銻白爐生產過程自動化控制系統設計

葉 麗

（廣西電力職業技術學院，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品質量的主要技術指標。廣西具有豐富的銻資源，生產高附加值的低著色力氧化銻，對促進我區銻資源深加工和相關產業的發展具有重要的意義。在氧化銻生產中，銻白爐是氧化銻生產中的重要設備之一，它是熔銻與氧氣進行化學反應生成氧化銻的場所。對銻白爐生產過程進行智能控制，可以提高銻白爐產出的產品質量，提高產品的直收率，降低生產成本，延長銻白爐使用壽命，對于氧化銻生產有很大的現實意義。

廣西華銻科技公司銻白爐生產過程自動化控制系統設計，主要包括硬件配置和軟件平臺開發兩部分。硬件配置主要包括銻白爐生產自動化控制系統設計部分和生產現場攝像監控系統部分，軟件平臺開發部分主要采用組態王開發軟件進行人機交互界面的設計，本文主要介紹硬件部分設計。

1 銻白爐生產過程自動化控制系統

自動化控制系統由多個自動檢測和控制設備所組成，檢測參數主要有氧化爐液位、溫度、入爐風量、結晶器提升量、羅茨風機參數（出口壓力、流量、冷卻油溫度、電機電流和故障狀態）、抽風機參數（出口負壓力、電機電流和故障狀態）、冷卻塔溫度、收塵器壓力、高壓風機參數（電機電流和故障狀態）。檢測參數在現場和計算機進行顯示及存儲，每個控制設備都設計有計算機自動控制和現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，除結控制和氧化爐溫度檢測，入爐風量檢測及控制，結晶器提升量檢測及控制，羅茨風機控制，抽風機控制、冷卻塔溫度控制、收塵器壓力監控，高壓風機控制，空壓機控制等。

各系統及檢測參量的輸入輸出關系如圖1控制系統框圖所示。

圖1 控制系統框圖

1.1 硬件配置

1.1.1 各模塊配置

經過對氧化銻生產過程的了解，統計的I／O點數為 AI＝75、AO＝32、DI＝18、DO＝23、RS485＝2 共150點。并經現場勘察，現場設備到控制室的監控布線距離都在60m左右，并且都在同一廠房內。根據這些情況，作如下設計：

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

（1）I／O開關量輸入和輸出模塊：取自相應設備的輔助常開出觸點，用于識別現場開關狀態及分接頭檔位信號，同時將系統發出的控制信號（電平信號）轉化為接點，形成輸出。

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

（3）電源模塊：將交流220V電源轉換為傳感器工作所需的直流＋24V電源。

（4）工控機模塊：對數據進行實時分析、邏輯判斷，并具有數據存儲功能。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）通訊接口轉換模塊：由于工控機采用RS-232接口，需要采用專用轉換器與模擬量輸入模塊的RS-485接口進行RS-485／RS-232轉換。

為減少信號電纜數，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晶器提升機控制和提升位移檢測采用并行模擬數據傳送方式外，其它的全部采用遠程I／O模塊進行485串行數字通信方式，使得生產設備到控制室的電纜數從100多條減少為10條，由于485通信數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，極大提高了系統的穩定性和可靠性及日后的維護量。

1.1.2 計算機監控系統

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

根據I／O的點數和監控布線的距離、環境等因素，考慮采用計算機直接監控系統（DDC）。為提高系統的可靠性，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環境設計的研華工控機 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。需求與配置節點對比表見表1。

表1 需求與配置節點對比表

ADAM4520是RS232信號到RS-485信號的轉換器，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、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轉換器將傳感器的電壓或電流信號轉換成數字量數據，然后轉換為工程單位量。當上位機采集數據時，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，用于采集銻白爐內溫度信號，因為銻白爐內溫度非常高，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通道數字量輸入模塊。根據對用戶需求的分析，數字輸入信號節點數DI＝18，因此選用2塊16通道數字量輸入模塊ADAM-5051，可提供32個數字信號的輸入，保證系統能及時有效地接收和處理數字信號。ADAM-5056是16通道數字量輸出模塊。系根據對用戶需求的分析，數字輸出信號節點數DO＝23，因此選用2塊16通道數字量輸入模塊ADAM-5056，可提供32個數字信號的輸入，保證系統能及時有效地輸出和處理數字信號。

1.2 系統通訊

主機系統與智能模塊間用屏蔽雙絞線聯成RS-485總線式網絡。ADAM5000各模塊完全隔離，并僅用一組雙絞線發送和接收信息，因為節點并行連接，它們可以不連接主機而不影響其余節點的功能。當節點通過網絡通訊時，由于采用簡單的命令回答時序，不會產生發送沖突。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，當模塊不發送數據時，它們處于偵聽方式。主機與其中一個ADAM智能模塊發出一個命令／回答序列信號。命令包含主機想要與之通訊的模塊地址，地址符合的模塊執行命令并向主機送出應答。

2 監控系統

2.1 生產現場攝像監控系統

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

氧化銻生產系統監控工程主要是對生產車間的反應爐及相關風機設備進行閉路電視監控，兼顧車間內的人員活動場景。整個車間根據需要布設8個監控點，并預留4個位置，以備以后擴容需要?，F階段8個監控點主要針對空壓機、羅茨風機、抽風機、爐前設備、生產監控室進行監控。監控系統是相對獨立的系統，應能實現相關功能要求，如：硬盤錄像機進行8路全實時錄像，同時可進行回放或實時監控；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；前端設備要求適應車間工作環境，具有防塵、加熱去霧等功能。

2.2 主要設備配置

監控中心配置4臺42″液晶顯示器，用來顯示2臺爐（后期可擴容為4臺爐）的工藝組態運行圖像；配置4個LED顯示屏，用來顯示管理層下達的任務、相關工藝參數、現場告警信息；配置1臺視頻監控主機、2臺生產監控主機、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數據進行刻錄備份；配置佳能多功能一體機1臺MP730，主要用來監控中心收發傳真與打印資料用；配置2臺冷暖空調，保證監控室內監控設備的正常運行工作環境。生產監控中心網絡結構圖見圖2。

圖2 生產監控中心網絡結構圖

3 結語

本設計采用先進技術及設備，以網絡監控技術進行組網，支持圖像和數據的實時傳輸及多路隨時隨地監控，實現實時監控。同時又具有可操作性，人員只需經過短期培訓即可操作。系統及其相關設備的維護及維修以方便為原則。組網簡單、擴容方便、標準開放、功能全面，適用于中小型的多點、遠程、實時、集中監控系統，實現集散式監控、報警、錄像、智能化檢索回放、系統管理等諸多功能，保證最大限度地發揮用戶的資金使用效益。

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