散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術研究

安 朋

（天偉水泥有限公司，新疆 石河子 832000）

1 引言

水泥根據(jù)存儲方式可分為袋裝水泥和散裝水泥，其中，袋裝水泥是用牛皮紙包裝，通常規(guī)格為50kg/袋；散裝水泥則是指完成生產(chǎn)后不進行包裝，直接使用專門容器或設備存儲、運輸和出廠的水泥。散裝水泥的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)水泥流通運輸方式的改革，使現(xiàn)代建筑工程施工走向現(xiàn)代化與高效化，同時，對經(jīng)濟的發(fā)展也起到促進作用。

2 發(fā)展散裝水泥的必要性

首先，發(fā)展散裝水泥可以為水泥生產(chǎn)企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益：生產(chǎn)散裝水泥可節(jié)約人工費用，不需要設置包裝車間，節(jié)約縫袋棉紗、包裝紙和電能等方面的耗費。據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)散裝水泥相較袋裝水泥可節(jié)省約20%成本。

其次，發(fā)展散裝水泥也創(chuàng)造了用戶方面的效益：目前，我國水泥市場散裝水泥的實際售價明顯低于袋裝水泥，由于包裝問題，袋裝水泥平均每噸的售價要比散裝水泥高出約30元左右。

最后，發(fā)展散裝水泥可節(jié)約我國整體木材使用量，降低不必要的損失和浪費。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)10 000t散裝水泥，即可節(jié)省約60t包裝紙，也就是能節(jié)約22t燒堿、78t煤和70 000kW·h電能。將該數(shù)據(jù)折合成木材則可節(jié)約330m3，能對綠色植被起到保護作用，并起到凈化空氣、保持水土、防洪、防沙和防風作用。此外在運輸上，散裝水泥能減少自身損失，實現(xiàn)節(jié)約的目的。因此，當前我國散裝水泥的生產(chǎn)量正日漸增加。在散裝水泥生產(chǎn)中，灌裝收塵系統(tǒng)是必不可少的生產(chǎn)設備，對散裝水泥的灌裝收塵系統(tǒng)而言，自動控制一直是業(yè)界難題，因此，研究一種新型散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術勢在必行。

3 散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術分析

3.1 信息集成

將以太網(wǎng)作為散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的主干網(wǎng),利用PLC對下位機進行控制，并利用PROFIBUS連接散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的現(xiàn)場控制設備，實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的信息集成。而上位機的通信協(xié)議則采用TCP/CP，實現(xiàn)公司級、廠級上層與車間之間的網(wǎng)絡連接。

在信息集成中，散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構采用現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的混合結構，利用PR-DP通信主從協(xié)議進行現(xiàn)場層通信，通過雙絞屏蔽線進行介質傳輸，各介質與各子網(wǎng)之間利用接口或藕合器進行連接。

將以太網(wǎng)協(xié)議作為散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的過程監(jiān)控協(xié)議，利用PLC中的雙網(wǎng)卡轉換散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的通信協(xié)議，其中一個網(wǎng)卡是以太網(wǎng)網(wǎng)卡，另一個網(wǎng)卡是PR-DP網(wǎng)卡，使PLC成為散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)現(xiàn)場總線站點與以太網(wǎng)站點，工程師站與操作員站配置的計算機則不作為系統(tǒng)現(xiàn)場總線站點，而成為以太網(wǎng)通信節(jié)點。如此，利用以太網(wǎng)即可進行散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，而利用以太網(wǎng)讀取PLC中的寄存器即可獲取散裝水泥灌裝收塵現(xiàn)場信息?？刂片F(xiàn)場的數(shù)據(jù)也通過以太網(wǎng)輸送至PLC中的寄存器內，再利用主從協(xié)議向散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)現(xiàn)場總線的從站傳輸，實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的信息控制。

將TCP/CP協(xié)議作為散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的生產(chǎn)管理協(xié)議，為了與主要進行生產(chǎn)控制的以太網(wǎng)進行隔離，協(xié)議服務器中也設置兩個網(wǎng)卡，一個用于傳輸監(jiān)控層數(shù)據(jù)，一個用于連接局域網(wǎng)。則局域網(wǎng)中的計算機即可遠程訪問服務器監(jiān)控層的動態(tài)監(jiān)視頁面，訪問數(shù)據(jù)庫中儲存的歷史信息，還可以連接散裝水泥生產(chǎn)線中的其他系統(tǒng)。通過上述設置即可實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的信息共享與集成。

3.2 設計PID控制器

實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的信息集成后，設計一個散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的PID控制器，該控制器由微分單元、積分單元和比例單元構成。該控制器輸出與輸入的實際關系式如下：

其中，u(t)代表該控制器輸出與輸入的實際關系、Kp代表比例系數(shù)、e(t)代表控制偏差、TI代表積分時間常數(shù)、d代表微分、t代表積分、TD代表微分時間常數(shù)。

控制偏差的計算公式如下：

其中，r(t)代表系統(tǒng)實際給定值、y(t)代表系統(tǒng)實際輸出值。

該PID控制器共有三個校正環(huán)節(jié)，具體作用如表1。

表1 校正環(huán)節(jié)具體作用

3.3 實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制

完成散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)PID控制器的設計后，對該PID控制器進行編程，實現(xiàn)散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的自動控制。首先，選擇STL文本結構化編程語言，該語言能夠描述程序、功能塊、功能的行為，并對轉變、動作和步的行為進行描述，用于程序迭代、條件語句編寫、表達式創(chuàng)建、功能塊和功能的回調、對變量進行賦值等。設置系統(tǒng)變量，散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的變量包括三種，具體如表2。

表2 散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的變量

三種變量的實際關系如圖1所示。

圖1 三種變量的實際關系

利用ABB軟件中的編程DT模塊對連接下位硬件變量與控制上位變量這兩種全局性變量進行設置，并將其變成全局變量；利用程序編制模塊對中間程序變量進行設置，具體如表3。

表3 中間程序變量設置

然后，利用ABB軟件中的標準程序模塊針對散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)中各個程序的控制分別進行編程。針對組控制程序進行編程，具體編程結果如表4。

表4 組控制程序具體編程結果

4 實驗研究與測試

4.1 設計對比實驗

對設計的散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術進行實驗測試。實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的設備構成如表5。

表5 實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的設備構成

本實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)配置的工程師站具體配置如表6。

表6 工程師站配置

本實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)配置的操作員站具體配置如表7。

表7 操作員站配置

對本實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)進行自動控制實驗，為了保證本次實驗結果具備對比性與有效性，將傳統(tǒng)水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術與本文設計的散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術進行對比實驗，比較各水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成性能，判斷系統(tǒng)集成性能的依據(jù)為系統(tǒng)集成度的高低，系統(tǒng)集成度越高，證明水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成性能越好；反之，系統(tǒng)集成度越低，即證明水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成性能越差。

4.2 分析實驗結果

傳統(tǒng)水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術與散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成性能對比實驗結果具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)集成性能對比實驗結果

根據(jù)圖2的系統(tǒng)集成性能對比實驗結果可知，散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成度高于傳統(tǒng)水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成度，也就是散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術的系統(tǒng)集成性能優(yōu)于傳統(tǒng)水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術，實現(xiàn)了系統(tǒng)集成性能突破。

5 結語

散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術實現(xiàn)了系統(tǒng)集成性能的提升，對提高散裝水泥生產(chǎn)效率有很大意義，能夠促進散裝水泥行業(yè)的發(fā)展。