換火過程的全部任務(wù)，該軟件開發(fā)的好壞直接關(guān)系到自動(dòng)化成敗問題，因此弄清楚換火過程中出現(xiàn)的邏輯關(guān)系十分重要。其次編程中采用的各點(diǎn)的變量名稱與現(xiàn)場接線的位號(hào)的定義也很重要，盡可能兩點(diǎn)保持一致，以求給日后檢修、維護(hù)帶來方便。下面就是系統(tǒng)主要輸入、輸出信號(hào)時(shí)序圖3： 根據(jù)上述換火過程中主要I/O信號(hào)時(shí)序與相互關(guān)系，寫出現(xiàn)場總線各輸入、輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系，再由邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化FBD、SFC等。其控制程序的主要邏輯關(guān)系圖如(圖4)所示：注：Motion1-Motion9 現(xiàn)場動(dòng)作到達(dá)反饋信號(hào)，簡稱M1-M9 ; T1-T9 等待現(xiàn)場動(dòng)作到達(dá)反饋信號(hào)的時(shí)間。 下表是一側(cè)換火的允許時(shí)間和實(shí)際時(shí)間： A：允許等待現(xiàn)場動(dòng)作到達(dá)反饋信號(hào)的最大時(shí)間 B：實(shí)際測出現(xiàn)場動(dòng)作到達(dá)反饋信號(hào)的實(shí)際時(shí)間 5.2、操作員站(OS站)人機(jī)交互界面 操作員站人機(jī)交互界面軟件Freelance 2000 Digivis v6.1運(yùn)行在WINDOWS NT以上的窗口操作平臺(tái)上，建議使用WINDOWS 2000 Professional SP4。利用組態(tài)軟件Freelance 2000提供的驅(qū)動(dòng)程序，通過EI803F 10BASE T與AC800F通訊，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)指令；下層網(wǎng)通過PROFIBUS DP/PA與AC800F交換數(shù)據(jù)，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率運(yùn)作。 通過人機(jī)交互界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理、故障報(bào)警、工況記錄、動(dòng)作趨勢等功能。包括：  形象直觀的現(xiàn)場監(jiān)控畫面?？蓪?duì)現(xiàn)場進(jìn)行概貌顯示，工況模擬顯示以及故障聲光報(bào)警等。畫面元素盡可能的與現(xiàn)場位置指示一致。  參數(shù)設(shè)置畫面。提供了進(jìn)行參數(shù)友好界面，是操作者進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定的環(huán)境。盡可能的采用動(dòng)態(tài)形象畫面布置。  故障記錄畫面。記錄運(yùn)行過程中的異常故障，并把相關(guān)信息存放在故障數(shù)據(jù)庫中。各故障報(bào)警應(yīng)采用不同的、多樣的反映出來，如：聲音、顏色、文字、動(dòng)態(tài)畫面等。  運(yùn)行趨勢畫面。記錄現(xiàn)場動(dòng)作的時(shí)間趨勢，為分析與處理事故原因提供依據(jù)。  數(shù)據(jù)管理和分析畫面。通過建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、故障數(shù)據(jù)庫、趨勢數(shù)據(jù)庫，提供現(xiàn)場動(dòng)作時(shí)序的原始數(shù)據(jù)備份保存功能，供運(yùn)行分析用。如：近百次換火各點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序時(shí)間、換火過程總時(shí)間、各點(diǎn)動(dòng)作趨勢圖、故障次數(shù)等。  幫助信息：通過圖形化或提綱式幫助信息，能使操作者很快的了解工藝過程及操作要點(diǎn)。 6、結(jié)論： 換火過程要求時(shí)間的連貫性、前后執(zhí)行的緊密性、現(xiàn)場動(dòng)作的準(zhǔn)確性；其邏輯關(guān)系構(gòu)成較復(fù)雜、控制任務(wù)較多。即要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制，又要完成現(xiàn)場各種數(shù)字量、開關(guān)量的檢測與反饋。采用ABB AC800F現(xiàn)場總線系統(tǒng)開發(fā)的換火程序完全能滿足浮法玻璃生產(chǎn)工藝的要求，其系統(tǒng)性能優(yōu)良、操作使用方便可靠，確保了換火任務(wù)的正常、有序的完成。較過去的繼點(diǎn)器回路相比，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理先進(jìn)、可靠性高；并且節(jié)省了日后的維修帶來的人力、物力開支。 而且，必要的時(shí)候還可以通過預(yù)留通信接口，與可編程控制器PLC進(jìn)行互聯(lián)，構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人看管，提高生產(chǎn)管理水平。