銻白爐生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

葉 麗

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

氧化銻（三氧化二銻）又名銻白，是一種高附加值的阻燃新材料，純度、平均粒度和白度是其產(chǎn)品質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)。廣西具有豐富的銻資源，生產(chǎn)高附加值的低著色力氧化銻，對促進我區(qū)銻資源深加工和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。在氧化銻生產(chǎn)中，銻白爐是氧化銻生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，它是熔銻與氧氣進行化學(xué)反應(yīng)生成氧化銻的場所。對銻白爐生產(chǎn)過程進行智能控制，可以提高銻白爐產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的直收率，降低生產(chǎn)成本，延長銻白爐使用壽命，對于氧化銻生產(chǎn)有很大的現(xiàn)實意義。

廣西華銻科技公司銻白爐生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)設(shè)計，主要包括硬件配置和軟件平臺開發(fā)兩部分。硬件配置主要包括銻白爐生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)設(shè)計部分和生產(chǎn)現(xiàn)場攝像監(jiān)控系統(tǒng)部分，軟件平臺開發(fā)部分主要采用組態(tài)王開發(fā)軟件進行人機交互界面的設(shè)計，本文主要介紹硬件部分設(shè)計。

1 銻白爐生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)由多個自動檢測和控制設(shè)備所組成，檢測參數(shù)主要有氧化爐液位、溫度、入爐風(fēng)量、結(jié)晶器提升量、羅茨風(fēng)機參數(shù)（出口壓力、流量、冷卻油溫度、電機電流和故障狀態(tài)）、抽風(fēng)機參數(shù)（出口負壓力、電機電流和故障狀態(tài)）、冷卻塔溫度、收塵器壓力、高壓風(fēng)機參數(shù)（電機電流和故障狀態(tài)）。檢測參數(shù)在現(xiàn)場和計算機進行顯示及存儲，每個控制設(shè)備都設(shè)計有計算機自動控制和現(xiàn)場手動控制兩種方式。

檢測和控制裝置主要包括：氧化爐液位檢測和控制，除結(jié)控制和氧化爐溫度檢測，入爐風(fēng)量檢測及控制，結(jié)晶器提升量檢測及控制，羅茨風(fēng)機控制，抽風(fēng)機控制、冷卻塔溫度控制、收塵器壓力監(jiān)控，高壓風(fēng)機控制，空壓機控制等。

各系統(tǒng)及檢測參量的輸入輸出關(guān)系如圖1控制系統(tǒng)框圖所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

1.1 硬件配置

1.1.1 各模塊配置

經(jīng)過對氧化銻生產(chǎn)過程的了解，統(tǒng)計的I／O點數(shù)為 AI＝75、AO＝32、DI＝18、DO＝23、RS485＝2 共150點。并經(jīng)現(xiàn)場勘察，現(xiàn)場設(shè)備到控制室的監(jiān)控布線距離都在60m左右，并且都在同一廠房內(nèi)。根據(jù)這些情況，作如下設(shè)計：

系統(tǒng)根據(jù)各部分作用，可分為以下幾個大的模塊：I／O開關(guān)量輸入和輸出模塊、I／O模擬量輸入模塊、電源及接口轉(zhuǎn)換模塊、工控機模塊、通訊接口轉(zhuǎn)換模塊，各模塊功能如下：

（1）I／O開關(guān)量輸入和輸出模塊：取自相應(yīng)設(shè)備的輔助常開出觸點，用于識別現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)及分接頭檔位信號，同時將系統(tǒng)發(fā)出的控制信號（電平信號）轉(zhuǎn)化為接點，形成輸出。

（2）模擬量輸入模塊：將現(xiàn)場傳感器檢測到的溫度、液位、壓力、流量、電流等信號轉(zhuǎn)化為微機可識別的數(shù)字信號，并起到隔離和抗干擾作用。

（3）電源模塊：將交流220V電源轉(zhuǎn)換為傳感器工作所需的直流＋24V電源。

（4）工控機模塊：對數(shù)據(jù)進行實時分析、邏輯判斷，并具有數(shù)據(jù)存儲功能。為用戶提供人機接口，用于定值的整定、手動操作、顯示、打印、通訊等。

