浅析ABB AC800F在浮法玻璃换火过程控制系统的实现

1、引言 过去的工业控制系统，几乎是由清一色的继电器控制回路构成。近年来，由于世界电子技术突飞猛进的发展，特别是微处理器和数字技术的发展已使现场总线控制系统日趋完善，在性能和功能上都有着很大的进步。现场总线控制系统是一种以计算机技术为基础的，专为工业环境设计的数字运算控制装置。其中AC800F是ABB自动化集团为满足用户需要，推出的新一代控制器，它支持四种现场总线标准，可以与各种现场设备交换数据和处理信号，同时它又提供全方位的冗余，具有功能齐全、强大；使用方便、灵活、可靠性高、抗干扰能力强及较易于维护维修等优点。它不仅可替代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的工业过程控制网络，已成为当代工业自动化的主流。 监控系统是生产过程的核心。由现场总线组成的过程级控制系统，不但要采集现场数据，反馈现场设备的动作状态，更为重要的是能够根据得到的信息自动地控制生产过程的顺利进行，而且当系统出现异常故障时能做出现相应的报警和处理。一旦处理结束，计算机能够切换到自动控制状态。首先简要地描述了系统的控制对象和控制任务；然后介绍了换火过程控制系统的组成；根据生产过程的工艺流程和要求，讨论系统的体系结构式以及硬件、软件的设计方案和实现。 2、系统概述 AC800F自动化现场总线控制系统从信号采集、判断、运算、到信号输出，时间短、速度快、无滞后。实现在浮法中不需人工干预的换火过程是工业自动化的典型实例。在熔窑换火上采用该系统的可消除繁重的工作；实现好的连续性、换火速度和质量，只需对相应的控制参数做适当调整，就可以达到较佳工况要求。原来采用继电器控制回路，易出现工作异常，不稳定，常需要人工看守来完成换火，其工作量大、连续性低、故障率高、影响大窑温度从而波及玻璃质量。根据换火过程的工艺要求及安全规范，结合换火所要达到的顺序控制目标，我们采用先进的ABB AC800F 现场总线控制系统、Freelance 2000控制程序、气动控制机构、行程反馈、主令定位控制器、视频监视系统等设备，完成换火的全自动过程，确保换火的顺利完成。 3、系统组成和工艺流程简介 3.1现场系统组成： 换火系统有：彩色针孔摄像头、彩色视频监视器、主令控制器、气动控制机构、气动截止阀、电磁阀、三连体、控制气源、旋转蝶阀、行程开关、压力开关、换火指示盘、换火手动控制柜、重油枪及信号线路和管路等设备组成，现场系统结构如(图1)所示。 回油子系统采用气动控制机构、气缸截止阀、单电控二位三通电磁阀、行程开关反馈构成。其作用是控制回油开关及反馈动作的执行情况。 重油控制子系统采用双电控二位五通电磁阀、双压力开关并联动作反馈。其作用是控制重油南北换向及反馈重油换向动作的执行情况。 雾化气控制子系统采用气动控制机构、气缸截止阀、单电控二位三通电磁阀、行程开关反馈构成。其作用是控制雾化气南北换向及反馈换向动作的执行情况。 吹扫气控制子系统采用气动控制机构、气缸截止阀、单电控二位三通电磁阀、行程开关反馈构成。其作用是控制吹扫气有无及反馈是否执行吹扫动作的情况。 废气闸板控制系统采用主令定位控制器、电机、链条、限位开关、双侧闸板构成。其作用是废气南北烟道换向、闸板动作定位、反馈闸板是否过位及其执行动作的情况。 助燃风控制系统采用二位式气动蝶阀、三连体、双电控二位五通电磁阀构成。其作用是助燃风南北换向、反馈动作的执行情况。 视频监视系统采用彩色针孔摄像头、彩色视频监视器构成。其作用是从视觉上观察大窑换火过程。 3.2工艺流程图 从上一轮换火开始到下一次换火开始时间为20分钟。 换火开始-----开回油-----关北或南油-----北或南吹扫------关北或南雾化气-----助燃风、废气闸板同步换向-----开南或北雾化气-----开南或北油-----关回油-----换火结束 换火过程中必须遵守以下的控制原则： 1、 严格按照顺序控制指令进行，反馈到达后方可进行下一步 2、 吹扫风关闭之间，油枪内无残油；否则残油会成焦堵塞油枪 3、 关南或北油之前，回油阀门必须打开；否则会造成供油相关设备、仪表损坏。 