散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)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(shè)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(shè)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(fēng)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(dāng)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(shè)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(shù)勢在必行。

3 散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)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(shè)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(luò)連接。

在信息集成中，散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的混合結(jié)構(gòu)，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(zhì)傳輸，各介質(zhì)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(zhuǎn)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。控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)也通過以太網(wǎng)輸送至PLC中的寄存器內(nèi)，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(wù)器中也設(shè)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(wù)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(shè)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(shè)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(shè)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(gòu)成。該控制器輸出與輸入的實際關(guān)系式如下：

其中，u(t)代表該控制器輸出與輸入的實際關(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(diào)、對變量進行賦值等。設(shè)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(guān)系如圖1所示。

圖1 三種變量的實際關(guān)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(shè)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(shè)置，具體如表3。

表3 中間程序變量設(shè)置

然后，利用ABB軟件中的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果如表4。

表4 組控制程序具體編程結(jié)果

4 實驗研究與測試

4.1 設(shè)計對比實驗

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

表5 實驗散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)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(jié)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(shù)與本文設(shè)計的散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)進行對比實驗，比較各水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)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(shù)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(shù)的系統(tǒng)集成性能越差。

4.2 分析實驗結(jié)果

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

圖2 系統(tǒng)集成性能對比實驗結(jié)果

根據(jù)圖2的系統(tǒng)集成性能對比實驗結(jié)果可知，散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)集成性能突破。

5 結(jié)語

散裝水泥灌裝收塵系統(tǒng)自動控制技術(shù)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。