（5）通訊接口轉(zhuǎn)換模塊：由于工控機采用RS-232接口，需要采用專用轉(zhuǎn)換器與模擬量輸入模塊的RS-485接口進行RS-485／RS-232轉(zhuǎn)換。

為減少信號電纜數(shù)，降低信號在傳送中受到的干擾，減少日后的維護工作量，除了實時性很強的結(jié)晶器提升機控制和提升位移檢測采用并行模擬數(shù)據(jù)傳送方式外，其它的全部采用遠程I／O模塊進行485串行數(shù)字通信方式，使得生產(chǎn)設(shè)備到控制室的電纜數(shù)從100多條減少為10條，由于485通信數(shù)字通信的抗干擾能力很強，大大減少了信號在I／O時受到的干擾，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性及日后的維護量。

1.1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

采用4臺研華工控計算機組成監(jiān)控系統(tǒng)，其中一臺為在線監(jiān)控機，另一臺為熱備份機，其它兩臺作為輔助監(jiān)控機。所有的操作可以在在線計算機上進行，也可在輔助監(jiān)控機上進行，還可通過全廠局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進行遠程操作。另外配置19″的液晶顯示器、10m距離的無線鍵盤和鼠標(biāo)，可將任何一臺工控計算機切換到控制室內(nèi)的大屏幕上顯示，使操作更為方便。

根據(jù)I／O的點數(shù)和監(jiān)控布線的距離、環(huán)境等因素，考慮采用計算機直接監(jiān)控系統(tǒng)（DDC）。為提高系統(tǒng)的可靠性，計算機采用雙機熱備份控制方式。上位機采用專為惡劣工業(yè)環(huán)境設(shè)計的研華工控機 IPC－610。智能模塊配置：1塊 ADAM4520；8塊 ADAM5017；2 塊 ADAM5018；8 塊 ADAM5024；2塊ADAM5050；2塊ADAM5056。需求與配置節(jié)點對比表見表1。

表1 需求與配置節(jié)點對比表

ADAM4520是RS232信號到RS-485信號的轉(zhuǎn)換器，通訊距離達1.2k m（加中間繼電器后會更遠）。ADAM-5017是16位，8通道模擬差分輸入模塊，ADAM5017檢測傳感器檢測到的氧化爐進料數(shù)、液位、壓力、流量、電流等信號。使用一個16位微處理器控制的A／D轉(zhuǎn)換器將傳感器的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換為工程單位量。當(dāng)上位機采集數(shù)據(jù)時，該模塊就通過RS-485DP線傳送到上位機。ADAM-5018是16位，7通道熱電偶輸入模塊，所有通道都可編程，可直接接受熱電偶輸入。本設(shè)計配置2塊ADAM-5018，可提供14通道模擬輸入信號，用于采集銻白爐內(nèi)溫度信號，因為銻白爐內(nèi)溫度非常高，可達1000~1200℃，因此選擇可直接接受熱電偶輸入的ADAM-5018智能模塊，用于銻白爐溫度信號檢測。

ADAM-5051是16通道數(shù)字量輸入模塊。根據(jù)對用戶需求的分析，數(shù)字輸入信號節(jié)點數(shù)DI＝18，因此選用2塊16通道數(shù)字量輸入模塊ADAM-5051，可提供32個數(shù)字信號的輸入，保證系統(tǒng)能及時有效地接收和處理數(shù)字信號。ADAM-5056是16通道數(shù)字量輸出模塊。系根據(jù)對用戶需求的分析，數(shù)字輸出信號節(jié)點數(shù)DO＝23，因此選用2塊16通道數(shù)字量輸入模塊ADAM-5056，可提供32個數(shù)字信號的輸入，保證系統(tǒng)能及時有效地輸出和處理數(shù)字信號。