4、控制系统硬件配置 过程级监控系统采用ABB AC800F，它是一种积木式结构，系统构成与扩展都十分方便，主要配置如下： 中央处理模块：选用AC800F 集成主板CUP、冗余监控 电源模块：SA801F 115—230V AC 通讯模块：EI803F 10BASE T 、RJ45口、TCP/IP通讯、安装在AC800F第二与第三槽位、设定波特率为1.5M bit/s 、传输距离可达50米，完全满足现场要求 PROFIBUS模件：FI830F 支持PROFIBUS DP/PA、 遵从DIN 19245标准、遵循PROFIBUS协议的现场总线设备间通讯的接口模件、可以保证与工业控制中分布的外围设备(DP)间建立快速的数据交换 数字量输入模块：DI810 24V、 共3块、 16通道输入/块 数字量输出模块：DO810 24V 0.5A、共2块、16通道输出/块 系统整体框架示意图：如(图2)： 5、控制系统软件构成 系统软件包括：组态软件为Freelance 2000 Digivis v6.1及Freelance 2000 Digitool v6.1。其中Freelance 2000 Digivis v6.1使用于操作员站(D-OS站)进行系统现场监控、Freelance 2000 Digitool v6.1用于工程师站完成系统组态与编程。 5.1、程序编写中的逻辑关系： 采用Freelance 2000 Digitool v6.1编写程序用来完成换火过程的全部任务，该软件开发的好坏直接关系到自动化成败问题，因此弄清楚换火过程中出现的逻辑关系十分重要。其次编程中采用的各点的变量名称与现场接线的位号的定义也很重要，尽可能两点保持一致，以求给日后检修、维护带来方便。下面就是系统主要输入、输出信号时序图3： 根据上述换火过程中主要I/O信号时序与相互关系，写出现场总线各输入、输出信号的逻辑关系，再由逻辑关系转化FBD、SFC等。其控制程序的主要逻辑关系图如(图4)所示：注：Motion1-Motion9 现场动作到达反馈信号，简称M1-M9 ; T1-T9 等待现场动作到达反馈信号的时间。 下表是一侧换火的允许时间和实际时间： A：允许等待现场动作到达反馈信号的最大时间 B：实际测出现场动作到达反馈信号的实际时间 5.2、操作员站(OS站)人机交互界面 操作员站人机交互界面软件Freelance 2000 Digivis v6.1运行在WINDOWS NT以上的窗口操作平台上，建议使用WINDOWS 2000 Professional SP4。利用组态软件Freelance 2000提供的驱动程序，通过EI803F 10BASE T与AC800F通讯，包括数据采集和发送数据指令；下层网通过PROFIBUS DP/PA与AC800F交换数据，这种方式使通讯程序和组态软件构成一个完整的系统，保证了系统高效率运作。 通过人机交互界面，可实现对整个系统的动态监控管理、故障报警、工况记录、动作趋势等功能。包括：  形象直观的现场监控画面。可对现场进行概貌显示，工况模拟显示以及故障声光报警等。画面元素尽可能的与现场位置指示一致。  参数设置画面。提供了进行参数友好界面，是操作者进行参数修改和设定的环境。尽可能的采用动态形象画面布置。  故障记录画面。记录运行过程中的异常故障，并把相关信息存放在故障数据库中。各故障报警应采用不同的、多样的反映出来，如：声音、颜色、文字、动态画面等。  运行趋势画面。记录现场动作的时间趋势，为分析与处理事故原因提供依据。  数据管理和分析画面。通过建立生产数据库、故障数据库、趋势数据库，提供现场动作时序的原始数据备份保存功能，供运行分析用。如：近百次换火各点动作时序时间、换火过程总时间、各点动作趋势图、故障次数等。  帮助信息：通过图形化或提纲式帮助信息，能使操作者很快的了解工艺过程及操作要点。 6、结论： 换火过程要求时间的连贯性、前后执行的紧密性、现场动作的准确性；其逻辑关系构成较复杂、控制任务较多。即要实现对现场设备的控制，又要完成现场各种数字量、开关量的检测与反馈。采用ABB AC800F现场总线系统开发的换火程序完全能满足浮法玻璃生产工艺的要求，其系统性能优良、操作使用方便可靠，确保了换火任务的正常、有序的完成。较过去的继点器回路相比，整个系统设计更加合理先进、可靠性高；并且节省了日后的维修带来的人力、物力开支。 而且，必要的时候还可以通过预留通信接口，与可编程控制器PLC进行互联，构成分布式测控系统，实现无人看管，提高生产管理水平。