ABB IndustrialIT系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

1  系統(tǒng)概況

    該系統(tǒng)為全能綜合性開(kāi)放控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)為
AC800F總線控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整條生產(chǎn)線的計(jì)量與監(jiān)控功能。Industrial IT系統(tǒng)具有靈活的通訊協(xié)議配置，支持多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。我們選用了TCP／IP、 Modbus、Profibus-DP、FF、OPC等幾種協(xié)議類(lèi)型，使系統(tǒng)方便地與其他PLC或現(xiàn)場(chǎng)總線儀表設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間的兼容與良好的過(guò)渡。

2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2,1硬件設(shè)計(jì)布局
    整條生產(chǎn)線共設(shè)5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站和4個(gè)遠(yuǎn)程站。整個(gè)控制系統(tǒng)的過(guò)程站之間及其與中控室之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用TCP／IP協(xié)議的環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)選用光纖；各遠(yuǎn)程站與控制站之間的通訊選用Profibus-DP總線來(lái)完成。中控室設(shè)5臺(tái)操作員站及1臺(tái)工程師工作站，水泥包裝控制站因工藝需要，設(shè)l臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作員站。操作員站可冗余使用，在操作員站上可對(duì)所有信號(hào)實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警、控制、存儲(chǔ)及打印報(bào)表等功能。
2．2工程師站

    工程師工作站安裝ABB Control Builder F 6．2
版本中文軟件，運(yùn)行在Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)下，工程師站在不進(jìn)行組態(tài)時(shí)可兼作操作員站使用。工程師站可以實(shí)現(xiàn)硬件編輯、過(guò)程站編程、操作員站組態(tài)等一體化編程及調(diào)試功能。

CBF軟件支持現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取與編程功能。該軟件也提供用戶自定義接口，根據(jù)用戶要求開(kāi)發(fā)自定義專(zhuān)用功能塊。系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，變量實(shí)現(xiàn)共享，該全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)完全下裝到過(guò)程站；該軟件可以離線編程，在線修改參數(shù)，被修改的參數(shù)具備自動(dòng)備份功能，可以恢復(fù)；該軟件還可以在線調(diào)試，可以單步運(yùn)行、跟蹤、仿真調(diào)試。
2．3操作員站

全廠共設(shè)6臺(tái)操作員站，安裝Industrial IT Digivis 6．2版中文軟件，該軟件顯示功能支持標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義顯示。此系統(tǒng)可實(shí)時(shí)診測(cè)顯示系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)過(guò)程站和系統(tǒng)模件三大部分，診斷狀態(tài)信息在畫(huà)面上以圖形方式顯示及文字詳細(xì)提示；Digivis軟件趨勢(shì)顯示功能支持趨勢(shì)組態(tài)，趨勢(shì)點(diǎn)數(shù)量無(wú)軟件限制，同時(shí)支持FTP協(xié)議數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能；Digivis還可以記錄現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的報(bào)警信息，在操作員站畫(huà)面上進(jìn)行顯示，并在報(bào)警記錄表中記錄，可以很方便地進(jìn)行故障查詢(xún)。

2．4過(guò)程站與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程I／O站
    過(guò)程控制站采用AC800F現(xiàn)場(chǎng)總線控制器與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程$800 I／O站，AC800F控制器可安裝4個(gè)多種協(xié)議類(lèi)型的總線接口卡，用于實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程I／O站及FF總線設(shè)備之問(wèn)的通訊。I／O模件具備實(shí)時(shí)檢測(cè)及遠(yuǎn)程診測(cè)功能。$800 I／O站具有監(jiān)控、平滑轉(zhuǎn)換及故障報(bào)告功能。
           