1.2 系統(tǒng)通訊

主機系統(tǒng)與智能模塊間用屏蔽雙絞線聯(lián)成RS-485總線式網(wǎng)絡(luò)。ADAM5000各模塊完全隔離，并僅用一組雙絞線發(fā)送和接收信息，因為節(jié)點并行連接，它們可以不連接主機而不影響其余節(jié)點的功能。當(dāng)節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)通訊時，由于采用簡單的命令回答時序，不會產(chǎn)生發(fā)送沖突。任何時刻，總是有一臺主機（不帶地址）和幾臺從機（帶地址）通信。主機是IPC機，從機是ADAM智能模塊，當(dāng)模塊不發(fā)送數(shù)據(jù)時，它們處于偵聽方式。主機與其中一個ADAM智能模塊發(fā)出一個命令／回答序列信號。命令包含主機想要與之通訊的模塊地址，地址符合的模塊執(zhí)行命令并向主機送出應(yīng)答。

2 監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 生產(chǎn)現(xiàn)場攝像監(jiān)控系統(tǒng)

銻白爐反應(yīng)車間攝像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計本著合理、實用、可行、可靠原則，具體要求為：系統(tǒng)在各種氣候條件下能可靠、安全地長時間運行；具有在惡劣環(huán)境（高溫、多塵、雷電）下持續(xù)正常工作的能力，整機可長時間連續(xù)工作；系統(tǒng)具有一定的防護能力和較強的抗干擾性，監(jiān)控主機選用嵌入式操作系統(tǒng)，防止病毒入侵；采用用戶權(quán)限設(shè)定來增強系統(tǒng)保密性和安全級別，減少人為因素影響；系統(tǒng)的安全防范性能采用分級管理，多重操作員訪問級別，操作人員依據(jù)訪問權(quán)限進行訪問、使用相應(yīng)層次的功能；系統(tǒng)的控制及操作具有一定的方便性，系統(tǒng)擴展無須做大的改動，能夠滿足監(jiān)控點增加的要求，可以方便地進行系統(tǒng)擴容和拓展。

氧化銻生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控工程主要是對生產(chǎn)車間的反應(yīng)爐及相關(guān)風(fēng)機設(shè)備進行閉路電視監(jiān)控，兼顧車間內(nèi)的人員活動場景。整個車間根據(jù)需要布設(shè)8個監(jiān)控點，并預(yù)留4個位置，以備以后擴容需要?，F(xiàn)階段8個監(jiān)控點主要針對空壓機、羅茨風(fēng)機、抽風(fēng)機、爐前設(shè)備、生產(chǎn)監(jiān)控室進行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，應(yīng)能實現(xiàn)相關(guān)功能要求，如：硬盤錄像機進行8路全實時錄像，同時可進行回放或?qū)崟r監(jiān)控；錄像保存時間達到15d以上；通過矩陣切換，可將前端圖像顯示在32″液晶電視機上；在中心可操控前端攝像機變焦；前端設(shè)備要求適應(yīng)車間工作環(huán)境，具有防塵、加熱去霧等功能。

2.2 主要設(shè)備配置

監(jiān)控中心配置4臺42″液晶顯示器，用來顯示2臺爐（后期可擴容為4臺爐）的工藝組態(tài)運行圖像；配置4個LED顯示屏，用來顯示管理層下達的任務(wù)、相關(guān)工藝參數(shù)、現(xiàn)場告警信息；配置1臺視頻監(jiān)控主機、2臺生產(chǎn)監(jiān)控主機、8臺32″液晶顯示器和3臺19″液晶顯示器，用來顯示視頻圖像和主機操作用；配置1臺DVD刻錄機，用來對圖像資料和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行刻錄備份；配置佳能多功能一體機1臺MP730，主要用來監(jiān)控中心收發(fā)傳真與打印資料用；配置2臺冷暖空調(diào)，保證監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備的正常運行工作環(huán)境。生產(chǎn)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 生產(chǎn)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

本設(shè)計采用先進技術(shù)及設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)進行組網(wǎng)，支持圖像和數(shù)據(jù)的實時傳輸及多路隨時隨地監(jiān)控，實現(xiàn)實時監(jiān)控。同時又具有可操作性，人員只需經(jīng)過短期培訓(xùn)即可操作。系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備的維護及維修以方便為原則。組網(wǎng)簡單、擴容方便、標(biāo)準(zhǔn)開放、功能全面，適用于中小型的多點、遠程、實時、集中監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)集散式監(jiān)控、報警、錄像、智能化檢索回放、系統(tǒng)管理等諸多功能，保證最大限度地發(fā)揮用戶的資金使用效益。

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