摘要
以某企業的調漿配料生產流程為基礎，介紹了基于開物2000 開發的離散數字控制系統的設計原理及其實現過程。該系統硬件搭配合理，程序設計模塊化，控制精度高，可靠性良好。
關鍵詞：離散數字控制，調漿配料系統，開物2000
介紹在controx（開物）2000的平臺上開發設計性能優越的數字控制系統，以實現對某企業的調漿配料生產過程控制。系統設計思路明確、方法獨到，而且具有控制精度高、適應性強、可靠性良好等特點，很好地實現了廠家的控制要求。
1 控制系統設計原理
1.1 系統控制過程及要求
企業的主要生產工藝流程為：將鐵紅廠細磨后的鐵紅漿料用輸料泵輸入濃縮機；在濃縮機中進行脫水處理后再儲備下來；再采用自動化檢測控制技術將高濃縮溶液(濃度值高于60%)通過輸料泵輸入到混合調制攪拌桶中；在攪拌桶中加水攪拌混合，進行調漿處理(調漿濃度50%, 精度要求5%)，調漿后的溶液總量要達到預定值；最后控制輸料泵將調漿后的溶液按照預定量輸出到標定池中，再進行后繼處理。
系統的控制要求是：根據工藝要求，自動調控被控參數，啟停各類設備；自動存儲歷史數據和打印報表；實時顯示主要運行參數和曲線；攪拌桶中調漿濃度為50%, 精度為5%；每天出礦量達到T噸，精度為0.3%。
1.2 系統的設計方案
分析系統控制要求，難點主要在于調漿過程和出漿過程的精度控制。調漿過程的濃度精度要求為5%，由于濃度計、密度計等儀器的精度基本在1%-5%之間，所以通過這些儀器可以實現控制精度要求。而出漿過程中精度要求為0.3%，所以出漿過程控制要通過精度更高的儀器來實現，如壓力計(精度最低達0.05%)。
根據生產的控制要求，分析系統控制的難點，將系統的控制過程分成漿料濃縮控制過程、攪拌調漿控制過程、出料控制過程三大部分。
1) 漿料濃縮控制過程負責控制啟停濃縮機，對鐵紅廠出來的細磨鐵紅漿料進行濃縮；并根據濃度計抽樣值控制濃縮機出漿開關，以確保從濃縮機出去的溶液是高濃度溶液。此控制過程的控制點只有兩個：濃縮機的啟停電機和出漿閥門，控制過程相對簡單。
2) 攪拌調漿控制過程主要控制加水。由于企業對調漿濃度的精度要求并不高，所以加水量是以攪拌桶進漿開始10min 內溶液的平均濃度為依據計算出來的。
攪拌調漿控制完成之后，攪拌桶內的礦漿溶液濃度在50%左右，桶內溶液高度達到預定的液位計高度。
3) 出料控制過程是最為關鍵的一步，控制的原理如下：
首先， 通過加油機向攪拌桶中灌入自來水， 每次灌入2000L， 通過對壓力計抽樣標定對應的水壓P2，分別得到2000L、4000L、6000L、…、100000L等50個水壓值，并存入系統中。10萬升水溶液高度對應的位置就是液位計的位置。
其次，調漿完成后、出漿之前對溶液進行充分攪拌，攪拌時間為預定值。攪拌均勻后，從壓力計抽取溶液在液位計高度對應的壓力值P1。
最后，系統啟動出漿開關，并不斷循環抽樣檢測壓力計，抽樣間隔為1s。當抽樣值達到計算出的剩余礦漿壓力值時停止出漿，同時關閉各類設備，系統控制過程結束。
上述方案有如下的優點：充分利用了壓力計的高精度性能，確保系統的控制精度要求；各個模塊獨立，互不干擾，便于操作和維護；避開使用價格昂貴的密度計等儀器，通過使用壓力計等儀器降低了系統的費用。
根據生產的控制要求，系統單生產線的控制結構圖如1 所示。
圖1 系統控制結構圖2 控制系統設計實現
2.1 控制系統硬件結構
