西京水泥廠QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊設(shè)計與應(yīng)用

　　1 引言
　　QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是目前水泥廠普遍采用的，水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制的計算機系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，它必須要與其它控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)）以及控制設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊，建立可靠的數(shù)據(jù)通訊是非常重要的，本文以西京水泥廠為例，介紹了該廠采用ADAM遠程IO模塊方式完成QCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊的情況
 
　　2 QCS系統(tǒng)在水泥廠的運用
　　QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是目前水泥廠質(zhì)量控制的核心。越來越多的水泥廠采用QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)進行生料質(zhì)量控制。它的工作原理為：QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)根據(jù)各原料化學(xué)成分、煤灰的化學(xué)成分、煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)以及熟料要求的三率值和熱耗進行配料計算，求出生料的KH、N、P 、RC3S控制目標(biāo)和石灰石、粘土、鐵粉以及校正原料初始喂料配比。QCS系統(tǒng)將各原料的初始配比傳送給DCS控制系統(tǒng)控制電子喂料皮帶秤進行喂料。由于原料成分的波動，出磨生料KH、N、PS和出均化庫生料KH、N、P都會與生料KH、N、P目標(biāo)值之間產(chǎn)生偏差。QCS配料系統(tǒng)每過一段時間(一小時)從生料取樣器中取出具有代表性的出磨生料樣品和均化庫出口生料樣品，通過X熒光分析儀分析出它的CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO等成分并自動傳送給配料計算機。配料計算機算出一個周期內(nèi)的實測KH、N、P、RC3S以及它們與目標(biāo)值之間的偏差，QCS系統(tǒng)按一定的優(yōu)化算法求出新的物料配比。在幾個周期內(nèi)將均化庫出口生料控制在要求的范圍內(nèi)，確保入窯生料 KH、N、P、RC3S的合格率達到規(guī)定要求。

　　水泥生產(chǎn)中QCS系統(tǒng)需要實時地將石灰石、粘土、鐵粉等原料的給定配比傳送給DCS控制系統(tǒng)控制電子皮帶秤進行喂料。解決好QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)參數(shù)可靠快速通訊非常重要。

　　QCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的通訊方式常用的有OPC、ModBus、Adam等，本文主要介紹根據(jù)西京水泥廠的工廠電器自動化系統(tǒng)的特點，采用臺灣研華的ADAM系列控制模塊在QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)中通訊的應(yīng)用。
 
　　2.1 QCS系統(tǒng)控制要求
　　(1)  需要實時地將入磨物料的配比輸出給DCS系統(tǒng)控制電子秤使之按給定配比下料， DCS系統(tǒng)能夠?qū)⒏魑锪系膶嶋H流量輸入給QCS系統(tǒng)進行監(jiān)控及數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
　　(2) 水泥廠生產(chǎn)環(huán)境惡劣，要求系統(tǒng)有抗強電場、磁場的能力，有防粉塵的能力

　　2.2 臺灣研華ADAM遠程控制模塊特性
　　研華是將PC技術(shù)引入自動化市場的領(lǐng)先廠商之一.特別是ADAM-4000系列遠程DA&C系列，由于其具備抗高低溫、抗噪聲和抗突波的功能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場。ADAM-4000系列提供兩類產(chǎn)品:通訊模塊和I/O模塊。通訊模塊提供各種接口,包括 以太網(wǎng),串行,光纖和無線端口等;I/O模塊在主機PC和現(xiàn)場信號之間提供完整的信號調(diào)理和通訊解決方案,如模擬量I/O,數(shù)字量I/O和計數(shù)器等。

　　3、西京水泥廠QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊設(shè)計
　　西京水泥廠QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)放置在化驗室里，化驗室和中控不在一個樓內(nèi)，傳輸距離較遠，因電器環(huán)境非常惡劣，所以QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)采用了ADAM-4000系列的控制模塊。

　　利用QCS計算機系統(tǒng)標(biāo)準的RS-232端口。由于RS-232傳輸距離及網(wǎng)絡(luò)容量還是有一定的限制。利用光纖傳輸具備有高帶寬，抗EMI/RFI干擾的優(yōu)點，它能夠確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。為了使信號傳輸不受電子干擾、雷擊，采用ADAM-4541 RS-232/422/485轉(zhuǎn)光纖模塊將QCS計算機系統(tǒng)RS-232信號透明轉(zhuǎn)換光纖傳輸信號,在信號的接受段將RS232光纖信號轉(zhuǎn)換成RS458信號。    再將對應(yīng)的ADAM 4017 和ADAM4021 接入RS485網(wǎng)絡(luò)上，這就構(gòu)成QCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊的硬件框架如圖1所示。

　　ADAM-4017是16位8通道模擬輸入模塊，所有通道都提供可編程輸入。它的光隔離輸入在模擬輸入和模塊之間提供了3000 VDC的隔離，保護模塊和外圍設(shè)備避免來自輸入線路高電壓的損壞。它通過A/D輸入和3000 VDC隔離變壓器的光隔離設(shè)備來保護設(shè)備避免來自接地環(huán)路和動力高峰的迫害。ADAM-4017使用16位受微處理器控制sigma-delta A/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換輸入的電壓或電流到數(shù)字信號。

　　ADAM-4021模擬輸出模塊通過RS-485接口接收主機的數(shù)字輸入。模擬輸出模塊在電壓或電流的范圍內(nèi)能夠支持單一通道模擬輸出。并通過A/D輸出和3000 VDC隔離的變壓器的光隔離，保護設(shè)備避免來自接地環(huán)路和動力峰值的危害。
軟件控制的流程：QCS系統(tǒng)產(chǎn)生了新的原料配比，通過軟件轉(zhuǎn)換成AO代碼：
　　 AO代碼＝（ 配比值 / 配比量程）×代碼最大值
  
　　QCS系統(tǒng)將AO代碼通過RS232接口和上述網(wǎng)絡(luò)，傳送到對應(yīng)的ADAM4021模塊上，這樣對應(yīng)的PLC的AI段就可以接受對應(yīng)的配比，從而DCS系統(tǒng)就可以根據(jù)配比控制皮帶秤下料。

　　同時，來自PLC 的AO端的各電子秤數(shù)據(jù)發(fā)給ADAM4017，QCS系統(tǒng)定期的發(fā)出命令，通過上述網(wǎng)絡(luò)將ADAM4017的轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)讀取上來，從而可以實時的監(jiān)控現(xiàn)場各皮帶秤實際的下料情況。