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(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)在實(shí)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(jìn)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(yuǎn)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(yùn)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(lái)越多的水泥廠采用QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行配料計(jì)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(jìn)行喂料。由于原料成分的波動(dòng)，出磨生料KH、N、PS和出均化庫(kù)生料KH、N、P都會(huì)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(guò)一段時(shí)間(一小時(shí))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(kù)出口生料樣品，通過(guò)X熒光分析儀分析出它的CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO等成分并自動(dòng)傳送給配料計(jì)算機(jī)。配料計(jì)算機(jī)算出一個(gè)周期內(nèi)的實(shí)測(cè)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(gè)周期內(nèi)將均化庫(kù)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(dá)到規(guī)定要求。

　　水泥生產(chǎn)中QCS系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)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(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用臺(tái)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(shí)時(shí)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?shí)際流量輸入給QCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。
　　(2) 水泥廠生產(chǎn)環(huán)境惡劣，要求系統(tǒng)有抗強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的能力，有防粉塵的能力

　　2.2 臺(tái)灣研華ADAM遠(yuǎn)程控制模塊特性
　　研華是將PC技術(shù)引入自動(dòng)化市場(chǎng)的領(lǐng)先廠商之一.特別是ADAM-4000系列遠(yuǎn)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(chǎng)。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(wú)線端口等;I/O模塊在主機(jī)PC和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間提供完整的信號(hào)調(diào)理和通訊解決方案,如模擬量I/O,數(shù)字量I/O和計(jì)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(jì)
　　西京水泥廠QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)放置在化驗(yàn)室里，化驗(yàn)室和中控不在一個(gè)樓內(nèi)，傳輸距離較遠(yuǎn)，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，它能夠確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。為了使信號(hào)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)RS-232信號(hào)透明轉(zhuǎn)換光纖傳輸信號(hào),在信號(hào)的接受段將RS232光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS458信號(hào)。    再將對(duì)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(hù)模塊和外圍設(shè)備避免來(lái)自輸入線路高電壓的損壞。它通過(guò)A/D輸入和3000 VDC隔離變壓器的光隔離設(shè)備來(lái)保護(hù)設(shè)備避免來(lái)自接地環(huán)路和動(dòng)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(hào)。

　　ADAM-4021模擬輸出模塊通過(guò)RS-485接口接收主機(jī)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(guò)A/D輸出和3000 VDC隔離的變壓器的光隔離，保護(hù)設(shè)備避免來(lái)自接地環(huán)路和動(dòng)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(guò)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(guò)RS232接口和上述網(wǎng)絡(luò)，傳送到對(duì)應(yīng)的ADAM4021模塊上，這樣對(duì)應(yīng)的PLC的AI段就可以接受對(duì)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(shí)，來(lái)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(guò)上述網(wǎng)絡(luò)將ADAM4017的轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)讀取上來(lái)，從而可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各皮帶秤實(shí)際的下料情況。