系統中各個物理參數的測量選用相應的傳感器來檢測，濃度計選用蘭州同位素儀表廠的HT-2310, 精度為1% ；流量計選用西安儀表廠的W3000-0401211-100，精度為2% ；壓力計同樣選用西安儀表廠的315/AGS5S22M, 精度為0.2% ；攪拌轉速以及送漿速度、出漿速度的控制選用艾默生的TD1000系列變頻器；數據采集卡選用研祥的PCL-812PG，通過它實現控制數據的A/D、DI 轉換；考慮到PCL-812PG的輸入、輸出信號要求為0-5V電壓或4-20ma 電流，而這些信號不滿足傳感器輸出、驅動開關設備的要求，這就需要通過PCLD-880和PCLD-885做中轉，對信號進行整流。系統上位機選用研祥生產的IPC-810/PV工控機。
2.2 控制系統軟件構架及各部分功能
系統軟件的軟件構架如圖2 所示。為開發生動方便的操作界面，在上位機中采用了國產組態軟件,Controx2000 進行控制界面的設計。ControX2000是基于Windows98/2000/NT操作系統的軟件包，它內部采用Client/Sever體系結構， 對眾多的現場控制器和其他現場智能部件能進行實時控制和監視，操作時具有高性能和高可靠性，以及隨時對各種突發事件做出反應，不丟失任何數據和報警信息。
此外，Controx2000與數據采集卡之間的通信無需編制通訊程序, Controx2000將現場的硬件設備采集來的數據通過組態軟件的設備驅動程序傳送到組態軟件中。在ControX2000中只需配置這些硬件的驅動程序， 比如對數據采集卡PCL-812PG, Controx2000就要配置該硬件相應的驅動程序。而在控制系統中，就可以通過設置不同地址的標簽量來與數據采集卡的通道相對應，通過標簽值的變化反應、控制數據采集卡通道的輸入和輸出。
圖2 系統軟件構架 系統各個功能模塊相互獨立，互不影響，一定程度上保證了系統的穩定性。其中參數顯示模塊和報表打印模塊有良好的人機交互性能，方便用戶實時有效地控制管理生產現場。
2.3 控制系統的主程序框圖
按照系統的控制結構圖，系統程序控制分成三個控制階段：濃縮進料過程、加水調漿過程和出料控制過程。
濃縮進料控制過程：人工啟動濃縮機進料開關，啟動濃縮機攪拌電機開關，系統開始濃縮機進料過程。當濃縮機灌滿后，停止進料開關和攪拌電機開關；根據生產需要，啟動濃縮機出漿開關、出漿軟管泵，在出漿的過程中，數據采集卡實時檢測濃度計的抽樣值，系統根據采樣值判定出漿溶液是否為濃度大于60%的高濃度溶液。如果判定為否，關閉出漿開關和軟管泵。
加水調漿控制過程：在啟動濃縮機出漿開關的同時，系統通過數據采集卡對濃度計進行約為10min 的抽樣， 抽樣間隔為1S；系統根據采樣數據計算出加水量后，自動啟動加水開關，并通過數據采集卡對流量計抽樣計算加水量。當加水量滿足時，系統自動停止加水開關。在加水過程進行時，進漿過程繼續進行，直到礦漿溶液高度達到液位計高度時，系統根據傳感器信號停止進漿。
出料控制過程：進漿過程結束后，系統根據生產需要啟動攪拌電機，攪拌礦漿30min（可以設定），攪拌完成后計算出礦漿濃度等參數；當用戶輸入班產體積H每日產量I時，系統計算剩余礦漿壓力，同時啟動出料開關和軟管泵，開始出料過程；出料中，系統實時檢測壓力計抽樣值，當抽樣值達到計算值預定精度范圍時，停止出料開關和軟管泵，出料過程結束。
根據上述控制過程，一次控制的主程序框圖如圖3 所示。
圖3 主程序控制流程圖3 系統運行結果及其分析
系統運行時各個功能模塊界面可以相互轉換，圖4 顯示的是系統控制出漿過程時的界面。從圖4 可看出，系統很好地反應了現場設備狀態，實時顯示了系統控制參數值及其曲線，對設定的參數值進行報警，很好的完成了生產設計的要求。
圖4 部分系統運行圖系統總體運行結果良好，很好地滿足了控制要求，達到了最初的設計目的。為保證系統的良好運行，在系統中除了對各控制量自動控制外，還設置了人工手動控制。在手動控制過程中，軟件系統只負責監測。