3生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

    引進(jìn)了荷蘭飛利浦Venus200熒光分析儀對(duì)入庫(kù)生料的成分進(jìn)行分析，分析后得出的數(shù)據(jù)和需更改的生料配比須及時(shí)傳送到操作員站進(jìn)行配比更正。該過(guò)程由生料質(zhì)量控制系統(tǒng)來(lái)完成，該系統(tǒng)采用的率值控制系統(tǒng)軟件由武漢理工大學(xué)研制開(kāi)發(fā)和調(diào)試，網(wǎng)絡(luò)通信由我們公司技術(shù)人員自行完成。熒光分析儀分析出生料試樣的成分參數(shù)，通過(guò)RS232接口送入率值控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算出生料率值，根據(jù)已設(shè)定的率值進(jìn)行分析處理得到新的喂料配比，同時(shí)將該信號(hào)通過(guò)OPC協(xié)議接口傳送到操作員站來(lái)控制原料調(diào)配庫(kù)下定量給料機(jī)的皮帶速度，以改變各種物料的配比，使生料率值符合要求的設(shè)定值。生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支，它和DCS系統(tǒng)使用OPC協(xié)議來(lái)完成通信，可以看作是系統(tǒng)的 OPC服務(wù)器。

4軟件的組態(tài)及優(yōu)化

    Industrial IT系統(tǒng)的CBF軟件是集組態(tài)、工程調(diào)試及診斷功能于一體的工具軟件包。過(guò)程站AC800F硬件配置及所需的各種控制算法和策略都是由CBF來(lái)組態(tài)的，并采用圖形化組態(tài)方法。完成后的組態(tài)結(jié)果由工程師站通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)下載至相應(yīng)的過(guò)程站及操作員站中。

    根據(jù)水泥生產(chǎn)的工藝要求，我們?cè)诰瘞?kù)側(cè)流量控制、增濕塔回水控制、分解爐喂煤控制、篦冷機(jī)轉(zhuǎn)速控制等多個(gè)典型控制過(guò)程中運(yùn)用了PID控制回路。在實(shí)踐中，我們不斷優(yōu)化PID控制參數(shù)，使其設(shè)置更加合理，如均化庫(kù)側(cè)流量控制回路，生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，由于它的控制參數(shù)比較少，我們采用湊試法，對(duì)其比例系數(shù)和微分系數(shù)進(jìn)行了修正，使其控制參數(shù)在最佳范圍。

    控制變量因受到執(zhí)行元件機(jī)械和物理性能的約束而限制在有限范圍內(nèi)，其變化率也有一定的限制范圍。在給定值發(fā)生突變時(shí)特別容易出現(xiàn)飽和效應(yīng)，我們分析了這類(lèi)效應(yīng)在PID算法中帶來(lái)的影響并找到了解決辦法：

    1)在PID位置算法中，除了對(duì)控制量的限制外，對(duì)控制量變化率的限制也會(huì)引起飽和，它可以采用類(lèi)似的修正方法予以消除。

    2)PlD增量算法的飽和作用及其抑制。在PID增量算法中，由于執(zhí)行元件本身是機(jī)械或物理單元，在算法中不進(jìn)行累加，所以不會(huì)發(fā)生位置算法那樣的累積效應(yīng)，這樣就直接避免了導(dǎo)致大幅度超調(diào)的積分累積效應(yīng)。這是增量算法相對(duì)于位置算法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是，在增量算法中，卻有可能出現(xiàn)比例及微分飽和現(xiàn)象。

    我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中，對(duì)飽和現(xiàn)象進(jìn)行了糾正：在增量算法中，特別在給定值發(fā)生躍變時(shí)，由算法的比例部分和微分部分計(jì)算出的控制增量可能比較大(一般情況下積分部分的值相對(duì)比較小)，如果該值超過(guò)了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的控制增量將是受到限制的值，計(jì)算值的多余信息沒(méi)有執(zhí)行就遺失了，這部分遺失的信息只能通過(guò)積分部分來(lái)補(bǔ)償。因此，與沒(méi)有限制時(shí)相比較，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程將變壞。使用“累積補(bǔ)償法”雖然可以抑制比例和微分飽和，但由于引入的累加器具有積分作用，使得增量算法中也可能出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。為了抑制它，在每次計(jì)算積分項(xiàng)時(shí)，應(yīng)判斷其符號(hào)是否將繼續(xù)增大累加器的積累。如果增大，則將積分項(xiàng)略去，這樣，可以使累加器的數(shù)值積累不致過(guò)大，從而避免了積分飽和現(xiàn)象。