【摘  要】  本文介紹一種基于CAN總線的水泥配料系統在某水泥生產企業的自動配料系統中的應用。主要介紹CAN總線儀表應用、總體結構、系統軟件設計等，系統配置靈活、組態方便，現場應用的可靠性較好。
【關鍵詞】 皮帶秤儀表  CAN總線  水泥配料控制軟件  自動配料  監控系統
 
[Abstract]  This treatise presents the application of a cement batching system which is based on CAN bus and used in the automatic batching system of a cement manufacturer. It mainly introduces the application of CAN bus instrument, gross structure, software design of the system, etc. The system has flexible allocation, convenient configuration and good reliability in the on-site application.
 
[Key Words] conveyer scale instrument, CAN bus, controlling software of cement batching, automatic batching, supervisory control system
 
一、概述
隨著電子技術、傳感器技術、通信技術、計算機及網絡技術的高速發展，現代工業控制系統中對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求也越來越高，而目前被應用的計算機配料系統多以工控機控制系統為主，現場信號通過模擬放大后被傳入載有采集板卡的工控機系統，此種系統有控制精度低、抗干擾能力差等缺點，而且這種傳輸方法使用的導線多，現場安裝工作量大，投資高。操作人員在控制室不了解現場裝置的工作情況，不能對其進行參數調整和故障測試。因此需要一套具有高度的人性化設計、高可靠性，在正常及事故情況下對設備進行監測、保護和控制，又能對現場工況進行集中監視、數據遠傳，并可為調度室、決策層等管理層人員提供現場數據，儀便管理層人員可以直接地了解整個生產情況，避免人為的對數據弄虛作假的現象出現，及減少管理人員不必要的工作量的智能控制監控系統。而近幾年來隨著現場總線技術不斷地完善，現場應用效果較好，得到市場的認可。本文著重介紹了具備CAN總線功能的配料控制儀表的的水泥自動配料監控系統的設計和應用。
二、CAN總線系統的設計
控制器局部網CAN（Controller Area Network）總線是當今最為流行的五大總線之一，它是由德國Bosch公司首先提出來的，采用了ISO/OSI模型的物理層數、據鏈路層和應用層，硬件數據自動識別機制，具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、可靠性高等特點。由于CAN總線采用面向數據而非面向節點的數據傳輸機制，使網絡節點數量多，可任意增減網絡設備的特點。CAN總線通信最高速率可達到1Mbps；傳輸速率為5kbps時，采用屏蔽雙絞線，傳輸距離可達10km，并且數據傳輸可靠性高。


 
圖1  CAN總線系統簡圖
系統設計時應注意如下要點：
1、              為使阻抗匹配，應保證總線兩端加120Ω的終端電阻；此總線匹配電阻在長線傳輸時尤為重要，若總線電阻不符合標準則會引起諸多通訊問題。
2、              CAN總線適配卡或者CAN總線通訊模塊（型號：NH-380）配有光電隔離器，可增強系統的抗干擾能力。
三、系統構成
在水泥配料系統中，一般是使用皮帶秤、給料機、螺旋秤等連續計量設備進行原料的配比計量工作，系統配置簡圖如下：


圖2  系統配置簡圖
1、  系統總體結構
總體結構框圖如圖3所示，系統采用B/S模式實現遠程訪問和現場控制功能，通過配置B/S模式服務器，連接本地局域網的各個具有權限用戶可隨時登陸服務器進行數據的查看和打印工作，為了保證系統的安全性，為客戶提供具有用戶權限的訪問模式，具備不通權限的用戶可進行不同級別的數據操作。


圖3  總體結構框圖
系統上位機服務器負責各智能控制器參數的設置、起停等操作，變頻器參數設定，配料數據采集、數據處理、現場數據的查詢和打印工作等，同時負責提供Intarnet信息數據服務供企業管理層隨時掌握系統運行情況，并提供不同的操作權限來提供數據安全服務。系統配置中PLC采用西門子200型，通過專用通訊線纜進行數據通訊；操作站通過CAN總線適配器與智能控制器連接，連接介質為屏蔽雙絞線，保證了系統的抗干擾能力，提高系統的安全性能，每臺控制器控制一臺皮帶秤或者螺旋秤。
1、  系統設備配置及其控制
本系統包括3臺恒速電子皮帶秤，采用圓盤給料機進行給料控制；2臺調速皮帶秤，通過調節皮帶輸送機速度進行給料控制；1臺螺旋秤，通過給料螺旋和計量螺旋構成配料控制。智能控制儀表選用秦皇島諾華電子有限公司生產的NHZK820型皮帶秤控制儀表?？刂七^程主要是通過皮帶秤和螺旋秤對給料機輸送的物料進行計量。NHZK820型皮帶秤控制儀表接收來自稱重傳感器的稱重信號和速度傳感器的速度信號，經處理后轉化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號傳送給工業控制機（上位機）進行數據的現實和存儲工作。由于該控制器具有智能PID調節功能，因此系統中省略了獨立式PID控制器，簡化了系統設計；通過該控制器可直接調節變頻器來調節給料機的給料速度，實現瞬時流量和階段累積量的控制，為提供可靠的產品質量提供了技術依據。
系統的參數及運行過程可通過工控機進行設定和監控，并可通過讀取控制器狀態來現實現場的設備運行狀態，也可通過手動修改控制器PID參數值進行靈活的手動控制。由于NHZK820皮帶秤控制器具有智能PID調節、LCD顯示、漢字提示信息，顯示信息豐富、直觀，能同時顯示累計量、瞬時流量等特點，使整個系統操作方便，控制可靠，實現了高度自動化、圖形化操作系統，形成6個既相對獨立又相互聯系的閉環控制系統，其配料控制系統過程控制結構簡圖如圖4所示。


 
圖4  系統控制結構
1、  系統上位機及其監控軟件
（1）       組成
 系統上位機采用工業控制計算機，Intel 2.0G處理器、512M內存、80G硬盤、52X光驅、19”液晶顯示器、WINDOWS 2000操作系統，NH-380型CAN總線適配器。
（2）      B/S模式軟件功能
操作站主要用于對現場的工況進行集中監視、數據記錄、參數設置、定時存盤、報表打印、工廠級信息服務等，將手/自動切換開關置于操作站，可實現對現場設備的手/自動操作轉換；同時操作站為其他科室更具不同權限，將現場數據傳送到調度室、經理室、材料室等不同科室，各級人員能在上位機上直觀地觀察到生產過程中設備的運行狀況、實時數據和歷史數據等，并根據不同權限對數據進行處理存儲、打印等工作。通過這些實時數據的采集、處理，可以直接地了解整個生產情況，避免以前數據論虛作假的現象及管理人員為取得數據去現場取正而帶來不必要的工作量，從而充分地提高該產品的質量、生產效率，發揮人力、物力和實現高度自動化控制。
（3）       軟件的編制
 控制系統軟件界面如圖5所示：
工作站軟件選用目前比較流行工控軟件開發工作VB6.0作為開發工具，充分利用WINDOWS功提供的COM組件功能和較好圖形界面開發能力，可以很方便地構造自己的數據采集系統，可是顯現場的信息的實時采集，并根據現場儀表返回的設備運行狀態在軟件操作界面上進行實時模擬現實，便于操作人員及時掌握現場設別的運行狀況，對生產情況進行監測。軟件通過WINDOWS功提供的通訊控件與智能控制器、變頻器和PLC 進行數據通訊：實現智能控制器數據讀取，數據改寫； PLC的I/O狀態讀取，發送I/O指令；變頻器參數的設置和讀取等功能；具有數據存儲、報警及信息存儲、故障查詢及打印等功能；組態畫面真實反映實時狀態；軟件控制功能較強，可實現設備單獨啟動、延時啟動、單秤產量可通過操作界面進行單數設置或通過總臺時產量根據配料百分比自動修改，適應能力較強；軟件設有不同的訪問權限，可讓不同權限的人操作不同的內容；軟件可根據系統設置的交接班時間實現自動換班和數據保存功能。其軟件主要表現在：系統功能設計、實時數據采集及存儲、班次交接、歷史數據查詢打印、數據庫維護等。
1．系統功能設計
系統功能設計是針對整個系統的設計要求行的，它是整個工程開始的第一步，確定了軟件的整體運行模式、功能和數據庫的選擇。
2．實時數據采集及其存儲
實時數據集散控制系統的重要組成部分和控制核心，完成所有要監測和控制的點的采集和存儲工作，實時曲線的繪制工作。并提供畫面顯示數據、網絡服務數據。
3．班次交接的設計與實現
系統班次時間可自行設置，并根據設置的班次時間完成自動的交接班管理和班次數據自動統計。
4．歷史數據查詢打印設計
歷史數據存儲組要提供報表打印數據、歷史曲線數據。
5．數據庫維護的設計
隨著系統運行時間的增加，數據庫內容會變得比較龐大，因此數據的導出、清除工作在系統使用中是及時必要的，當系統數據庫出現問題系統無法正常運行時，可通過數據結構恢復操作來恢復受損的數據庫結構來快速進行系統的恢復和維護。
6．運行操作
系統安裝完成后，用戶可點擊左面菜單或者在開始菜單中進入軟件操作界面，啟動程序后要求輸入用戶姓名和密碼，只有輸入正確的用戶名和密碼后才能正常進入系統，否則如果連續6次輸入用戶名或者密碼系統將被鎖死，只有取得超級用戶進入系統后才能解鎖系統。進入系統后首先進入系統監控界面，用戶可通過鼠標或者快捷鍵進行實時曲線、歷史曲線、數據統計、打印等操作界面。
四、結束語
通過對該廠配料系統的改造，大大提高了配料精度，使產品質量有了很大提高，并且經過2年使用，得到了用戶的認可：系統運行可靠性高，界面簡單直觀，操作簡單，維護方便，控制精度高，保證了產品的質量和產量，同時又由于采用變頻控制結束，實現了企業節能減排的環保指標，為企業創造良好的經濟效益。該系統通過改造設計已成功應用在鋼鐵配料燒結生產線，并可應用于其他需要連續配料的場合。